¿Qué es la soldadura por arco de metal blindado (SMAW)? 👨‍🏭

Introducción

La soldadura por arco con electrodo revestido es un proceso que produce la coalescencia entre metales calentándolos y derritiéndolos con un arco eléctrico establecido entre la punta de un electrodo revestido y la superficie del metal base en la unión que se está soldando.

Cómo funciona el proceso

El metal fundido del electrodo se transfiere a través del arco eléctrico al baño de fusión del metal base, formando así el metal de soldadura.

Una escoria líquida de menor densidad que la del metal líquido, que se forma a partir del revestimiento del electrodo y las impurezas del metal base, remata el baño de fusión protegiéndolo de la contaminación atmosférica.

Una vez solidificada, esta escoria controlará la velocidad de enfriamiento del metal de soldadura ya solidificado. El metal de aporte proviene del núcleo metálico del electrodo (alambre) y del recubrimiento, que en algunos casos consiste en polvo de hierro y elementos de aleación.

La soldadura con electrodo revestido es uno de los procesos de soldadura más utilizados de todos los que hablaremos, debido a la sencillez de los equipos, la calidad de las soldaduras y el bajo coste de los equipos y consumibles.

Tiene una gran flexibilidad y suelda la mayoría de los metales en una amplia gama de espesores. Últimamente ha ido perdiendo terreno frente a otros procesos debido a la menor productividad (se tarda más en completar una soldadura en este proceso que con FCAW, por ejemplo).

La soldadura con este proceso se puede realizar en casi cualquier lugar y en condiciones extremas. La soldadura con electrodos revestidos se utiliza ampliamente en la fabricación industrial, estructuras metálicas para edificios, construcción naval, automóviles, camiones, compuertas y otros conjuntos soldados.

La mayor desventaja de este proceso es su baja productividad, que se debe principalmente a la necesidad de reemplazar los electrodos.

Ventajas y desventajas

Ventajas	Desventajas
Es un proceso versátil, ya que se adapta a materiales de diferentes espesores y en cualquier posición de trabajo.	Es un proceso manual, dependiendo de la habilidad del soldador, lo que implica un menor control de los parámetros de soldadura, como la corriente de soldadura.
El equipo necesario es de costo relativamente bajo.
Su uso está indicado tanto en el interior de la fábrica como en el campo.	Comparado con otros procesos, presenta una baja productividad, debido a su baja tasa de deposición y baja tasa de ocupación del soldador (tiempo con el arco abierto por el tiempo total de soldadura), que ronda el 40%.
Actualmente se utiliza en la industria naval, ferroviaria, automotriz, metalmecánica y de la construcción.
Es ampliamente utilizado para soldar acero al carbono, acero de baja aleación, acero inoxidable, hierro fundido, aluminio, cobre, níquel, etc.
Los metales de bajo punto de fusión como Pb, Sn, Zn y los metales refractarios o muy reactivos como Ti y Zr no son soldables con electrodo revestido.	Genera gran volumen de gases y humos durante el proceso.

Equipo de soldadura

Como se muestra en la siguiente figura, el equipo consta de una fuente de alimentación, cables de conexión, un portaelectrodos, una pinza (conector de tierra) y el electrodo.

Fuente de alimentación

La fuente de alimentación puede ser corriente continua (generadores o rectificador) o corriente alterna (transformador).

Las fuentes de corriente continua pueden ser:

1 - Generadores, generalmente utilizados para trabajos en obras de construcción, especialmente donde no se dispone de un suministro eléctrico adecuado.
2 – Transformadores-rectificadores, que presentan ventajas con relación a los generadores por el menor costo de operación y mantenimiento, con operación más silenciosa.

En el caso de corriente continua, se debe elegir la polaridad que requiera el servicio:

a) Corriente continua - polaridad directa (DC-), el electrodo está conectado al polo negativo de la máquina y hay una menor tasa de deposición y mayores profundidades de penetración.
b) Corriente continua – polaridad inversa (DC+), el electrodo positivo y la parte negativa. Con esta configuración, se obtienen velocidades de fusión de electrodos de penetración más baja y más altas.
c) Corriente alterna (CA): la polaridad alterna con cada inversión de corriente. Con este tipo de configuración, la geometría del cordón será intermedia a la obtenida en CC+ y CC-

Consejo: El signo de corriente continua siempre se refiere a dónde está conectado el electrodo. Algunos incluso prefieren llamarlo electrodo positivo o electrodo negativo.

cables de soldadura

Se utilizan para conectar el portaelectrodos y la pinza a la fuente de alimentación. Deben ser flexibles para permitir un fácil manejo. Forman parte del circuito de soldadura y consisten en varios hilos de cobre enrollados entre sí y protegidos por un revestimiento aislante y flexible. Los cables deben mantenerse desenrollados y sin empalmes.

Portaelectrodos

El portaelectrodos se utiliza para fijar y energizar el electrodo. Una correcta fijación y un buen aislamiento de los cables es fundamental para que se minimicen los riesgos de choque. Las garras deben estar siempre en buen estado, para evitar problemas de sobrecalentamiento y mala fijación del electrodo, que puede soltarse durante la soldadura.

Abrazadera (conector de tierra)

Es un dispositivo para conectar el cable de tierra a la pieza a soldar.

Consumibles - electrodos

El electrodo revestido consta de:

• Electrodo ('El alma')
• Revestimiento

El electrodo establece el arco y suministra el metal de aporte para la soldadura.

El recubrimiento del electrodo tiene las siguientes funciones durante el proceso de soldadura: Funciones eléctricas, físicas y metalúrgicas.

Función de aislamiento eléctrico e ionización.

a) Aislamiento – aísla el núcleo del electrodo evitando aperturas laterales del arco, dirigiendo el arco al lugar de interés. Por ejemplo, al soldar chaflanes estrechos de difícil acceso, para evitar que se forme el arco en posiciones no deseadas.
b) Ionización: el recubrimiento contiene silicatos de Na y K que ionizan la atmósfera del arco. Esto facilita el paso de la corriente eléctrica, creando un arco eléctrico estable.

Funciones físicas y mecánicas

a) Proporcionan gases para la formación de una atmósfera protectora de las gotitas metálicas frente a la acción del hidrógeno en la atmósfera.
b) El recubrimiento se funde y luego solidifica sobre el cordón de soldadura formando una escoria de material no metálico, protege el cordón de soldadura de la oxidación por la atmósfera normal mientras la soldadura se enfría.
c) Proporciona control de la velocidad de enfriamiento y contribuye al acabado del cordón:

Propósito metalúrgico

a) Introduce elementos de aleación en el metal de soldadura, cambiando sus propiedades de soldadura. También se añaden otros elementos químicos con el fin de eliminar las impurezas, desoxidar, etc. (p. Ej., Mn, Si)

Los electrodos revestidos se clasifican según las especificaciones de la AWS (American Welding Society). Las especificaciones comerciales para electrodos revestidos se pueden encontrar en las especificaciones AWS de la serie AWS A5 (Ej.: AWS A5.1)

Características y usos

Es importante que un inspector de soldadura recuerde que el proceso de soldadura con electrodo revestido tiene muchas variables a considerar. Por ejemplo, se puede utilizar en una amplia variedad de configuraciones de juntas que se encuentran en la soldadura industrial y en una amplia variedad de combinaciones de metal base y metal de aporte.

Ocasionalmente, se utilizan varios tipos de electrodos para una soldadura específica. Un inspector de soldadura debe tener un conocimiento profundo de la especificación del consumible utilizado para el trabajo para saber cómo y qué variables afectan la calidad de la soldadura.

El proceso de soldadura con electrodo revestido se puede utilizar para soldar en todas las posiciones. También se puede utilizar para soldar la mayoría de los aceros y algunos metales no ferrosos, así como para la deposición de metal de aporte para obtener ciertas propiedades o dimensiones.
Cuenta con la capacidad de soldar metal base en un rango de 2 mm a 200 mm, según los requisitos y el uso de control de distorsión o calentamiento.

El control de la energía de soldadura (aportación térmica) durante la operación es un factor relevante en algunos materiales, como los aceros templados y revenidos, los aceros inoxidables y los aceros de baja aleación que contienen molibdeno, siendo también de gran importancia para aplicaciones a baja temperatura.

Un control inadecuado de la energía de soldadura durante la operación de soldadura, cuando se requiere, puede provocar fácilmente el agrietamiento o la pérdida de las propiedades del metal base primario, como la pérdida de resistencia a la corrosión en los aceros inoxidables o incluso una caída en la capacidad de absorción de energía.

La tasa de deposición de este proceso es pequeña en comparación con otros procesos de alimentación continua. La tasa de deposición varía de 1 a 5 kg/h y depende del electrodo elegido.

El éxito del proceso de soldadura con electrodo revestido depende en gran medida de la habilidad y la técnica del soldador, ya que el soldador realiza todas las manipulaciones de la soldadura. Hay cuatro elementos que el soldador debe poder controlar:

• Longitud del arco (varía entre 0,5 y 1,1 del diámetro del electrodo revestido). En términos sencillos, podemos considerar la distancia desde la punta del electrodo hasta la pieza.
• Desplazamiento del electrodo y ángulo de trabajo.
• Velocidad de desplazamiento del electrodo.
• Técnicas de deposición de pase (estrecho o swinging pass).
• Corriente eléctrica.

Preparación y limpieza de juntas.

Las partes a soldar deben estar libres de aceite, grasa, óxido, pintura, residuos de examen por líquido penetrante, arena y hollín del precalentamiento a gas, en una franja de por lo menos 20 mm a cada lado de los bordes y desmagnetizadas.

Después de cada pasada, se debe retirar la escoria producida. La eliminación parcial de la escoria produce cordones de soldadura con inclusiones de óxido, lo que compromete las propiedades mecánicas de la unión soldada. La falta de limpieza entre pasadas genera el famoso defecto de "inclusión de escoria".

Parámetros habituales para soldar aceros

La siguiente tabla muestra un ejemplo de parámetros típicos por diámetro para el electrodo revestido Tipo 7018. El electrodo 7018 se usa más comúnmente en trabajos responsables, sin embargo, consulte a un especialista en soldadura para conocer el electrodo y los parámetros más económicos y productivos a usar. Tu trabajo.

Discontinuidades inducidas por el proceso

La soldadura obtenida por soldadura por arco con electrodo revestido puede contener casi todos los tipos de discontinuidades. A continuación se enumeran algunas de las discontinuidades más comunes que se pueden encontrar cuando se utiliza este proceso.

Porosidad

En general, es causado por el uso de técnicas incorrectas (larga longitud de arco o alta velocidad de soldadura), por el uso de metal base sin la limpieza adecuada o por un electrodo húmedo.

La porosidad agrupada a veces ocurre en la apertura y el cierre del arco. La técnica de soldadura con una pequeña pasada hacia atrás, justo después de iniciar la operación de soldadura, permite que el soldador vuelva a fundir la zona al inicio de la pasada, liberando su gas y evitando así este tipo de discontinuidad. La porosidad vermiforme generalmente es causada por el uso de un electrodo húmedo.

Inclusiones

Son causados ​​por un manejo inadecuado del electrodo y una mala limpieza entre pasadas. Es un problema previsible, en el caso de un diseño inadecuado en cuanto al acceso a la junta a soldar o incluso con pequeños ángulos de bisel.

Falta de fusión

Resultados de una técnica de soldadura inadecuada: soldadura rápida, unión o preparación inadecuada del material, corriente demasiado baja.

Falta de penetración

Resulta de una técnica de soldadura inadecuada; soldadura rápida, unión o preparación inadecuada del material, corriente demasiado baja y diámetro del electrodo demasiado grande.

Concavidad y Superposición

Se deben a errores (descuidados) del soldador.

Grietas en la garganta y grietas en la raíz

Cuando aparecen exigen, a evitar, cambios en la técnica de soldadura o cambio de materiales.

Grieta interlamelar

Esta discontinuidad no se caracteriza como una falla del soldador. Ocurre cuando el metal base, al no soportar las altas tensiones generadas por la contracción de la soldadura, en la dirección del espesor, se agrieta en forma de escalones, ubicados en planos paralelos a la dirección de laminación.

Solo para información, algunos ingenieros especifican una prueba de tracción "Z" para evaluar la resistencia de este material a este tipo de agrietamiento.

Grietas en el margen y grietas debajo del cordón

Son grietas, como veremos, debidas al agrietamiento en frío. Ocurren algún tiempo después de que se realiza la soldadura y, por lo tanto, es posible que no se detecten mediante una inspección realizada inmediatamente después de la operación de soldadura. Normalmente ocurren mientras el hidrógeno está atrapado en la soldadura.

Como ejemplo de fuentes de hidrógeno, podemos mencionar: alta humedad del aire, electrodos mojados, superficies sucias.

Este hidrógeno, combinado con una microestructura frágil y un nivel de tensión residual suficientemente elevado, contribuyen a la aparición de este tipo de fisuras.

Undercut (se asemeja a una mordida)

Alto amperaje (corriente), parte muy caliente.

Condiciones ambientales y de protección individual

La soldadura no debe realizarse en presencia de lluvia y viento, a menos que la junta a soldar esté debidamente protegida.

El arco eléctrico emite radiación visible y ultravioleta además de proyecciones y gases nocivos. Por estas razones, el soldador debe estar debidamente protegido, utilizando filtros, guantes, ropa de protección, vidrios de seguridad y realizar las soldaduras en lugares con ventilación adecuada.

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