Introducción
La soldadura por electroescoria no es un proceso de arco, ya que el arco solo se utiliza para iniciar el proceso de soldadura. ESW es el acrónimo de Electro Slag Welding.
En la soldadura por electroescoria, una escoria fundida (temperatura de aproximadamente 1700°C) funde el metal de aporte y el metal base. El baño de escoria formado se superpone al baño de fusión, protegiéndolo durante la soldadura.
El proceso comienza abriendo el arco eléctrico entre el electrodo y un apéndice colocado en la base de la articulación. Se agrega fundente granulado y se derrite por el calor del arco. Cuando se forma una capa de escoria, cesa toda la acción del arco y la corriente de soldadura pasa del electrodo al metal base a través de la escoria por un conducto eléctrico.
Cómo funciona el proceso ESW
La resistencia de la escoria fundida al paso de la corriente de soldadura es suficiente para generar el calor necesario para la soldadura (efecto joule), suficiente para fundir el electrodo y las caras biseladas. El electrodo fundido (y el tubo guía, si se usa) y el metal base fundido forman la soldadura debajo del baño de escoria fundida. La siguiente figura muestra esquemáticamente este proceso.
Equipo de soldadura
El equipo utilizado en la soldadura por electroescoria consta de los siguientes componentes:- Fuente de alimentación.
- Alimentador y oscilador Arame
- Tubo guía y electrodo
- Desplazador (en caso de que la guía no sea consumible)
- Zapata de retención (zapata de montaje)
- Sistema de control.
- Cables y conexion electrica
- aisladores
Las fuentes de alimentación para el proceso de soldadura por electroescoria son del tipo transformador/rectificador de tensión constante, que operan en el rango de 450 a 1000 A. Son similares a las utilizadas en el proceso de soldadura por arco sumergido. El voltaje mínimo de circuito abierto de la fuente de alimentación debe ser de 60 V. Se requiere una fuente de alimentación separada para cada electrodo.
La siguiente figura muestra esquemáticamente una instalación típica de soldadura por electroescoria.
La corriente de soldadura y la velocidad de alimentación del electrodo se pueden tratar como una sola variable porque una varía dependiendo de la otra. Si se aumenta la velocidad de alimentación del electrodo, también aumentan la corriente de soldadura y la tasa de deposición. A medida que aumenta la corriente de soldadura, también aumenta la profundidad del baño de soldadura.
El voltaje de soldadura es otra variable que debe tenerse en cuenta. El estrés tiene un efecto importante en la profundidad de fusión en el metal base y también en la estabilidad operativa del proceso.
El aumento de la tensión aumenta la profundidad de fusión y el ancho del baño de soldadura y también aumenta el factor de forma (relación ancho/profundidad) y, como resultado, la posibilidad de agrietamiento es menor.
Si el voltaje es bajo, puede ocurrir un cortocircuito entre el electrodo y el baño de soldadura. Si el voltaje es demasiado alto, pueden producirse salpicaduras de soldadura o arcos sobre la escoria fundida.
Tipos y funciones de consumibles - electrodos y fundentes
El material de relleno debe tener una composición química similar a la del material base; eventualmente se pueden utilizar materiales de adición con diferentes características, pero es preferible que las composiciones químicas sean compatibles, ya que si es necesario un tratamiento térmico, se garantizará la adecuación entre este, el material base y el material colado.Los consumibles utilizados en la soldadura por electroescoria son el hilo macizo, acompañado de fundente, y el hilo tubular, cuando se añaden elementos de aleación.
La composición de la corriente también es importante, ya que determina el buen funcionamiento del proceso. Los fundentes pueden estar hechos de diversos materiales, como óxidos complejos de silicio, manganeso, titanio, calcio, magnesio y aluminio. Las características especiales deseadas para la soldadura se logran cambiando o variando la composición del fundente.
Las funciones normales de los flujos son:
- Conducción de la corriente de soldadura.
- Suministro de calor para derretir el electrodo y el metal base.
- Permite un funcionamiento estable.
- Protección del metal fundido de la atmósfera.
Características y usos
El proceso de soldadura por electroescoria tiene una aplicación limitada, se utiliza para realizar soldaduras verticales en espesores medios de aceros al carbono, de baja aleación, de alta resistencia, de medio carbono y algunos inoxidables. El proceso se aplica mejor a espesores superiores a 200 mm, para espesores máximos prácticamente no existen limitaciones. Aunque no se requiere habilidad manual, es necesario el conocimiento de la técnica para operar el equipo.El proceso de soldadura por electroescoria tiene muchas aplicaciones, principalmente debido a las altas tasas de deposición, lo que hace que el proceso sea económicamente viable. Entre las ventajas de utilizar el proceso de electroescoria podemos mencionar:
- La alta tasa de deposición y la buena calidad de la soldadura con respecto a las pruebas no destructivas hacen que este proceso sea deseable para secciones gruesas que se encuentran en numerosas aplicaciones industriales, como maquinaria pesada, recipientes a presión, barcos y fundiciones grandes.
- Requiere poco ajuste y preparación de juntas (normalmente juntas sin chaflán).
- Suelda materiales gruesos en una sola pasada, con un solo ajuste.
- Es un proceso mecanizado con un mínimo manejo de materiales. Una vez que el proceso comienza, continúa hasta su finalización.
- Requiere un tiempo de soldadura mínimo y tiene una distorsión mínima.
- No hay arco de soldadura visible ni arco eléctrico.
La fragilidad de la soldadura así obtenida necesita, para ser corregida, de un tratamiento térmico post-soldadura – normalización. Por supuesto, esto es una generalización porque el ingeniero debe evaluar esta necesidad después de probar y calificar el procedimiento de soldadura.
Discontinuidades inducidas por el proceso
Las soldaduras realizadas con el proceso de soldadura por electroescoria en condiciones de operación adecuadas son de alta calidad y libres de discontinuidades. Sin embargo, pueden aparecer discontinuidades si no se sigue un procedimiento de soldadura adecuado.El inspector de soldadura debe ser consciente de algunas discontinuidades que pueden resultar de este proceso son:
Falta de fusión
Las soldaduras de placas gruesas, en las que el calor se distribuye mediante la oscilación de los electrodos, pueden carecer de fusión en el centro o cerca de las zapatas.El efecto de enfriamiento de los zapatos puede evitar que el metal base se derrita cerca de la superficie sobre la que descansa el zapato.
La indicación resultante se asemeja a una mordedura.
También pueden presentarse al inicio de la soldadura con una temperatura inferior a la necesaria.
Inclusiones
Son poco frecuentes, pero pueden ocurrir. Este es el caso en el que la unidad de alimentación de alambre introduce piezas de alambre en el charco demasiado rápido y no se derriten.En la zona fundida también se han encontrado varillas e incluso partes de equipos de soldadura, como el extremo de la guía del tubo del electrodo.
Inclusiones de escoria
Puede ocurrir si la soldadura casi se detiene y se reinicia. El proceso de soldadura requiere un baño de escoria calentado a aproximadamente 1700°C. El reinicio inadecuado de la soldadura puede no fusionar el metal a la perfección, lo que resulta en escoria de soldadura.Superposición
Puede ocurrir si las zapatas no están bien ajustadas a las placas, permitiendo la fuga de material fundido.Porosidad
Cuando ocurre, es tosco y con forma de gusano, y puede ser causado por un trozo de asbesto húmedo utilizado como sello entre la zapata de retención y la pieza a soldar, fundente, electrodo, tubo guía o material contaminado o húmedo para comenzar. Soldadura húmeda.Grietas especiales
No se ha observado en la soldadura por electroescoria de uniones a tope porque no se registran esfuerzos en la dirección del espesor de las placas de metal base.Grietas
Las grietas en frío no se encuentran en la soldadura por electroescoria. Esto se debe al lento proceso de calentamiento y enfriamiento de la junta inherente al proceso. Las grietas en caliente son comunes en la soldadura por electroescoria, especialmente en el caso de soldaduras con un alto grado de restricción, debido a la granulación gruesa de la unión soldada. Estas grietas se propagan a lo largo de los límites de grano.Laminaciones
No constituyen mayores inconvenientes para la soldadura por electroescoria. La escoria fundida extrae cualquier inclusión existente en la doble laminación y sella la doble laminación a lo largo de la soldadura. De manera similar, las virutas y los dobleces son absorbidos por la soldadura por electroescoria.Más información sobre Soldadura
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