La soldadura con arco de carbón utiliza un electrodo no consumible, compuesto de carbón o grafito, para establecer un arco eléctrico entre el electrodo y la pieza de trabajo o entre dos electrodos. Este proceso es similar a la soldadura por arco de tungsteno (GTAW), en la que el arco se usa solo como fuente de calor sin que el electrodo se funda y forme parte del material de aporte. Sin embargo, la erosión del electrodo de carbón genera monóxido de carbono (CO), el cual reemplaza parcialmente el aire en el área del arco y proporciona cierta protección a la soldadura fundida.

Figura : Soldadura por arco con electrodo de carbono.

• Arco entre el electrodo y la pieza de trabajo ( Arc between electrode and workpiece )
• Arco entre los electrodos ( Arc between electrodes )
• Corriente alterna ( Alternating current )
• Electrodo de carbón ( Carbon electrode )
• Metal de aporte ( Filler metal )
• Metal soldado ( Weld metal )
• Pieza de trabajo ( Workpiece )
• Punta positiva en pieza de trabajo ( Positive tip on workpiece )
• Soporte de electrodo ( Electrode holder )
• Soldadura con electrodo único ( Single-electrode welding )
• Soldadura con electrodos gemelos ( Twin-electrode welding )
• 10 diámetros ( 10 diameters )
• 6 diámetros ( 6 diameters )

A pesar de que la soldadura con arco de carbón ha sido desplazada por tecnologías más avanzadas, todavía se emplea en aplicaciones específicas, especialmente en la unión de cobre y sus aleaciones, así como en la reparación de hierro fundido. También es utilizada para soldar aceros delgados en casos donde la contaminación por carbono no representa un problema crítico.

• Electrodo único: Se utiliza un solo electrodo de carbón o grafito, conectado generalmente con corriente continua y polaridad directa (DC-).
• Electrodos gemelos: Se emplean dos electrodos en paralelo, generando el arco entre ellos. Usualmente funciona con corriente alterna (AC) para garantizar un desgaste uniforme de los electrodos.

Electrodos y Técnicas de Aplicación

Tabla 1. Rangos de corriente recomendados para electrodos de carbón y grafito

Los electrodos pueden fabricarse con carbón horneado o grafito, siendo estos últimos los más duraderos y resistentes a la erosión. Se presentan en diámetros desde 3.2 mm hasta 22 mm. Para electrodos pequeños se utilizan antorchas enfriadas por aire, mientras que para los más grandes se emplean antorchas refrigeradas por agua.

El procedimiento de soldadura con arco de carbón varía según la configuración:

• Con electrodo único: Se establece el arco mediante la técnica de inicio por rayado, donde el electrodo hace contacto con la pieza y se retira a una distancia entre 6.4 mm y 9.5 mm para iniciar la fusión.
• Con electrodos gemelos: La pieza de trabajo no forma parte del circuito eléctrico, ya que el calor se genera por la descarga del arco entre los dos electrodos. Se requiere ajustar la separación constantemente para mantener el arco estable.

Un factor clave en este proceso es evitar la contaminación por carbón, la cual puede endurecer la soldadura y generar defectos. Para prevenirlo, se recomienda mantener una longitud de arco adecuada y evitar el arranque sobre la soldadura ya realizada.

El proceso es utilizado principalmente para:

• Soldadura de cobre y sus aleaciones, gracias a la alta capacidad térmica del arco de carbón.
• Reparación de hierro fundido, con precalentamiento de hasta 650 °C para reducir el riesgo de fracturas.
• Soldadura de acero galvanizado empleando un material de aporte de bronce silicio.
• Realización de soldaduras en esquinas exteriores de estructuras delgadas, proporcionando una unión limpia y uniforme.
• Aplicaciones en talleres pequeños, agricultura y reparaciones domésticas.

El corte por arco de carbón con aire es una variación del proceso que emplea un chorro de aire comprimido para expulsar el metal fundido del área de corte. En este caso, los electrodos de carbón o grafito están recubiertos con una fina capa de cobre para mejorar la conductividad eléctrica.

Las fuentes de alimentación estándar de soldadura son suficientes para alimentar este proceso, mientras que el aire comprimido es suministrado por compresores convencionales de taller. La presión de aire requerida varía entre 550 y 700 kPa (80-100 psi), con un flujo de entre 560 y 840 litros por minuto (20-30 CFM).

• Ideal para metales no ferrosos (aluminio, cobre, latón).
• Buen control del calor aplicado.
• Útil en procesos de reparación, recubrimiento y unión de piezas conductoras.
• Puede emplearse también en brazing o soldadura fuerte.

El proceso se emplea en:

• Eliminación de metal excedente en piezas de fundición.
• Eliminación de defectos de soldadura.
• Preparación de ranuras en "U" en juntas de soldadura.
• Corte de materiales ferrosos y no ferrosos.

Se pueden realizar cortes de hasta 16 mm de profundidad en una sola pasada, dependiendo de la configuración del electrodo y la corriente utilizada. Para cortes más uniformes y precisos, se emplean equipos semiautomáticos o automáticos con control de voltaje.

Este proceso se utilizó ampliamente hasta la década de 1920, cuando la industria de la soldadura comenzó a desarrollar procesos más avanzados con protección de gas y electrodos recubiertos. Sin embargo, en sus primeros años, los soldadores lograron controlar la oxidación del metal fundido utilizando métodos rudimentarios, como la inserción de cintas combustibles que generaban dióxido de carbono (CO₂) y vapor de agua para reducir la oxidación.

Estos experimentos sentaron las bases para la evolución de los procesos modernos de soldadura, donde la protección del arco y el metal fundido se ha convertido en una tecnología refinada con el uso de gases inertes y fundentes especializados.

A pesar de su uso limitado en la actualidad, la soldadura con arco de carbón sigue siendo una herramienta valiosa en aplicaciones específicas, especialmente en la industria de reparación, manufactura de cobre, y en procesos de mantenimiento industrial.

Términos destacados :

La soldadura con arco de carbón y su variante de corte por arco de carbón con aire han sido fundamentales en la historia de la soldadura industrial. Aunque su uso ha sido reemplazado en gran parte por procesos más modernos, siguen siendo opciones viables para ciertas aplicaciones donde se requiere alta capacidad de calentamiento y facilidad de operación con equipos convencionales.