La soldadura es una técnica de unión rápida y fiable que casi ha sustituido a otros procesos de unión permanente. Se puede definir como un proceso de unión mediante el cual se pueden ensamblar dos o más materiales de forma permanente con o sin la aplicación de calor, presión y relleno. Puede utilizarse mayoritariamente para unir no sólo metales, sino también otros tipos de materiales, como plásticos y cerámicas. Para satisfacer la necesidad de unir una amplia variedad de materiales de diversas maneras, existe un gran número de procesos de soldadura que pueden clasificarse a grandes rasgos como soldadura por fusión y soldadura de estado sólido. La soldadura por fusión es aquella en la que se aplica calor externamente para fundir las superficies de fusión del metal base y formar la coalescencia. El calor puede aplicarse por diversos medios, como por arco eléctrico, llama de gas, calentamiento por resistencia, haz de energía intensa, etc.
De acuerdo con esto, todos los procesos de soldadura por arco, soldadura por gas, soldadura por resistencia y soldadura por haz de energía intensa entran en la envoltura de la soldadura por fusión. En la soldadura por arco, se constituye un arco eléctrico entre un electrodo puntiagudo y los metales base conductores. Este arco es la principal fuente de calor para fundir las superficies de fusión y los metales de aportación. Existen bastantes procesos de este tipo: todos siguen el mismo principio básico, pero varían sustancialmente en cuanto al procedimiento, las ventajas, las limitaciones y los ámbitos de aplicación posibles. La soldadura por arco metálico protegido (SMAW), la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) y la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) son tres de estos procesos de soldadura por arco; cada uno de ellos ofrece ciertas ventajas sobre los demás. A continuación se comentan las diferencias entre los procesos de soldadura SMAW, GMAW y GTAW.
Electrodo consumible y no consumible: El electrodo es parte integral de todo proceso de soldadura por arco para establecer y mantener el arco eléctrico. Estos electrodos pueden ser de dos tipos: consumibles y no consumibles. Un electrodo consumible se funde durante la soldadura debido al calentamiento del arco y posteriormente se deposita en el cordón de soldadura que finalmente se convierte en parte integrante de la unión. Por el contrario, un electrodo no consumible no se funde durante la soldadura y permanece intacto. En un determinado proceso de soldadura por arco se utiliza sólo un tipo. Con respecto a la naturaleza consumible y no consumible del electrodo, a continuación se comparan los procesos de soldadura SMAW, GMAW y GTAW.
- SMAW-Electrodo consumible.
- GMAW-Electrodo consumible.
- GTAW-Electrodo no consumible.
Aplicación del metal de aportación: El metal de relleno es necesario para suministrar para llenar la brecha de la raíz. Cuando la separación de la raíz es sustancialmente mayor (>2mm) y/o se prepara el borde, entonces se debe aplicar el relleno. Con el electrodo consumible, el propio electrodo se funde y se deposita en el cordón de soldadura. Por lo tanto, no es necesario suministrar relleno adicional. Este electrodo se comporta como relleno y la tasa de alimentación del electrodo puede controlarse para manipular la tasa de deposición de relleno. Por el contrario, el electrodo no consumible no suministra relleno en el cordón de soldadura. Por lo tanto, si se requiere relleno, éste debe suministrarse por separado.
- SMAW-No se requiere relleno adicional. El electrodo actúa como relleno.
- GMAW-No se requiere relleno adicional. El electrodo actúa como relleno.
- GTAW-El electrodo no es consumible. Así que el relleno adicional en forma de varilla de pequeño diámetro se suministra, sólo cuando se requiere, alimentándolo constantemente por debajo de la columna del arco.
Naturaleza continua del electrodo/relleno: El material de relleno, ya sea en forma de electrodo o por separado, se funde continuamente y se deposita en el cordón de soldadura. Así, su longitud se acorta gradualmente con el tiempo de soldadura. Si esta longitud de relleno es corta, hay que sustituirla frecuentemente por una nueva. Esto reduce el ritmo de producción e interrumpe el proceso. Por otro lado, una masilla larga puede ser alimentada continuamente a la zona de soldadura durante más tiempo sin ninguna interrupción. Este método es productivo pero requiere el almacenamiento a granel de la costosa aportación.
- El electrodo de aportación de SMAW se presenta en forma de varilla recta de pequeño diámetro de 2 a 3 pies de longitud, por lo que requiere cambios frecuentes e interrupciones del proceso.
- El electrodo de aportación de GMAW se presenta en forma de alambre de pequeño diámetro que se enrolla en un depósito de alambre. El electrodo de alambre bastante largo se almacena en esa piscina y, por lo tanto, la soldadura puede llevarse a cabo de forma continua durante más tiempo sin interrupción intermedia para el cambio de electrodo. Este electrodo se alimenta continuamente por medio de disposiciones mecanizadas.
- El electrodo GTAW no es consumible. El relleno adicional suele venir en forma de varilla corta y de pequeño diámetro, por lo que requiere frecuentes paradas para cambiar el relleno. Sin embargo, la soldadura puede realizarse de forma continua si no se utiliza relleno.
Modo de soldadura preferido: La soldadura por arco puede realizarse en tres modos diferentes. Como se mencionó anteriormente, no es necesario suministrar relleno cuando la separación de la raíz es muy pequeña o los materiales base son delgados. Cuando la soldadura se realiza sin aplicar ningún relleno, se denomina modo autógeno. Sin embargo, si se aplica relleno y la composición metalúrgica del mismo es similar a la del componente principal, se denomina modo homogéneo. Si la composición metalúrgica del relleno difiere sustancialmente de la del componente principal, se denomina modo heterogéneo. Diferentes procesos de soldadura son adecuados para diferentes modos.
- El relleno de SMAW es inherente a este proceso debido al electrodo consumible. Así que el modo autógeno no es posible. Es adecuado para la soldadura principalmente homogénea.
- GMAW-Similar a SMAW, el relleno es inherente a este proceso debido al electrodo consumible. Así que el modo autógeno no es posible. Es adecuado para la soldadura homogénea y heterogénea.
- GTAW-El electrodo no es consumible. Así que el modo autógeno es factible; de hecho, la soldadura TIG es adecuada sólo para este modo. Sin embargo, también puede aplicarse para la soldadura homogénea y heterogénea utilizando un conjunto óptimo de parámetros del proceso.
Material del electrodo: El material del electrodo de todo proceso de soldadura por arco debe poseer algunas características básicas como buena conductividad eléctrica, buena emisividad de electrones, punto de fusión deseado, etc. Vale la pena mencionar que el metal de aportación debe ser compatible con el metal base, de lo contrario no se mezclarán correctamente, lo que provocará una soldadura defectuosa. Por lo tanto, con el electrodo consumible, el material del electrodo debe elegirse en función de la compatibilidad con el metal base. En el caso de los electrodos no consumibles, el material de aportación debe elegirse en función de la compatibilidad con el metal base, mientras que el electrodo debe estar hecho de un material de alta fusión.
- El electrodo SMAW está hecho principalmente de materiales ferrosos. Tiene poca variedad en cuanto al material del electrodo. Por lo tanto, sólo es adecuado para la unión homogénea de componentes ferrosos.
- GMAW-Existe una gran variedad de materiales de electrodos en el mercado. Aunque la mayoría de los electrodos son ferrosos, su composición metalúrgica puede variar para obtener el resultado deseado.
- GTAW-Este electrodo está hecho únicamente de tungsteno. Esto es independiente del metal base o del metal de aportación, ya que el electrodo no es consumible. El tungsteno tiene el punto de fusión más alto (3422°C). También se pueden manipular otras propiedades deseadas añadiendo elementos de aleación en pequeñas proporciones. Por ejemplo, el torio, el óxido de lantano, el óxido de cerio, la circonia, etc. se añaden al tungsteno para mejorar diversas características de la soldadura, como la emisividad de los electrones, la erosión del electrodo, etc.
Electrodo revestido o desnudo: El electrodo puede ser revestido para protegerlo de la oxidación o de la contaminación atmosférica. Además de la protección contra la oxidación, el recubrimiento también proporciona otras ventajas, como el suministro de gas de protección, la reducción de las salpicaduras, la estabilización del arco, la inducción de elementos químicos en el cordón de soldadura, etc. Sin embargo, un electrodo revestido es costoso y propenso a dañarse con el tiempo. Diferentes procesos utilizan diferentes tipos de revestimiento, cada uno con la función deseada.
- SMAW-Utiliza un electrodo revestido de fundente grueso. Además de proteger el electrodo, este fundente suministra gas de protección.
- GMAW-No hay recubrimiento de fundente en el electrodo. Sin embargo, se aplica una fina capa de material estable para proteger el material del electrodo de la oxidación.
- GTAW-Utiliza electrodo de tungsteno desnudo. No se aplica ningún recubrimiento al electrodo.
Suministro de gas de protección: El gas de protección se suministra en la soldadura por arco para dispensar el oxígeno de la zona de soldadura y crear una envoltura de gases inertes alrededor del cordón de soldadura. Su función principal es proteger el cordón de soldadura caliente de la oxidación. Este gas de protección puede suministrarse directamente desde un cilindro de gas o indirectamente mediante la desintegración de otros elementos químicos durante la soldadura.
- El revestimiento de flujo del electrodo de SMAW se desintegra durante la soldadura y produce gas de protección. No se aplica ningún gas de protección por separado.
- GMAW-El gas de protección (inerte o activo) se suministra desde el cilindro de gas.
- GTAW-El gas de protección inerte se suministra desde el cilindro de gas.
Problema de salpicaduras: Las salpicaduras son pequeñas gotas de metal de aportación fundido que se producen debido a la dispersión del arco y salen de la zona de soldadura. Estas salpicaduras provocan la pérdida de metal de aportación y, por tanto, una tasa de deposición de aportación no uniforme que, en ocasiones, da lugar a diversos defectos de soldadura, como refuerzos negativos e inexactitudes dimensionales. También dificulta la apariencia y requiere el esmerilado después de la soldadura para su eliminación.
- SMAW-Produce excesivas salpicaduras incluso con un conjunto óptimo de parámetros de proceso.
- GMAW-También produce salpicaduras; sin embargo, puede reducirse utilizando un conjunto óptimo de parámetros de proceso.
- GTAW-En general no produce salpicaduras.
Manual y automatizado: La soldadura por arco metálico protegido se realiza manualmente, por lo que también se denomina soldadura por arco metálico manual (MMAW). La soldadura por arco metálico con gas puede automatizarse fácilmente, ya que el hilo del electrodo se alimenta continuamente de la bobina mediante una disposición mecanizada y, al mismo tiempo, la antorcha es movida por otro vehículo automático. La soldadura por arco de gas tungsteno se realiza habitualmente de forma manual; sin embargo, también puede automatizarse, especialmente el movimiento de la antorcha. Un proceso automatizado es rápido y más productivo; pero el proceso manual es más flexible y prácticamente no posee ninguna restricción de ubicación para su aplicación.
Productividad y problemas de calidad: SMAW no ofrece una buena calidad de unión. Por ello, se lleva a cabo sobre todo para necesidades domésticas e industriales en general. El cambio frecuente de electrodos provoca la interrupción del proceso, por lo que no es adecuado para necesidades de soldadura de larga duración. El GMAW es altamente productivo y puede llevarse a cabo de forma continua durante mucho tiempo. Se puede automatizar fácilmente. Su tasa de deposición de volumen es también muy alta. Por lo tanto, es adecuado cuando existe una amplia brecha de raíz, los bordes se preparan en forma de U o V, los requisitos de unión más largos o incluso para el revestimiento. Aunque es menos propenso a los defectos, su calidad de unión no es muy buena. Las salpicaduras también dificultan el aspecto del cordón de soldadura. En términos de calidad, el GTAW es el mejor de los tres. Proporciona una unión superior con un aspecto espléndido. Es menos propenso a los defectos, pero la tasa de deposición o de soldadura es comparativamente baja.
En este artículo se presenta una comparación científica entre la soldadura por arco metálico protegido (SMAW), la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) y la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW). El autor también sugiere que se revisen las siguientes referencias para una mejor comprensión del tema.