Métodos de Soldadura por Arco: Dilatación, Contracción y Ensayos

1. Depósito de Cordones en la Soldadura

Una vez que el operario ha adquirido destreza en el encendido y estabilización del arco, el siguiente paso es aprender a depositar el electrodo completo sin interrupción, observando el resultado obtenido.

Figura 39: Los electrodos de soldadura por arco o varillas son un alambre de metal, cubierto con recubrimiento de fundente. El alambre de metal debe hacer el contacto inicial con la pieza de trabajo para iniciar el arco, cuando el mismo es retirado a una distancia apropiada varilla a pieza de trabajo, el fundente o resina que se vaporiza produce un gras protector, pero además deposita una capa de escoria sobre la soldadura a medida que se forma, para una protección adicional de la soldadura de la contaminación.

Los electrodos de soldadura por arco son alambres metálicos recubiertos con fundente. Al iniciar el arco, el metal del electrodo hace contacto con la pieza de trabajo y, al retirarlo a una distancia adecuada, el recubrimiento de fundente se vaporiza, generando un gas protector. Este gas protege la soldadura de la contaminación, al mismo tiempo que deposita una capa de escoria sobre el cordón, proporcionando protección adicional.

Para obtener cordones uniformes sobre chapas, se recomienda trazar una línea con tiza y desplazar el electrodo con un movimiento oscilatorio de aproximadamente una oscilación por segundo (Fig. 39 bis).

Si el arco se interrumpe, se debe reanudar la soldadura aproximadamente 1 cm adelante del punto de interrupción y luego retroceder para unir el nuevo cordón con el ya depositado. Posteriormente, se debe continuar la soldadura de manera uniforme, desplazando el electrodo en dirección hacia el operario.

Figura 39 bis. - Movimiento del electrodo para efectuar cordones uniformes.- Figura 40. - Cómo se depositan los cordones en la recarga de un eje.- Figura 41. - Soldadura vertical, efectuada por el método ascendente.

Cuando se necesita aumentar el espesor de una chapa, barra o rellenar un eje desgastado, se deben depositar varios cordones paralelos, dejando entre ellos un espacio de 8 a 10 mm. Luego, tras retirar la escoria, se realiza una segunda capa de soldadura, cubriendo aproximadamente un tercio del ancho de los cordones anteriores (Fig. 40).

La soldadura puede realizarse en distintas posiciones, según la orientación de la pieza:

• Soldadura vertical descendente: Se ejecuta de arriba hacia abajo, empleando electrodos con revestimiento menos fluido y una corriente ligeramente mayor para mejorar la penetración.
• Soldadura vertical ascendente: Se realiza de abajo hacia arriba, con movimientos rápidos, menor intensidad de corriente y electrodos específicos (Fig. 41).
• Soldadura sobre cabeza: Se efectúa en piezas ubicadas encima del operario, siendo la más compleja debido a la precisión requerida. Se utilizan electrodos especiales y una corriente algo mayor a la habitual para garantizar la adherencia del material de aporte.

Una vez realizada la soldadura, la escoria debe ser eliminada utilizando un martillo de soldador y un cepillo de alambre para limpiar la superficie. En la Fig. 41b, se observa cómo la escoria oscura cubre la soldadura, mientras que en la parte derecha, al ser removida, se deja ver un cordón brillante y limpio.

Figura 41a: La escoria formada sobre el cordón de soldadura debe ser quitada con un martillo de soldador para picado como el de la figura, y la mayoría de los residuos de salpicaduras y escoria pueden ser removidos con un cepillo de alambre luego de picar con el martillo.

Figura 41b: A la derecha sobre este cordón de soldadura, se puede ver el recubrimiento oscuro gris de escoria cubriendo la soldadura. La porción a la izquierda ha sido picada con el martillo para dejar ver una soldadura clara y brillante.

Tras adquirir práctica en la realización de cordones sobre placas planas, el siguiente paso es aprender a soldar juntas entre dos piezas.

Figuras 42 a 46 - Preparación de las juntas según el espesor.

La forma más sencilla de empezar es con una soldadura de tope, donde las superficies a unir se alinean directamente. Para materiales de ¼ de pulgada o más de espesor, es necesario chanfrear los bordes antes de soldar.

La limpieza de las piezas es fundamental para una soldadura de calidad. Se recomienda lijar no solo los extremos a unir, sino también al menos ½ pulgada a cada lado de la junta, evitando impurezas que puedan afectar la fusión.

La mayoría de las costuras comienzan con una soldadura por puntos (punteado) en los extremos y, dependiendo de la longitud de la junta, en varios puntos intermedios. Esto evita desplazamientos por la dilatación térmica durante la soldadura. En algunos casos, se emplea un espaciador de cobre desnudo entre las piezas, desplazándolo a medida que se realiza el punteo.

Para materiales gruesos, se puede emplear una soldadura en dos pasos, comenzando con una pasada en un lado y completando con otra en el opuesto. Esto es factible en placas, pero no en tuberías. La ventaja de este método es que las tensiones de contracción tienden a compensarse, reduciendo deformaciones.

Uno de los usos más comunes de la soldadura por arco es en reparaciones agrícolas e industriales, donde el equipo suele ser demasiado grande para ser trasladado a un taller. En estos casos, la soldadura con gas de protección no es práctica, ya que el viento puede dispersar el gas, haciendo que el arco sea menos efectivo.

El reacondicionamiento de piezas desgastadas es una aplicación habitual, donde se realizan múltiples pasadas de cordón, reconstruyendo una nueva superficie. En estos trabajos, es fundamental picar y limpiar cada cordón antes de depositar el siguiente, evitando inclusiones de escoria.

En algunos casos, se utilizan electrodos especiales que permiten depositar material con propiedades específicas, como recubrimientos duros para filos de corte.

Para soldaduras en esquinas, se recomienda un ángulo de 45° entre las piezas, asegurando un reparto equilibrado del calor y del material de aporte. En piezas gruesas, puede ser necesario aplicar tres pasadas para obtener una unión fuerte y sin defectos.

Todos los metales se dilatan con el calor y se contraen al enfriarse. Por ejemplo, el hierro aumenta su longitud 1 mm por metro cada 100°C de temperatura.

En la soldadura por arco, las contracciones son menores en comparación con la soldadura con soplete, debido a la rápida disipación del calor. Sin embargo, la contracción puede provocar torsión en las piezas, y el uso de prensas o fijaciones rígidas puede generar tensiones residuales que podrían ocasionar fisuras.

Para minimizar la contracción, se recomienda:

• Soldar por ambos lados de la pieza para equilibrar las tensiones.
• Realizar soldaduras por puntos antes de la soldadura final.
• Aplicar un tratamiento térmico posterior para aliviar tensiones, como un recocido o un calentamiento a color rojo oscuro en las zonas cercanas a la soldadura.

Para evaluar la calidad de una soldadura, se realizan ensayos sobre probetas soldadas en condiciones similares a las del trabajo real.

Figura 47.- Cómo se efectúa la prueba de piezas soldadas eléctricamente.

Consiste en doblar la pieza soldada. Si la soldadura es de buena calidad, la pieza no se romperá, demostrando ductilidad y resistencia (Fig. 47).

Seccionando la soldadura con una sierra para metales, se puede verificar si existen defectos como falta de fusión o porosidades.

La pieza soldada se dobla sobre un cilindro de 20 a 25 mm de diámetro. Si la soldadura es suficientemente dúctil, no debe presentar grietas ni fracturas.

Adicionalmente, las soldaduras pueden someterse a pruebas de:

• Tracción: Para evaluar la resistencia mecánica.
• Compresión: Para determinar la capacidad de soportar cargas.
• Dureza: Para medir la resistencia al desgaste.
• Fragilidad: Para analizar su comportamiento ante impactos.

Estos ensayos permiten garantizar que las soldaduras sean seguras y funcionales, evitando fallas en estructuras críticas.

Términos destacados :

• Soldadura por arco ( Arc welding )
• Electrodos revestidos ( Coated electrodes )
• Encendido del arco ( Arc ignition )
• Escoria de soldadura ( Welding slag )
• Fundente de soldadura ( Welding flux )
• Cordón de soldadura ( Weld bead )
• Soldadura de tope ( Butt welding )
• Soldadura en posición ( Position welding )
• Soldadura vertical ( Vertical welding )
• Soldadura de cabeza ( Overhead welding )
• Martillo de soldador ( Welding chipping hammer )
• Antiparras de seguridad ( Safety goggles )
• Pantalla de soldadura ( Welding helmet )
• Soldadura por puntos ( Spot welding )
• Soldadura de reparación ( Repair welding )
• Dilatación térmica ( Thermal expansion )
• Contracción térmica ( Thermal contraction )
• Tensiones residuales ( Residual stresses )
• Recocido de soldadura ( Welding annealing )
• Ensayo de flexión ( Bend test )
• Ensayo de tracción ( Tensile test )
• Ensayo de compresión ( Compression test )
• Ensayo de dureza ( Hardness test )
• Ensayo de fragilidad ( Brittleness test )
• Penetración de soldadura ( Weld penetration )

Precauciones de Seguridad en la Soldadura por Arco Eléctrico

La soldadura por arco eléctrico presenta diversos riesgos asociados a la exposición a productos químicos, radiaciones, temperaturas extremas y descargas eléctricas. Para minimizar los peligros, es fundamental seguir estrictas medidas de seguridad.

• Ácido nítrico: Utilizado para el lavado previo del titanio en la soldadura con gas inerte, es altamente tóxico y corrosivo. Se deben usar máscaras, guantes y delantales de goma al manipularlo.
• Hidróxido de sodio: Común en el prelavado del titanio, también es altamente tóxico y corrosivo. Se deben evitar los derrames y no inhalar los vapores.
• En caso de derrame sobre la piel o ropa, lavar inmediatamente con abundante agua fría y buscar atención médica.
• Al mezclar ácido con agua, siempre agregar el ácido sobre el agua, nunca al revés, y hacerlo lentamente en un área bien ventilada.
• Evitar el contacto del hidróxido de sodio con agua en grandes cantidades, ya que puede generar gas hidrógeno altamente explosivo.

• Al utilizar cintas de respaldo, la soldadura debe enfriarse varios minutos antes de retirarla para evitar deformaciones o accidentes.

• Aislar correctamente el soporte del electrodo y el cable.
• Desconectar la corriente al cambiar electrodos.
• El buzo debe evitar el contacto entre el electrodo y la pieza puesta a tierra para prevenir descargas eléctricas.

• Secar completamente el molde antes de encender la carga en el crisol.
• Una vez encendida, el operario debe mantenerse a una distancia segura y usar máscara de protección.
• Las salpicaduras de metal fundido pueden provocar quemaduras graves, por lo que se debe evitar el contacto con humedad.

• No operar soldadoras en áreas cerradas sin una adecuada ventilación. La inhalación de gases de soldadura puede causar enfermedades graves o incluso la muerte.
• Nunca realizar mantenimiento en una máquina de soldar en funcionamiento. El alto voltaje puede ser letal.
• Asegurar que la máquina de soldadura esté correctamente puesta a tierra para evitar descargas eléctricas.

• Usar protección auditiva en ambientes con motores diésel, ya que estos pueden superar los niveles seguros de ruido, causando pérdida auditiva permanente.
• Utilizar antiparras o cascos de soldador para proteger los ojos de la radiación del arco, evitando quemaduras severas o ceguera temporal o permanente.
• Solo usar solventes de limpieza aprobados para prevenir incendios o intoxicaciones.
• La soldadura con gas inerte genera radiación ultravioleta intensa, que puede ser peligrosa para los ojos y la piel. Se deben tomar precauciones para evitar la exposición directa.

• Cubrir completamente la piel para evitar quemaduras.
• Usar guantes de cuero para proteger las manos.
• Vestimenta de colores oscuros ayuda a evitar la penetración y reflejo de la radiación ultravioleta en el cuello y cara.
• Se recomienda ropa de cuero liviana, ya que es más duradera y resistente a la radiación que el algodón, el cual se deteriora rápidamente.

• Garantizar una ventilación adecuada para eliminar los vapores tóxicos generados durante la soldadura.
• Los solventes halogenados, al ser expuestos a radiación ultravioleta, pueden formar gases altamente tóxicos. Se recomienda ubicar los desengrasantes lejos del área de soldadura.

• Algunos metales de aporte contienen cadmio, cuyos vapores son venenosos al ser calentados.
• No inhalar estos vapores. Se debe contar con ventilación adecuada, extractores de humo o respiradores con suministro de aire.
• Si aparecen síntomas como tos, fiebre o dificultad para respirar, buscar atención médica de inmediato.

Términos destacados :

• Soldadura por arco eléctrico ( Arc welding )
• Precauciones de seguridad ( Safety precautions )
• Radiación ultravioleta ( Ultraviolet radiation )
• Descarga eléctrica ( Electric shock )
• Manipulación de ácidos ( Acid handling )
• Ácido nítrico ( Nitric acid )
• Hidróxido de sodio ( Sodium hydroxide )
• Gas hidrógeno ( Hydrogen gas )
• Ventilación en soldadura ( Welding ventilation )
• Protección personal ( Personal protection )
• Guantes de cuero ( Leather gloves )
• Casco de soldador ( Welding helmet )
• Antiparras de seguridad ( Safety goggles )
• Pérdida auditiva ( Hearing loss )
• Cintas de respaldo ( Backing tapes )
• Soldadura bajo el agua ( Underwater welding )
• Electrodos de soldadura ( Welding electrodes )
• Soldadura con termita ( Thermite welding )
• Quemaduras por metal fundido ( Molten metal burns )
• Ventiladores de extracción ( Exhaust fans )
• Vapores tóxicos ( Toxic fumes )
• Metales de aporte ( Filler metals )
• Cadmio en soldadura ( Cadmium in welding )
• Solventes halogenados ( Halogenated solvents )
• Protección contra incendios ( Fire protection )