Soldadura Eléctrica por Arco

Soldadura por Arco: Principios, Equipos y Medidas de Seguridad.

1. Generalidades

Figuras: La soldadura por arco siempre estará con nosotros, como el mejor método de soldadura para unir pesadas planchas para trabajos comerciales, de granja e industriales. El soldador requiere considerable protección de las salpicaduras y la radiación, usualmente usando pesada vestimenta protectora de cuero.

La soldadura es cualquier proceso de unión de metales en el que la coalescencia se produce al calentar el metal a temperaturas adecuadas, con o sin la aplicación de presión y con o sin el uso de metales de aporte.

La soldadura de los metales puede realizarse eléctricamente de dos maneras:

1. Por resistencia, basada en el principio de que toda sustancia—especialmente los metales—ofrece una determinada resistencia al paso de la corriente eléctrica, lo que genera calor. Cuanto mayor es la resistencia del material y mayor la cantidad de corriente que circula, más rápido se eleva la temperatura del metal.
2. Por arco voltaico, basada en el principio de que, al cortar un conductor eléctrico en un punto y volver a acercarlo, se genera un arco eléctrico de alta temperatura (aproximadamente 3.000°C), capaz de fundir el metal y permitir su unión.

En el caso de la soldadura por resistencia, las piezas a unir se conectan a los polos de una fuente de corriente y se establece un corto circuito controlado, elevando la temperatura en los bordes hasta su punto de fusión. Posteriormente, se ejerce presión para lograr la unión.

La soldadura por arco eléctrico es ampliamente utilizada en aplicaciones industriales, de construcción y de mantenimiento. Para su ejecución, se requiere un circuito de soldadura en el cual:

• Se conecta un cable de tierra a la pieza de trabajo.
• Se ajusta la máquina al amperaje adecuado según el espesor del material.
• Se utiliza un electrodo consumible (varilla de soldadura) sostenido en un portaelectrodo.
• Se inicia el arco al tocar y separar el electrodo de la pieza, generando calor intenso y luz.

Para materiales gruesos, se requiere mayor amperaje y, en muchos casos, múltiples pasadas para lograr una unión fuerte.

La corriente utilizada puede ser alterna (CA) o continua (CC). La soldadura por resistencia es más rápida y económica, pero la soldadura por arco es más versátil y ampliamente utilizada en construcción y reparación de piezas mecánicas.

No es posible conectar un circuito de soldadura de arco directamente a la red eléctrica, ya que la corriente no es estable. Para ello, se utilizan equipos estabilizadores como:

• Transformadores, que reducen el voltaje de la red (120V, 220V o 380V) a un nivel seguro de trabajo.
• Rectificadores, que convierten corriente alterna en corriente continua.
• Generadores, ( en casos donde no hay acceso a energía eléctrica ), utilizando motores diésel o de gasolina.

El ciclo de trabajo de una máquina de soldadura es un factor clave. Se expresa en porcentaje y define cuánto tiempo puede operar sin sobrecalentarse en un período de 10 minutos. Por ejemplo, si una máquina tiene un ciclo de trabajo del 50% a 100A, significa que puede soldar durante 5 minutos y luego necesita 5 minutos de descanso.

Las máquinas más grandes y costosas tienen ciclos de trabajo más altos, permitiendo operación continua en talleres y producción industrial.

Corriente Alterna (CA) vs. Corriente Continua (CC)

Figura - Esquema de un transformador para soldadura eléctrica. Figura Esquema de un equipo para soldar con corriente continua.

Figura - La distribución del circuito de la soldadora eléctrica es la simplicidad misma. La varilla ( también llamada electrodo) es a la vez la fuente del arco y del gas protector, producido a medida que la varilla funde su fundente o resina.

Las máquinas de soldadura pueden ser:

• CA (Corriente Alterna):

  • Más económicas y de mantenimiento sencillo.
  • Útiles para trabajos básicos en hierro y acero estructural.
  • Tienden a generar más salpicaduras debido al cambio constante de polaridad.

• CC (Corriente Continua):

  • Proporcionan un arco más estable.
  • Son ideales para soldaduras de alta precisión.
  • Permiten soldar acero inoxidable y realizar recubrimientos duros en piezas industriales.

• CA/CC (Dual):

  • Máquinas versátiles que permiten trabajar con ambos tipos de corriente.
  • Son comunes en talleres profesionales.

3. Accesorios del Equipo de Soldadura

Figura .  Equipo trranformador portátil,  con accesorios para soldadura por arco.

Un equipo básico de soldadura por arco incluye:

• Fuente de alimentación (transformador, rectificador o generador).
• Cables eléctricos, con pinza de masa y portaelectrodo.
• Electrodos adecuados según el material y el tipo de soldadura.
• Careta o casco de soldadura, con vidrio de color para proteger los ojos.
• Delantal y guantes de cuero, para protegerse del calor y las chispas.
• Cepillo de alambre, para limpiar las uniones después de soldar.
• Martillo para escoria, usado para eliminar residuos de fundente.
• Cortinas de seguridad, para evitar exposición a la luz ultravioleta.

El soldador debe usar ropa adecuada y trabajar en un área ventilada para evitar la inhalación de humos.

Términos destacados:

La soldadura eléctrica por arco sigue siendo un método esencial para la industria y la construcción. Su versatilidad permite unir diferentes tipos de metales con alta resistencia y precisión. Con el equipo adecuado y las medidas de seguridad necesarias, la soldadura por arco sigue siendo una técnica insustituible en el mundo moderno.

Normas previas a la soldadura Precauciones generales de seguridad

a. Para evitar daños al personal, se debe tener extrema precaución al utilizar cualquier tipo de equipo de soldadura. Las lesiones pueden ocurrir debido a incendios, explosiones, descargas eléctricas o agentes nocivos. Tanto las precauciones generales como las específicas se enumeran a continuación y deben ser estrictamente observadas por los trabajadores que realizan soldadura o corte de metales.

b. No permita que personas no autorizadas utilicen el equipo de soldadura o corte de metales.

c. No suelde en un edificio con pisos de madera, a menos que estén protegidos del metal caliente mediante una tela resistente al fuego, arena u otro material ignífugo. Asegúrese de que las chispas o el metal caliente no caigan sobre el operador ni sobre componentes del equipo de soldadura.

d. Retire todo material inflamable, como algodón, aceite, gasolina, entre otros, de las inmediaciones de la soldadura.

e. Antes de soldar o cortar, advierta a quienes se encuentren cerca que no estén protegidos y asegúrese de que usen ropa y gafas de seguridad adecuadas.

f. Separe las piezas ensambladas del componente que se va a soldar si pueden sufrir deformaciones o daños durante el proceso.

g. No deje restos calientes de electrodos desechados, chatarra de acero o herramientas en el suelo o alrededor del equipo de soldadura, ya que pueden causar accidentes o incendios.

h. Mantenga un extintor de incendios adecuado a mano en todo momento y asegúrese de que se encuentre en óptimas condiciones de funcionamiento.

i. Identifique todo metal caliente después de completar las operaciones de soldadura. La esteatita es comúnmente utilizada para este propósito.

Antes de iniciar el proceso de soldadura, el operario debe realizar las siguientes verificaciones:

1. Que el equipo de soldadura funcione correctamente.
2. Que la línea de alimentación esté en buen estado, especialmente las conexiones de los cables.
3. Que la pinza portaelectrodo abra y cierre correctamente, asegurando el electrodo de manera firme.
4. Que la pantalla de soldadura tenga los vidrios blancos, azules y rojos en buen estado y limpios.

El arco eléctrico genera una intensa fuente de luz, incluyendo luz visible, ultravioleta e infrarroja. Por ello, se deben usar ropa y equipo de protección adecuados durante todas las operaciones de soldadura.

• Durante la soldadura oxiacetilénica y el corte de metales, los operarios deben utilizar gafas de seguridad para proteger sus ojos contra el calor, el deslumbramiento y los fragmentos de metal caliente.
• Durante la soldadura eléctrica, se deben usar gafas de seguridad, un escudo de mano o un casco de soldador con filtro de vidrio adecuado para protegerse de los rayos infrarrojos y ultravioleta.

Cuando haya otras personas cerca del arco, deben evitar mirar directamente el proceso de soldadura eléctrica, y el área debe estar protegida con pantallas de seguridad para reducir la reflexión en vidrios o superficies metálicas.

Los arcos de soldadura emiten luz extremadamente brillante con una proporción significativa de luz ultravioleta, lo que puede causar daño ocular. Por ello:

• Nunca observe el arco a simple vista desde una distancia menor a 16 metros.
• La intensidad de la luz del arco aumenta con la corriente de soldadura y la tensión del arco.
• La radiación del arco disminuye con el cuadrado de la distancia.

Algunos procesos de soldadura generan humo, que rodea el arco y actúa como un filtro, reduciendo su brillo. El espectro del arco de soldadura es similar al de la luz solar, por lo que la exposición de la piel y los ojos al arco equivale a una exposición directa al sol.

5. Asegúrese de contar con una cantidad suficiente de electrodos al alcance de la mano.

6. Verifique que la pieza a soldar esté limpia, ya que no es posible soldar sobre superficies con grasa, pintura o óxido.

7. Evite soldar en presencia de vapores de solventes clorados (tetracloruro de carbono, tricloroetileno o percloroetileno), ya que se descomponen bajo la radiación ultravioleta del arco y forman gases tóxicos.

   • Estos solventes se evaporan con facilidad, y la inhalación prolongada de sus vapores puede ser peligrosa.
   • Antes de soldar, elimine estos vapores del área de trabajo.

8. No asuma que un contenedor que almacenaba combustibles está limpio y seguro hasta verificar su estado. No suelde en lugares donde haya polvo o partículas de combustibles suspendidas en el aire, o donde puedan existir vapores explosivos.

   • La remoción de material inflamable en tanques o contenedores puede realizarse mediante soplado de vapor o hirviéndolos.

9. La soldadura de piezas rellenas con espuma de poliuretano genera gases tóxicos.

   • No intente soldar sobre piezas que contengan espuma de poliuretano.
   • Si es necesario reparar estas piezas mediante soldadura, primero debe eliminarse completamente la espuma y sus residuos antes de iniciar el proceso.

Cómo se suelda mediante el arco voltaico

1. Tipos y propiedades de los electrodos

Los electrodos utilizados en la soldadura por arco son alambres de diámetro adecuado al tamaño de las piezas a soldar y a la intensidad de la corriente utilizada. Pueden ser de alambre desnudo, pero generalmente están recubiertos con una capa protectora llamada revestimiento, que mejora la calidad de la soldadura y la protege de contaminantes externos.

Para su correcta manipulación, el operario debe usar guantes de cuero y asegurarse de que el área de trabajo esté protegida con mamparas o cortinas gruesas, evitando que la luz del arco moleste a otras personas en el taller.

Los electrodos se pueden clasificar según diferentes criterios:

1. Según el tipo de revestimiento:

   • Celulósicos: Brindan gran penetración y son adecuados para soldadura en tuberías y posiciones difíciles (vertical, sobre cabeza).
   • Rutílicos: De fácil manipulación, generan un cordón uniforme y permiten una escoria de rápida remoción. Recomendados para trabajos generales.
   • Básicos (bajo hidrógeno): Utilizados en estructuras sometidas a grandes esfuerzos mecánicos, proporcionando alta resistencia y ductilidad.
   • Con polvo de hierro: Aumentan la eficiencia del depósito de material, mejorando la productividad en trabajos industriales.
   • Ácidos: Generan un baño de soldadura fluido, pero su resistencia mecánica es menor, por lo que su uso es menos frecuente en la actualidad.

2. Según el tipo de metal que pueden soldar:

   • Para acero al carbono: Los más comunes en soldadura estructural e industrial.
   • Para acero inoxidable: Diseñados para soldar aceros resistentes a la corrosión.
   • Para aluminio: Utilizados en la soldadura de aleaciones ligeras y metales no ferrosos.
   • Para fundición de hierro: Especialmente formulados para la reparación de piezas de hierro fundido.
   • Para metales no ferrosos: Incluyen electrodos específicos para cobre, bronce, níquel y sus aleaciones.

3. Según el tipo de corriente que utilizan:

   • Para corriente continua (CC): Funcionan con polaridad directa o inversa, según el tipo de electrodo y la aplicación.
   • Para corriente alterna (CA): Diseñados para operar en máquinas de soldadura con transformadores de corriente alterna.
   • Compatibles con ambas corrientes (CA/CC): Brindan versatilidad para distintos tipos de fuentes de energía.

Cada tipo de electrodo se identifica mediante un código y suele venir acompañado de un folleto técnico que especifica sus propiedades, el amperaje adecuado y el tipo de corriente recomendado. Es fundamental almacenarlos en lugares secos y protegidos, ya que la humedad puede deteriorar su revestimiento y afectar la calidad de la soldadura.

El revestimiento del electrodo cumple una función esencial en la soldadura, ya que evita la oxidación del metal fundido. Sin esta protección, el hierro líquido reaccionaría con el oxígeno del aire, volviéndose frágil y quebradizo. El revestimiento genera una atmósfera protectora de gas inerte, aislando la soldadura de agentes externos.

Esta capa protectora está compuesta por sustancias reductoras como sílice, manganeso, feldespato, espato flúor o fluorita, que eliminan residuos de óxido y depuran el metal depositado. Durante la fusión, se forma una escoria ácida y vidriosa, que es frágil y se puede remover fácilmente con un martillo especial una vez solidificada.

Para la eliminación de escoria, se recomienda el uso de antiparras de vidrio blanco, evitando riesgos oculares por desprendimientos.

Los electrodos sin revestimiento, o desnudos, se utilizan únicamente en soldadura con corriente continua y en aplicaciones muy específicas.

Finalmente, la posición del operario influye en la calidad de la soldadura. El trabajador debe adoptar una postura cómoda, con el brazo en posición casi horizontal, permitiendo un movimiento libre desde el hombro hasta la muñeca.

Para iniciar la soldadura, se debe aplicar la punta del electrodo sobre la chapa y realizar un pequeño rasguño, similar a encender un fósforo. Esto genera el arco eléctrico, que debe mantenerse estable.

Al comienzo, el electrodo puede adherirse a la pieza; en ese caso, se debe liberar con un movimiento brusco hacia abajo y repetir la ignición. A medida que el electrodo se consume, la mano debe acercarse a la pieza, manteniendo una longitud de arco de 2 a 4 mm, asegurando un cordón uniforme y sin defectos.

Durante todo el proceso, el operario debe usar una pantalla protectora, ya que la radiación del arco puede causar inflamación ocular y molestias posteriores.

Figura - Posición del operador en la soldadura por arco.

Figura : Cómo se deposita el metal mediante el arco eléctrico;

• a, Electrodo;
• b, Núcleo;
• c, Revestimiento;
• d, Arco;
• e, Llama protectora;
• f. Cráter;
• g. Soldadura anterior;
• h, Escoria.

(A, El calor del arco determina la fusión del electrodo y de la pieza por soldar; B, Una gota de metal sale del núcleo del electrodo, y es proyectada hacia la pieza; C. La gota forma un corto circuito, y el arco se apaga, pero la llama protectora se mantiene, y protege el metal de la oxidación, mientras pasa del electrodo a la pieza; D. El corto circuito se acaba y se vuelve a restablecer el arco. La gota de metal queda eficazmente protegida de toda oxidación exterior, mediante  la escoria producida por la soldadura.)

Si el electrodo se queda pegado al metal base, el operario debe liberarlo con los ojos protegidos, evitando accidentes.

Por último, el área de soldadura debe permanecer aislada con mamparas o cortinas gruesas, protegiendo a los demás operarios del taller.

Términos destacados :

• Soldadura por arco voltaico ( Arc welding )
• Electrodos revestidos ( Coated electrodes )
• Revestimiento del electrodo ( Electrode coating )
• Corriente continua ( Direct current - DC )
• Corriente alterna ( Alternating current - AC )
• Escoria de soldadura ( Welding slag )
• Penetración de soldadura ( Weld penetration )
• Cordón de soldadura ( Weld bead )
• Posición de soldadura ( Welding position )
• Soldadura en tuberías ( Pipeline welding )
• Fundente de soldadura ( Welding flux )
• Soldadura estructural ( Structural welding )
• Portaelectrodo ( Electrode holder )
• Arco eléctrico ( Electric arc )
• Electrodos celulósicos ( Cellulosic electrodes )
• Electrodos rutílicos ( Rutile electrodes )
• Electrodos básicos ( Basic electrodes )
• Electrodos con polvo de hierro ( Iron powder electrodes )
• Electrodos ácidos ( Acid electrodes )
• Soldadura de acero inoxidable ( Stainless steel welding )
• Soldadura de aluminio ( Aluminum welding )
• Soldadura de fundición de hierro ( Cast iron welding )
• Protección contra radiación ( Radiation protection )
• Pantalla protectora ( Welding helmet )
• Antiparras de seguridad ( Safety goggles )
• Electrodos de tungsteno ( Tungsten electrodes )
• Electrodos de grafito ( Graphite electrodes )
• Electrodos de cobre ( Copper electrodes )
• Electrodos de níquel ( Nickel electrodes )
• Electrodos de bronce ( Bronze electrodes )
• Electrodos de plata ( Silver electrodes )
• Electrodos de magnesio ( Magnesium electrodes )
• Electrodos de titanio ( Titanium electrodes )
• Electrodos de carburo de tungsteno ( Tungsten carbide electrodes )
• Electrodos de alta aleación ( High alloy electrodes )