Fundamentos de la Soldadura
MIG-MAG
MIG-MAG
1-
Introducción
1.1-
Generalidades
1.2-
Evolución histórica
2-
Descripción del procedimiento MIG-MAG
2.1-
Principios del proceso
2.2-
Equipamiento
2.3-
Material de aporte
2.4-
Gases de protección
2.5- Tipo
de corriente eléctrica
2.6-
Alimentador de hilo
2.7-
Toberas
3- Modo
de transferencia
3.1- Por
spray ("spray transfer")
3.2- Por
cortocircuito ("short arc ó "dip transfer")
3.3-
Globular ("globular transfer")
4- Factores influyentes
4.1-
Polaridad de corriente
4.2- Gas
de protección
4.3-
Intensidad de corriente
4.4-
Tensión de corriente
5- Parámetros de soldadura
5.1-
Intensidad de corriente
5.2-
Tensión de corriente
5.3-
Velocidad de arrastre de hilo
5.4-
Velocidad de arrastre de pistola
5.5-
Caudal de gas
6- Técnicas
de soldadura
6.1-
Ángulo de pistola
6.2-
Técnicas de avance
1-
Introducción
1.1- Generalidades
Mediante
la soldadura MIG/MAG se establece un arco eléctrico entre el electrodo, que
tiene forma de hilo continuo, y la pieza a soldar. En esta ocasión la
protección tanto del arco como del baño de soldadura se lleva a cabo mediante
un gas, que puede ser activo (MAG) o inerte (MIG).
1.2-
Evolución histórica
A
continuación se detalla los avances de
la técnica de soldar bajo gas protector, hasta nuestros días:
• 1.919:
se llevan a cabo las primeras investigaciones sobre el uso de gases de
protección en los procesos de soldeo. Estas investigaciones versaron
principalmente sobre los dos grandes grupos de gases, a saber, inertes (caso
del Helio y Argón) o activos (CO2). No obstante, el empleo de este último tipo
inducía a la aparición de proyecciones y poros en el cordón una vez
solidificado; pero por otro lado, el poder calorífico alcanzado por el arco bajo
un gas activo es muy superior.
• 1.924:
es el año donde aparece la primera patente TIG registrada por los americanos
Devers y Hobard;
• 1.948:
comienza a emplearse gas inerte con electrodo consumible, dando lugar a lo que
más tarde será conocido como procedimiento MIG. Este tipo de procedimiento
tenía el inconveniente que era poco el grado de penetración que se alcanzaba en
los aceros;
• 1.952:
es el año donde comienza a emplearse gas activo con electrodo consumible, dando
lugar a lo que más tarde será conocido como procedimiento MAG;
• 1.950:
se van desarrollando procedimientos de automatización de los procesos de
soldeo, gracias a las mejoras conseguidas en los equipos de soldeo y en la
fabricación de los materiales de aporte. Por ejemplo, para disminuir las
proyecciones se empezaron a emplear como material de aporte hilos huecos
rellenos en su interior de revestimiento, o el empleo de mezclas de gases
inertes y activos.
Descripción del procedimiento MIG-MAG
2.1-
Principios del proceso
En este
procedimiento se establece el arco eléctrico entre el electrodo consumible
protegido y la pieza a soldar. La protección del proceso recae sobre un gas,
que puede ser inerte, o sea que no participa en la reacción de la soldadura,
dando lugar al llamado procedimiento de soldadura MIG (Metal Inert Gas); o por
el contrario el gas utilizado es activo, que participa de forma activa en la
soldadura, dando lugar al llamado procedimiento MAG (Metal Active Gas).
El empleo
del procedimiento MIG-MAG se hace cada vez más frecuente en el sector
industrial, debido a su alta productividad y facilidad de automatización. La
flexibilidad es otro aspecto importante que hace que este procedimiento sea muy
empleado, dado que permite soldar aceros de baja aleación, aceros inoxidables,
aluminio y cobre, en espesores a partir de los 0,5 mm y en todas las
posiciones. La protección por gas garantiza un cordón de soldadura continuo y
uniforme, además de libre de impurezas y escorias, la soldadura MIG / MAG es un
método limpio y compatible con todas las medidas de protección para el medio
ambiente.
A
continuación se define los parámetros que caracterizan a este tipo de
procedimiento:
- Fuente
de calor: por arco eléctrico;
- Tipo de
electrodo: consumible;
- Tipo de
protección: por gas inerte (MIG); por gas activo (MAG);
-
Material de aportación: externa mediante el mismo electrodo que se va
consumiendo;
-
Aplicaciones: el procedimiento MAG se aplica a los aceros, mientras que el
procedimiento MIG para el resto de metales.
Leyenda:
1.-Boquilla;
2.-Tubo de contacto; 3.-Gas de protección; 4.-Varilla (sólida o tubular);
5.-Flux en caso de varilla tubular; 6.-Longitud libre de varilla (stik-out);
7.-Transferencia del metal aportado; 8.-Baño de soldeo y escoria líquida;
9.-Escoria sólida protegiendo al baño de fusión; 10.-Metal depositado;
11.-Escoria solidificada; 12.-Metal de soldadura solidificado libre de escoria.
La
soldadura mediante procedimiento MIG-MAG tiene ciertas ventajas frente al
método del electrodo revestido, entre ellas que el soldador no tiene que
cambiar de electrodo usando el procedimiento MIG-MAG, por lo que se elimina la
formación de cráteres a lo largo del cordón, muy típicos en los puntos donde se
cambia de electrodos y hay que cebar de nuevo el arco.
Por otro
lado, como inconveniente está que son más los parámetros a regular mediante el
procedimiento MIG-MAG, que son, entre otros, la velocidad de alimentación del
hilo, su diámetro, el voltaje, el caudal de salida del gas, mientras que para
el caso de uso de electrodos revestidos eran sólo la intensidad de corriente y
el diámetro del electrodo.
2.2-
Equipamiento
Para
llevar a cabo la soldadura mediante el procedimiento MIG-MAG es necesario el
siguiente equipo básico:
-
Generador de corriente CC; - Cilindro de gases; - Unidad de alimentación de
hilo Pistola de soldadura; - - Órganos de control
2.3-
Material de aporte
Como
material de aporte, este procedimiento utiliza hilos que pueden ser macizos o
tubulares. Estos se suministran enrollados en bobinas y recubiertos de cobre:
Con
solape A tope
El
hecho de recubrir los hilos de electrodos con cobre se realiza para conseguir
los siguientes objetivos:
-
favorecer el contacto eléctrico; - disminuir los rozamientos; - obtener
protección contra la corrosión.
En cuanto
a su composición química, va a depender del tipo de gas de protección. Por
ejemplo, con argón en MIG se usa un hilo macizo, mientras que si se usa CO2
en MAG se emplea hilo tubular.
El empleo
de un tipo de gas u otro va a influir en aspectos tales como:
- energía
aportada; - tipo de transferencia del material al baño; - penetración del
cordón;
-
velocidad de soldeo; - aspecto final del cordón; - proyecciones y salpicaduras.
Propiedades de cada gas de protección utilizado, según el tipo de
procedimiento.
- Procedimiento MIG:
a) Argón (Ar)
El empleo
de este gas bajo procedimiento MIG repercute en crear una buena estabilidad del
arco, debido al bajo potencial de ionización que genera.
Es idóneo
para soldar piezas de espesores pequeños, este gas no se usa para soldar aceros dado que el baño que origina tiene
poca fluidez y con tendencia a formar poros. En cuanto a la forma de llevar a
cabo la transferencia del material de aporte, es mediante cortocircuito o en
"spray".
b) Mezcla de argón y oxígeno (Ar al 98% + O2
al 2%)
Si se
utiliza esta mezcla para mejorar la
fluidez del baño, y la penetración de la
soldadura esta solución sí es apta para la soldadura de aceros inoxidables,
aunque hay que prestar especial atención a la porosidad que pudiera generarse.
c) Helio (He)
Es un
tipo de gas de elevada conductividad, genera poca penetración de soldeo y cordones
anchos, es un tipo de gas poco utilizado en Europa.
- Procedimiento MAG:
a) Anhídrido carbónico (CO2)
Es un gas
más barato que otros empleados en soldadura como el argón, genera un arco muy
enérgico, que consigue mayor penetración, origina mayor cantidad de proyecciones y
salpicaduras. El aspecto final del cordón suele ser rugoso.
Como
material de aporte se utiliza con hilos que contienen composición alta de Si y
Mn, realizándose la transferencia de material en cortocircuito.
Especial
atención y cuidado requiere la atmósfera con alto contenido en CO (gas tóxico)
que genera, por lo que se requiere disponer de extractores en los lugares de
soldeos para renovar el aire.
b) Mezcla de argón y anhídrido carbónico (Ar al 80% + CO2 al
20%)
Cuando se
utiliza esta mezcla en soldadura MAG se generan pocas proyecciones en el cordón
y mayor tasa de productividad, el aspecto final de los cordones es muy bueno,
siendo buenas las características mecánicas del metal depositado.
Para la
soldadura MIG-MAG siempre habrá que emplear la corriente continua (CC). No se
recomienda emplear la polaridad directa, debido a que origina un arco poco
estable que favorece el rechazo de la gota fundida.
Existen
diferentes tipos de rodillos de arrastres que pueden ser utilizados. Los que
son moleteados se emplean cuando el hilo de aporte resulta más duro (por
ejemplo, de acero)
Normalmente
estas toberas tienen un diámetro de 15 mm, y se prolongan una distancia de unos
6 mm más allá del tubo de contacto.
No
obstante, resulta conveniente disponer de toberas de diferentes longitudes,
según el tipo de trabajo a realizar.
3- Modos de
transferencia
3.1- Por
spray ("spray transfer")
Mediante
este modo de transferencia de material, las gotas, que generalmente serán de
pequeño diámetro, se depositan en el baño siguiendo la dirección del hilo, es
un modo de transferencia típico de los arcos estables y baños de fusión muy
calientes.
El
resultado que deja es un cordón de aspecto liso y con escasas proyecciones,
estando caracterizado por una penetración muy marcada en el centro.
Cuando se
produce este tipo de transferencia resulta difícil el control del baño, salvo
cuando se suelda en posición horizontal, el modo de transferencia por spray
normalmente se produce cuando se utiliza como gas argón (Ar), puro o en mezclas
ricas en argón.
Para que
se produzca este tipo de transferencia es necesario emplear tensiones elevadas
(>28 V), originándose en el proceso un zumbido característico.
3.2- Por cortocircuito
("short arc" o "dip transfer")
Este modo
de transferencia se genera cuando se producen frecuentes cortocircuitos que
hacen extinguir el arco (entre 40 y 200 veces/seg.) Es típico de los baños
relativamente fríos y con pequeño poder de penetración. Se genera un arco
ruidoso con muchas proyecciones y de aspecto ancho y rugoso.
Este modo
de transferencia se usa para ejecutar soldaduras en posición, y se genera
cuando se utiliza como gas CO2, o con mezclas de CO2 con
argón.
Para que
se produzca la transferencia por cortocircuito es necesario emplear valores
bajos de tensión (<22 V).
3.3-
Globular ("globular transfer")
Para este modo de transferencia
las gotas que se transfieren al baño son de tamaño relativamente grandes.
Se genera
con arcos menos estables, originándose abundantes proyecciones a lo largo del
cordón.
Asimismo
se produce poca penetración de soldeo, y la tensión necesaria se encuentra
entre 22-28 V.
4- Factores
influyentes
4.1-
Polaridad de corriente
En la
soldadura MIG-MAG se debe emplear siempre corriente continua y polaridad
inversa (CC/PI), nunca corriente alterna, si se emplease corriente continua con
polaridad directa generaría en la transferencia de material gotas muy
voluminosas y probablemente rechazo, por lo que siempre se debe utilizar en
polaridad inversa.
5- Parámetros de soldadura
5.1-
Intensidad de corriente
El valor
de la intensidad de corriente que se aplique va a estar definida por:
Grosor de
chapa - diámetro del hilo de aporte - posición de soldeo - penetración que se
desee conseguir - tipo de pasada (si es
de raíz, de relleno o final).
La intensidad de corriente queda automáticamente regulada por el equipo
de soldeo en función de la velocidad de salida del hilo, que a su vez dependerá
de su diámetro, y del voltaje y caudal de gas empleado.
Como ya
se ha visto, el valor de intensidad con que se suelde va a tener influencia en
el tipo de transferencia que se consiga. En general, intensidad grande de
corriente va a generar transferencia en "gotas pequeñas".
5.2-
Tensión de corriente
El valor
de la tensión de corriente tiene una influencia notoria sobre el modo de
transferencia:
-
cortocircuitos: tensión de 14 a 22 Voltios;
-
globular: tensión de 22 a 26 Voltios;
- spray:
tensión de 27 a 40 Voltios.
En
general, aumentar el voltaje supondrá que se obtenga un cordón más ancho.
La
velocidad de arrastre del hilo va a ser siempre proporcional a la intensidad de
corriente. Es un valor que se fija en el equipo de soldeo, lo que va a fijar la
intensidad de corriente.
La
velocidad de arrastre de la pistola de soldeo va a depender de:
Posición
de soldadura que se practique - del aspecto del cordón que se requiera - de la
penetración que se desee conseguir - forma del cordón.
El valor
del caudal de gas de salida dependerá del tipo de gas empleado. Como valores
normales de referencia oscila entre los 14 a 16 litros/minuto si se emplea CO2
y de 10 a 12 litros/minuto para mezclas.
6- Técnicas de soldadura
A
continuación se muestra unas figuras representativas del ángulo de pistola
óptimo para el proceso:
6.2- Técnicas de avance
Las
distintas posiciones de avance que se pueden presentar durante el proceso de
soldadura son:
Soldadura
a derecha - soldadura a izquierda - soldadura en vertical - soldadura en cornisa
-soldadura en techo.
a) Soldadura a derecha
La
soldadura a derecha proporciona una mayor penetración y avance de la pistola.
Por otro
lado, se evita el riesgo de inclusiones de escorias, y además disminuye la
probabilidad de formación de poros o de falta de fusión del baño, genera un
baño muy caliente y fluido, lo que requiere cierta habilidad por parte del
operario.
Se
ejecuta mediante pasadas estrechas.
Esquema
de soldadura a derecha
b) Soldadura a izquierda
La
soldadura ejecutada a izquierda proporciona poca penetración, por lo que sólo
se recomienda para soldar chapas finas. Por otro lado, requiere menor intensidad
de corriente, y el calor aportado al proceso es menor, tiene tendencia a la
formación de poros y de falta de fusión en el baño. Genera cordones anchos.
Esquema
de soldadura a izquierda
c) Soldadura en vertical:
d) Soldadura en cornisa:
e) Soldadura en techo:
Para
las soldaduras ejecutadas en techo se recomienda realizar varias pasadas
pequeñas con oscilación.
7- Clasificación de electrodos para soldaduras al
arco con gas
La
especificación AWS A5.18 dicta las normas de clasificación del material de
aporte para procesos de soldadura con protección gaseosa (MIG/MAG, TIG y
plasma). En este caso, los electrodos se denominan de la siguiente forma:
ERXX-SX
Donde
cada término significa lo siguiente:
E: indica electrodo para soldadura
por arco (sólo caso MIG/MAG).
R: indica aporte que funde por un
medio diferente que el que conduce la corriente del arco eléctrico (sólo caso
TIG y plasma).
XX: indica la resistencia a la
tracción nominal del depósito de soldadura (igual para todos los casos).
S: indica que el electrodo es
sólido.
X: último número que indica la
composición química del electrodo.
Se
adjunta la siguiente tabla representativa de lo anteriormente explicado:
AWS Clasificación
|
Gas Protector
|
Corriente y Polaridad
|
Resistencia a la Tracción
|
GRUPO A: ELECTRODOS DE ACERO DE BAJO CARBONO
|
|||
E 60S-I
|
Argón-Ia 5% O2
|
C.C. Polaridad Inversa
|
62 000
|
E 60S-2
|
Argón-Ia 5% O2 ó CO2
|
C.C. Polaridad Inversa
|
62 000
|
E 60S-3
|
Argón-Ia 5% O2 ó CO2
|
C.C. Polaridad Inversa
|
62 000
|
E 70S-4
|
CO2
|
C.C. Polaridad Inversa
|
72 000
|
E 70S-5
|
CO2
|
C.C. Polaridad Inversa
|
72 000
|
E 70S-6
|
CO2
|
C.C. Polaridad Inversa
|
72 000
|
E 80S-G
|
No especifica
|
No especifica
|
72 000
|
GRUPO B: ELECTRODOS DE BAJA ALEACIÓN
|
|||
E 70S - IB
|
CO2
|
C.C. Polaridad Inversa
|
72 000
|
E 70S - GB
|
No especifica
|
No especifica
|
72 000
|
GRUPO C: ELECTRODOS EMISIVOS
|
|||
E 70 U-I
|
Argón-Ia 5% O2 ó
Argón
|
C.C. Polaridad Directa
|
72 000
|
ELECTRODOS TUBULARES
|
|||
E 70T-I
|
CO2
|
C.C. Polaridad Inversa
|
72 000
|
E 70T-2
|
CO2
|
C.C. Polaridad Inversa
|
72 000
|
E 70T-3
|
Ninguno
|
C.C. Polaridad Inversa
|
72 000
|
E 70T-4
|
Ninguno
|
C.C. Polaridad Inversa
|
72 000
|
E 70T-5
|
CO2 Ninguno
|
C.C. Polaridad Inversa
|
72 000
|
E 70T-G
|
No especifica
|
No especifica
|
72 000
|
