Soldadura GMAW (MIG/MAG): Proceso, Variables y Equipos

PROCESO
SEMI AUTOMATICO
GMAW (MIG/MAG )
Ing. Juan Guardia
Proceso GMAW
SOLDADURA
POR FUSION
ARCO ELECTRICO
OXIGAS
SMAW
(ARCO
ELECTRICO
MANUAL)
GTAW
(TIG)
GMAW
(MIG/MAG)
ELECTRODO
VARILLA
ALAMBRE MACIZO
FCAW
SAW
(ARCO
SUMERGIDO)
ALAMBRE TUBULAR
Proceso GMAW
Gas
Metal
Arc
Welding
Metal
Inert
Gas
Metal
Active
Gas
Mercado Peruano
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
E.REV
MAG/MIG
OPEN ARC
ARC SUM
1986
1990
1994
1997
Proceso GMAW (MIG/MAG)
CARACTERISTICAS
Equipo complejo, costoso (relativo) y no es portable.
Limitado a ciertos metales y aleaciones.
Sensible a vientos o corrientes de aire.
Para soldar espesores mayores a 0.6 mm.
Dependiendo la aleación y el gas protector puede emplearse en todas posiciones.
Requiere de un gas protector.
Mínima cantidad de escoria (cascarilla).
Excelente opción para trabajos en taller, trabajos continuos o trabajos en serie.
Capacitación previa del soldador.
Poca experiencia en su uso (en el Perú).
Alta eficiencia de fusión (95%) y altos ratios de deposición de soldadura.
Variables
ARCO ELECTRICO MANUAL
Fuente de poder:
☺ Amperaje constante
Seleccionar:
☺ Tipo de corriente y
polaridad
☺ Diámetro del electrodo
Regular:
☺ Amperaje
Controlar:
☺ Longitud de arco
☺ Velocidad de avance
☺ Inclinación del
electrodo
PROCESO MIG / MAG
Fuente de poder:
☺ Voltaje constante
Seleccionar:
☺ Diámetro del alambre
☺ Gas de protección /
Transferencia
☺ Inductancia
☺ Sirga / Rodillos / Torcha, etc.
Regular:
☺
☺
☺
☺
Voltaje
Caudal de gas
Velocidad de alambre
Presión de los rodillos
Controlar:
☺ Velocidad de avance
☺ Inclinación de la torcha
Factores que Influyen en el
Liderazgo del Proceso GMAW
• ECONOMICO:
aMenor costo por kilo de material
depositado
• TECNICO:
aVersatilidad en el proceso
aCalidad de los depósitos
aNivel técnico de los soldadores
Versatilidad del Proceso
• Alambres para toda posición
• Un solo alambre de acero al carbono
puede reemplazar a una gama de
electrodos convencionales.
• Con un solo diámetro de alambre se
puede usar para pase de raíz, relleno y
acabado.
• En aceros al carbono puede soldar
planchas hasta de 0,6mm.
Calidad en los depósitos
• Al ser alambres sólidos desnudos no
hay problemas de absorción de
humedad en el revestimiento
• Los depósitos de los alambres para
aceros estructurales como el ER 70 S-6
(Carbofil PS 6-GC) son similares al de
un electrodo revestido como el E 7018
(Supercito).
• La escoria es mínima por lo que no
existe riesgo de obtener inclusiones de
escoria en los depósitos
Sistema GMAW
Regulador / Flujometro
Fuente de poder
Sistema de
enfriamiento
de la pistola
Alimentador
de alambre
Pistola ó
antorcha
Sistema de gas
24 V para el alimentador
¿Que se debe conocer para
que el proceso MAG/MIG sea
un éxito ?
1. Seleccionar adecuadamente el
equipo MIG/MAG
2. Seleccionar adecuadamente el
gas protector
3. Seleccionar adecuadamente el
alambre y su diámetro
4. Seleccionar adecuadamente los
parámetros de soldadura
“Soldar fundamentalmente con el
tipo de transferencia adecuada”
5. Entrenamiento y capacitación de
los soldadores y todo el personal
involucrado
Fuentes de poder
Instalaciones MIG / MAG
Alimentación monofásica
Alimentación trifásica
Criterios prácticos para
seleccionar una Fuente de Poder
Preguntas claves que debemos de
responder:
1. ¿Que material se va a soldar?
2. ¿Cuales son los espesores máximos y
mínimos que se va a soldar ?
3. ¿Cuales será el promedio de arco
encendido ?
4. ¿Se requiere soldar alambres tubulares?
Cuatro reglas sencillas para la
selección de una Fuente de Poder
1. Si suelda espesores hasta 6,0mm se recomienda
emplear una FP de 300 a 350 A con 60% de CT,
para usar como máximo alambre de 1,00 mm.
2. Si se suelda espesores hasta 9,6mm. Se
recomienda FP de 400 Amp con 60% de CT.
3.Si se suelda espesores mayores de 9,60 mm, se
recomienda una FP de 450 A al 60% CT
4.La fuente de poder debe ser un producto durable,
de calidad y de fácil operación
Datos de Placa de una Fuente de
Poder para GMAW
• Alimentación 50-60Hz
220/380/440
• Tensión en vacío
• N° de posiciones (V)
• Ciclo de trabajo 60%
100%
• N° de inductancia
45-55 V
24
320
250
2
• Ø de alambre
acero e inoxidable
• Ø de alambre ligero
• Ø de alambre tubular
• Velocidad de alimentación
• N° de rodillos
0,8-1,2
1,0-1,6
1,0-1,6
1,5-20.0
4
Alimentadores de alambre
Alimentadores de alambre
• Sistemas de 2 rodillos
• Sistemas de 4 rodillos
Rodillos impulsores
Antorchas para GMAW
Tipos de Antorchas para
GMAW
Antorchas:
Refrigeradas por gas
Refrigeradas por agua
Con extracción de humos
Push-Pull
Automáticas
Pistolas GMAW
• Enfriadas por aire ó agua
- La capacidad nominal de la pistola
de soldar debe tener como mínimo el
amperaje con el que se soldará
normalmente.
- Se debe recordar que las mezclas de
argón, normalmente reducen la
capacidad a un 50%.
Pistolas GMAW
• El uso de pistolas de una menor
capacidad de amperaje puede
causar:
- Sobrecalentamiento y/o fusión de la
pistola.
- Alimentación errática.
- Incremento del uso de consumibles.
Pistolas GMAW
• Las pistolas enfriadas por agua se
usan normalmente para:
- Aplicaciones con amperajes muy
elevados (450 A +).
- Aplicaciones con amperajes altos y
mezclas de argón.
- Sistemas mecanizados ó
automáticos.
Antorchas
Refrigeradas
por Gas
TIPO Cap. / Ciclo de Trabajo (CO2) Cap. / Ciclo de Trabajo (Mescla) Diámetro del Alambre
MB15AK
180 A / 60%
150 A / 60%
0.6 - 1.0
MB24KD
250 A / 60%
220 A / 60%
0.8 - 1.2
MB25AK
230 A / 60%
200 A / 60%
0.8 - 1.2
MB26KD
290 A / 60%
260 A / 60%
0.8 - 1.2
MB36KD
340 A / 60%
320 A / 60%
0.8 - 1.2
MB38KD
380 A / 60%
360 A / 60%
1.2 - 1.6
RB61GD
500 A / 60%
400 A / 60%
1.6 - 3.2
Antorchas
Refrigeradas
por Agua
TIPO Cap. / Ciclo de Trabajo (CO2) Cap. / Ciclo de Trabajo (Mescla) Diámetro del Alambre
MB 240D
300 A / 100%
270 A / 100%
0.8 - 1.0
MB 501D
500 A / 100%
450 A / 100%
1.0 - 2.4
MB 602
600 A / 100%
550 A / 100%
1.0 - 2.4
RB 601D
650 A / 100%
1.6 - 3.2
Antorchas
con Sistema
de Extracción
de Humos
TIPO
RAB 15AK
RAB 24AK
RAB 25KD
RAB 36KD
RAB 501D
Refrigeración Cap. / Ciclo de Trabajo (CO2) Cap. / Ciclo de Trabajo (Mescla)
GAS
180 A / 60%
150 A / 60%
GAS
250 A / 60%
220 A / 60%
GAS
230 A / 60%
200 A / 60%
GAS
310 A / 60%
290 A / 60%
AGUA
450 A / 100%
400 A / 100%
Alambre
0.8 - 1.0
0.8 - 1.2
0.8 - 1.2
0.8 - 1.2
1.0 - 2.4
Guías de alambre
• Están diseñadas para soportar y
conducir el alambre, desde los
rodillos impulsores hasta la punta
de contacto.
Guías de alambre
• Es importante que se use la guía de
acuerdo al diámetro del alambre.
• Se fabrican en dos variedades:
- Acero:
Para la mayoría de las aplicaciones.
- Teflón:
Para aluminio y aceros inoxidables.
Guías de alambre
• La mayoría de los alambres tienen un
recubrimiento de parafina (cera) para
ayudar en la alimentación y proteger la
superficie del electrodo.
• Con el uso, el recubrimiento y la suciedad
del área produce que ésta se acumule en el
interior de la guía; provocando problemas
de alimentáción.
• La limpieza o reemplazo periódico son
necesarios para asegurar una alimentación
adecuada.
Nomenclatura
Longitud
de arco
Distancia
punta de
contacto trabajo
Nomenclatura
Prolongación
eléctrica –
“stickout”
Distancia
boquilla trabajo
Elementos eléctricos
• Amperaje
• Voltaje
• Resistencia
Voltaje
• En un circuito de soldadura existen
varios valores de voltaje:
-
OCV (tensión de vacio).
Carga.
Primario.
Secundario.
Arco.
Voltaje de arco
• Afecta la altura y ancho del cordón
de soldadura.
• El voltaje seleccionado en la fuente
de poder determina la longitud de
arco.
• El voltaje de arco no cambia en
función de la otras variables
- Fuentes de poder de voltaje constante.
Voltaje – cordón
Corriente/Amperaje
• Los dos tipos de corriente son:
- Corriente alterna.
- Corriente directa.
La corriente en un circuito fluye en un
solo sentido (de - a +).
Corriente directa
• Los dos sentidos de flujo se conocen:
- DCEN, Polaridad directa
EN por Electrodo Negativo
- DCEP, Polaridad Invertida
EP por Electrodo Positivo
Corriente alterna
Corriente alterna
-
+
Corriente alterna
-
+
Corriente alterna
+
-
Corriente alterna
+
-
Variables
• Metal base
- El tipo, la composición y el espesor
ayudan a determinar:
El amperaje necesario.
El diámetro del electrodo a ser
usado.
El tipo de gas de protección que
debe utilzarse.
Espesor-amperaje
Calibre
Fracción más
próxima
(pulgadas)
Amperaje
aproximado
18
3/64” = 0.047”
47
16
1/16” = 0.062”
62
14
5/64” = 0.078”
78
12
1/10” = 0.100”
100
10
1/8” = 0.125”
125
8
5/32” = 0.156”
156
6
3/16” = 0.187”
187
Velocidad de alambre-amperaje
Diámetro de
alambre
Rango de
amperaje
Rango de
velocidad de
alambre
0.023”
30 - 90
100 - 400
0.030”
40 - 145
90 - 340
0.035”
50 - 180
80 - 380
0.045”
75 - 250
70 - 270
Relación WFS-Amperaje para transferencia corto circuito
en acero al carbono.
Fusión del alambre
• Regla empírica
- 1 A por cada 0.001” de espesor
- 1/8” material = 0.125” = 125 amperes.
• Fusión del alambre:
- 0.030” x 2 diám*factor (125 A) = 250 IPM
- 0.035” x 1.6 diám*factor (125 A) = 200 IPM
- 0.045” x 1 diám*factor (125 A) = 125 IPM
Resistencia
• Existen varias fuentes de resistencia
en un circuito de soldadura:
- Cables de fuerza
- Conexiones
Pinza de tierra
Terminales
- “Stickout”
- Arco eléctrico
Cables de fuerza
• Diámetro
• Longitud
• Condición
Conexiones
“Stickout”
• Para transferencia corto circuito debe
estar entre ¼” – 3/8”.
“Stickout”-amperaje
Dirección de avance
Dirección de avance
Dirección de avance
Empuje
Arrastre
Velocidad de avance
Influencia de la tensión de
arco sobre la penetración y la
forma del cordón
Influencia de la velocidad de
soldadura sobre la penetración
y la silueta del cordón
Influencia del gas en el
perfil de soldadura
Modos de transferencia
Corto circuito
Globular
Spray
Spray pulsado
Transferencia corto circuito
Transferencia corto circuito
• Ventajas:
-
Materiales delgados
Trabajos fuera de posición
Juntas abiertas
Pobre ajuste de juntas
Transferencia corto circuito
• Limitaciones:
- Produce salpicadura
- Falta de penetración en materiales
gruesos
- Uso limitado en aluminio
Inductancia
• Los cambios en la inductancia afectan
la fluidez del charco de soldadura
• A mayor inductancia, el cordón tiende
a ser más plano.
Transferencia globular
• La transferencia globular normalmente NO
se utiliza debido a la alta cantidad de
salpicadura y los problemas potenciales de
penetración incompleta.
Transferencia spray
Transferencia spray
• Ventajas:
-
Alta tasa de depósito
Buena fusión y penetración
Excelente apariencia del cordón
Capacidad de utilizar alambres de gran
diámetro
- Prácticamente no existe slapicadura
Transferencia spray
• Limitaciones:
- Usada solo en materiales de un espesor
mínimo de 1/8”
- Para posiciones plana y horizontal
- Se requiere de un buen ajuste de junta ya que
no tolera las juntas abiertas
Transferencia spray pulsado
Transferencia spray pulsado
• Ventajas
-
Permite la aplicación en todas posiciones
Sin salpicadura
Toda la gama de espesores
Versátil y productivo
Programable
Transferencia spray pulsado
• Limitaciones:
- Alto costo inicial del equipo
- Aceptación del operador y conocimiento del
proceso
- Dificultad para ajustar los parámetros
- Aplicación limitada en juntas abiertas y de
pobre ajuste.
Regimenes de Transferencia
Avanzados
Aceros al carbono
Indica el uso de un electrodo continuo (E), ó varilla (R).
Indica la resistenci a mínima a la tensión,
en miles de psi (lb/in2)
Indica si el metal de aporte es sólido (S) ó
Compósito (C).
ER XXX S - X
Indica la composición química del
electrodo sólido ó la composición
química del depósito producido por un
electrodo compósito. El uso del súfijo
“GS” indica que el metal de aporte es
para aplicaciones de un solo paso.
Aceros inoxidables
“ER” significa que el metal de aporte puede ser
usado un electrodo continuo ó una varilla
Los digitos “308” indican la composición
química específica del metal de aporte.
ER 308
X
Cierto tipos de alambres sólidos pueden
tener letras ó números después de los
digitos, por ejemplo: “L” significa bajo
carbono; “Si” significa alto contenido de
silicio.
Aluminio
Gas de protección
• Se debe mentener un flujo apropiado
del gas de protección para asegurar
que el charco de metal líquido este
protegido contra la atmósfera.
Gas de protección
• Las funciones principales son:
- Formar una campana de protección para el
metal líquido contra la atmósfera.
- Estabilizar el arco.
- Afecta la forma de la columna de plasma y
permite los diferentes modos de transferencia.
Gas de protección
• Un flujo inadecuado de gas puede tener efectos
nócivos para los cordones de soldadura:
- Muy bajo, causa falta de protección
- Muy alto, causa turbulencia que introduce aire al
cordón
• Se debe proteger la zona de arco contra ráfagas
de viento que alteren la protección del gas.
Gas de protección
• El tipo de gas afecta:
- Los parámetros de soldadura; amperaje, voltaje y
“stickout”.
- Modo de transferencia de metal; corto circuito, globular
ó spray.
- Estabilidad del arco de soldadura.
- Apariencia del cordón; humectabilidad, pérfil y
penetración.
- Niveles de salpicadura.
- Generación de humos y vapores.
- Velocidad de avance/tasa de fusión del electrodo.
Gas de protección
• Los gase puros que con mayor
frecuencia se utilizan como gas de
protección (ó una mezcla de ellos) son:
-
Argón (Ar)
Bióxido de carbono (CO2)
Oxígeno (O2)
Helio (He)
Hidrógeno (H2)
Nitrógeno (N2)
Argón
• Gas inerte.
• Produce un fácil encendido de arco.
• Promueve con facilidad obteción de la
transferencia tipo spray.
• Se usa como componente base de
mezclas.
Bióxido de carbono (CO2)
• El CO2 puro se utiliza únicamente para
la transferencia de corto circuito:
- Bajos parámetros,materiales delgados.
- Aplicaciones en fuera de posición.
- Produce elevados niveles de humos y
salpicadura.
Bióxido de carbono (CO2)
• Como un componente en una mezcla
con argón :
- Produce mayor penetración
- Incrementa en calor aplicado
- Mejora el perfil de penetración y del
cordón.
Oxígeno
• Como componente en una mezcla con
argón :
- Estabiliza el arco de soldadura.
- Mejora la “humectabilidad”.
- Reduce la tendencia al socavado.
Defectos mas comunes en
el proceso GMAW
. POROSIDADES
. SALPICADURAS
.FISURAS
Porosidades
como evitarlas
• Proteja el arco eléctrico de las
corrientes de aire
• Elimine las impurezas de la superficie
• Ajuste el flujo de gas
• Verifique la calidad del gas
• Use alambres limpio y en buen estado
• Regule adecuadamente el voltaje
......Continua
• Limpie las salpicaduras de la tobera y
boquilla de la pistola
• Mantener la distancia correcta del
alambre
• Revisar las conexiones de la manguera
del sistema de refrigeración.
• Controle la composición química del
alambre
• Prestar atención a la pistola
Salpicaduras
como evitarlas
•
•
•
•
Tensión de arco muy elevada
Excesivo flujo de gas
Metal base sucio
Velocidad de alambre alto o bajo en
relación con la velocidad de alambre
• Distancia excesiva de stick out
• Control inadecuado de la inductancia
......Continua
• Posición de la torcha o pistola
• Mal contacto del alambre y la punta de
contacto
• Salpicaduras en la tobera
• Tener mucho cuidado cuando se trabaja
con CO2 puro, el ajuste de parámetros
debe ser más preciso que con gases
mixtos.
Fisuras
como evitarlas
• Diseño de junta inadecuado:
- Se debe prepara biseles adecuados para
permitir que el metal depositado en su
sección transversal supere las condiciones de
restricción.
• Calor excesivo en la junta, causa exceso
de contracciones y dilataciones:
- Se debe reducir la corriente y el voltaje, así
como aumentar la velocidad de soldadura.
....Continua
• Fragilización en caliente causada por la
presencia de azufre:
- Es necesario usar alambres con alto
contenido de manganeso.
- Usar arco corto para minimizar la quema
de manganeso.
- Modificar la secuencia de soldeo.
• Tensiones residuales muy elevadas:
- Se debe usar tratamiento de alivio de
tensiones.
....Continua
• Fragilización por hidrógeno:
- Usar gases secos.
- Remover humedad que se pueda encontrar
sobre los materiales a soldar.
- Mantenga una temperatura de soldeo por
un tiempo más largo (post-calentamiento)
después de haber terminado de soldar para
permitir la difusión del hidrógeno libre que
pueda haber quedado en la superficie
hacia el medio ambiente.
EXSA S.A.
DIVISION SOLDADURAS
Departamento Técnico y Venta de
Máquinas de Soldar
Teléfono: 265-1618
Fax: 265-1617
e-mail: [email protected]