Soldadura TIG
La soldadura de arco con un electrodo infusible y protección de gas inerte se denomina comúnmente TIG (Tungsten Inert Gas). La soldadura TIG es un proceso autógeno en el que el calor se produce por un arco que choca entre la pieza de trabajo y un electrodo infusible (un electrodo que no se consume).
El electrodo está hecho de tungsteno o aleaciones de tungsteno. Estos materiales tienen temperaturas de fusión muy altas, con excelentes propiedades de emisión termoiónica que facilitan el funcionamiento del arco eléctrico.
La soldadura TIG funde los bordes de la pieza de trabajo. Material de relleno de palillo se utiliza para crear las articulaciones. Durante el proceso de soldadura, la antorcha descarga gas inerte. El flujo de gas protege el electrodo, el baño de soldadura, el arco, el material de relleno y las áreas adyacentes de la pieza de la contaminación atmosférica.
La soldadura TIG es adecuada para todo tipo de aceros al carbono, aceros de baja aleación, aleaciones inoxidables, aleaciones de níquel, aluminio y sus aleaciones, cobre y sus aleaciones, titanio, magnesio y otras aleaciones no ferrosas.
El uso de un electrodo infusible hace que la soldadura TIG sea especialmente adecuada para metales de solo unos milímetros de grosor. Debido a que el electrodo no se consume, la soldadura se puede realizar sin material de relleno. Los soldadores disfrutan de un buen control del baño de soldadura porque la visibilidad no se ve obstaculizada y no se produce transferencia de metal en el arco. El proceso es adecuado para cualquier posición de trabajo y también se puede aplicar sobre laminaciones de algunas décimas de mm de grosor.
La fuente de calor concentrada e intensa de la soldadura TIG permite velocidades de soldadura discretas y funde los bordes de la pieza de trabajo sin un riesgo excesivo de penetración. La modulación de la corriente permite a los soldadores ajustar el proceso para cumplir con requisitos especiales. El proceso TIG se usa ampliamente para crear juntas de alta calidad cuando se trabaja con materiales sensibles que no pueden tolerar las altas temperaturas necesarias para crear una soldadura.
Para soldar metales gruesos, TIG es ineficiente y rara vez se usa.
SOLDADURA TIG DE ACERO INOXIDABLE
La soldadura TIG se usa para soldar aceros inoxidables austeníticos. Las técnicas son similares a las utilizadas para soldar aceros al carbono y aceros de baja aleación, con algunas diferencias menores:
- Como la soldadura es mucho más fluida, los operadores deben aumentar la velocidad de soldadura según sea necesario cuando trabajen en diferentes posiciones desde el plano.
- La limpieza antes de la soldadura es mucho más importante, dada la mayor sensibilidad de estos aceros a la formación de grietas (calientes) en la zona fundida.
- Los filtros especiales para la salida de la antorcha y la tapa en el reverso del metal reducen la coloración del cordón de soldadura (oxidación de la superficie). (Figura 4).
- Esperar unos momentos para quitar la antorcha una vez que se completa la soldadura evita la oxidación del cráter.
- La limpieza y el mecanizado de acero inoxidable siempre requieren accesorios limpios no contaminados por aceros de baja aleación.
PARÁMETROS Y VARIABLES DE SOLDADURA
Los parámetros de soldadura más adecuados están determinados por el diámetro y tipo de electrodo (puro o aditivado), el tipo de gas y el modo de potencia del arco. La inclinación de la antorcha sigue las mismas técnicas indicadas para la soldadura MIG/MAG.
- 1) Antorcha cerca de la superficie
- 2) Antorcha lejos de la superficie
- 3) Antorcha inclinada
- 4) Antorcha perpendicular
Cuando una antorcha inclinada se mantiene cerca de la base de metal, el cordón de soldadura aparece limpio y apretado. En contraste, llevar la antorcha más lejos del metal base y mantenerla perpendicular a la pieza de trabajo tiende a aumentar la zona afectada por el calor.
Para reducir el riesgo de defectos operacionales en aplicaciones manuales, emplee la técnica de empuje con ángulos de alrededor de 15 °. Típicamente, la soldadura TIG automática implica sostener la antorcha perpendicular a la pieza de trabajo. Esto garantiza resultados intermedios pero ayuda en el manejo del metal de relleno.
Ambas corrientes de CC y CA pueden administrar la potencia. Con polaridad directa (Figura 2), TIG crea un baño de fusión muy profundo y estrecho y permite una alta velocidad de avance. Esto produce menos retiros y distorsiones y solo menores consecuencias para el metal base. Además, el calentamiento limitado ralentiza el consumo del electrodo de tungsteno y permite que los electrodos con un diámetro menor resistan corrientes bastante altas. Pero el modo directo está sujeto a fluctuaciones, causando alteraciones en el régimen térmico del arco.
La potencia de CC es ventajosa cuando se trabaja con metales como aluminio recubierto con una película de óxido infusible. La aplicación de la corriente causa el chorro de iones, rompiendo la unión entre el recubrimiento y el metal.
A medida que la corriente continúa invirtiendo la polaridad, el extremo del electrodo tiende a sobrecalentarse. Finalmente, el electrodo se derrite, adoptando una forma redondeada y dispersando pequeñas gotas de tungsteno en el baño. El electrodo que se erosiona rápidamente provoca defectos inaceptables en la soldadura y salpicaduras de inclusiones de tungsteno en la soldadura. Por estas razones, no puede exceder 100 A.
Cuando se invierte la polaridad de la corriente continua, no se pueden usar altas corrientes de soldadura. El electrodo se erosiona rápidamente, causando un baño de soldadura amplio y una penetración de la junta inadecuada.
Al soldar materiales recubiertos de óxido con corrientes superiores a 100 A, el soldador debe alimentar la antorcha con corriente alterna. El chorro de iones remueve la película de óxido durante cada medio período de la onda de voltaje cuando el electrodo es positivo. Durante la otra mitad del período, cuando el electrodo es negativo, el calentamiento de la punta es limitado, lo que dificulta la nueva ignición del arco.
El arco TIG modulado ofrece ventajas sobre el TIG tradicional:
- Mayor penetración para la misma entrada de calor
- Aumento en la relación profundidad / ancho del cordón de soldadura (son posibles relaciones de 2 a 1 en acero inoxidable)
- Las entradas de calor específicas más bajas reducen las deformidades y la extensión de la zona afectada por el calor
- Las altas corrientes y los pulsos cortos permiten que el baño se enfríe rápidamente, limitando la flacidez
- Espesores de soldadura más finos son alcanzables
- Menor entrada de calor específico minimiza el riesgo de agrietamiento en caliente y forma indeseable
- Reducción de inclusiones de gas, ya que el gas atrapado se escapa cuando el arco del pulso sacude la soldadura
Las desventajas del arco TIG modulado en comparación con el TIG tradicional incluyen el mayor costo de un generador controlado electrónicamente y los desafíos de los parámetros de regulación de la pulsación.
SOLDADURA TIG SIN MATERIAL DE LLENADo
Cuando la soldadura TIG no cuenta con material de relleno, los parámetros de energía afectan el resultado.
- Las variaciones de voltaje producen irregularidades en el ancho del baño de soldadura. Alargar el arco y quitar la antorcha del baño ayuda a lograr anchos constantes.
- Ocasionalmente, las variaciones de densidad de energía pueden conducir a una penetración poco confiable.
- Los tipos de electrodo y gas utilizados determinan el rango óptimo de valores actuales. Exceder el valor actual máximo crea inestabilidad de arco.
Otro factor, la velocidad de alimentación, influye en la entrada de calor y cambia el tamaño del cordón de soldadura. Cuando la velocidad de soldadura es demasiado baja, el cable tiende a hincharse. Sin un mantenimiento adecuado, estas soldaduras pueden experimentar avances. La velocidad excesiva puede deberse a la falta de penetración y pegado. El remedio probablemente involucrará cambios en el voltaje, la corriente y el tipo de gas.
PROTECCIÓN DE GAS SOLDADURA DE ESPALDA
Los materiales muy reactivos forman una película superficial cuando se exponen al oxígeno. La película responde de manera diferente al calor generado durante la soldadura que el material base. Al soldar estos materiales, es necesario proteger el reverso de la pieza con gas. Se necesita protección continua hasta que el calor aplicado sea irrelevante en el reverso. Si el material no está protegido, la soldadura puede formar carburos de cromo, agotar el acero de cromo elemental y aumentar el riesgo de repasivación después del decapado.
Al soldar metal extremadamente reactivo, como las aleaciones de titanio, el acoplamiento ubicado en la parte posterior de la antorcha debe protegerse hasta que se enfríe adecuadamente.
Las clases de gases de protección utilizados en la soldadura TIG incluyen:
- Gases inertes como argón (Ar) y helio (He) a altas temperaturas. Los gases inertes raros y costosos (criptón, xenón y neón) no se utilizan. Con moléculas compuestas de un solo átomo, el argón y el helio no reaccionan con otros elementos (vapores y gotas de metal) presentes en el plasma del arco eléctrico.
- Protectores de gas. El gas nitrógeno químicamente inerte y disociable se usa en porcentajes pequeños para lograr resultados específicos. Se usa con más frecuencia para proteger el reverso de las articulaciones.
- Reductores de gas. El hidrógeno es excelente para reducir el gas. A medida que el hidrógeno se disocia y se reasocia con la temperatura del arco, la energía térmica se desarrolla en la superficie del baño. El hidrógeno se puede usar en mezcla con gas inerte para proteger el baño de soldadura. También se puede usar con gas protector (mezcla de nitrógeno e hidrógeno) para proteger el reverso. Las tasas típicas para el hidrógeno son de 1 a 8%. Los valores más altos pueden causar porosidad y requieren un control preciso de los parámetros de soldadura para evitar la inestabilidad del arco.
SOLDADURA DE ALEACIONES DE ALUMINIO
Al usar suministro de corriente alterna o superposición de corriente de alta frecuencia modulada con onda cuadrada, TIG se puede usar para soldar aluminio y aleaciones de aluminio. La alternancia de la corriente aplasta la capa de óxido de la superficie, reduce los tiempos de arco y minimiza la eliminación de calor a través del gas protector. La técnica de onda cuadrada y corriente modulada aborda la alta conductividad térmica de estas aleaciones mediante el uso de un arco disparador de sobreintensidad para precalentar el baño.
Soldar aleaciones de aluminio es un desafío. Un baño de soldadura altamente fluido puede provocar el colapso de la unión. La alta conductividad térmica de las aleaciones aumenta el riesgo de pegar las piezas a soldar. Debido a la extrema sensibilidad al agrietamiento en la zona fundida (caliente) y la porosidad del material, se requieren pequeños cortadores y productos químicos para limpiar adecuadamente las piezas a soldar y limpiar entre pases. Después de la limpieza electroquímica, los resultados de limpieza varían dependiendo de la composición química de los electrodos que se utilizan. El silicio causa el blanqueamiento del cordón de soldadura. El magnesio previene el blanqueamiento, pero la combustión es más estable.
La soldadura TIG de aleación de aluminio produce un halo claro y visible alrededor del cordón de soldadura (Figura 5A). El halo se forma durante el proceso de voladura iónica. Durante la soldadura, el gas inerte (argón) se ioniza. Los iones chocan violentamente contra la superficie del metal base, erosionando una fina capa superficial de la pieza de trabajo. La soldadura MIG puede evitar el halo por completo cambiando los parámetros eléctricos, pero el cordón de soldadura se eleva, lo que resulta en inclusiones y salpicaduras (Figura 5B).
El halo residual es resistente al proceso electroquímico porque la voladura iónica causa una gran deformación plástica del metal base, cambiando completamente su estructura.