Soldadura Tig

Republica Bolivariana de Venezuela

Universidad del Zulia

Núcleo Costa Oriental del Lago

Metalurgia Física

INTEGRANTES:

KHALIL, MANSUR C.I. 19.485.464

PIRELA, ENIGSON C.I. 19.808.094

 SOLDADURA TIG.

DESCRIPCION DEL PROCESO.

El sistema TIG es un sistema de soldadura al arco con protección gaseosa que utiliza el intenso calor del arco eléctrico, generado entre un electrodo de tungsteno no consumible y la pieza a soldar, donde puede utilizarse o no metal de aporte.

Se utiliza un gas de protección cuyo objetivo es desplazar el aire, para eliminar la posibilidad de contaminación de la soldadura por él oxigeno y nitrógeno presente en la atmósfera.

Como gas protector se puede emplear argón o helio o una mezcla de ambos.

La característica más importante que ofrece este sistema es entregar alta calidad de soldadura en todos los metales, incluyendo aquellos difíciles de soldar, como también para soldar metales de espesores delgados y para depositar cordones de raíz en unión de cañerías.

Las soldaduras hechas con sistema TIG son más fuertes, más resistentes a la corrosión y más dúctiles que las realizadas con electrodos convencionales.

Cuando se necesita alta calidad y mayores requerimientos de terminación, se hace necesario utilizar el sistema TIG para lograr soldaduras homogéneas, de buena apariencia y con un acabado completamente liso.

En la figura 1 se muestra el esquema del proceso TIG. Ahí se indican el arco, el electrodo de tungsteno y la envoltura protectora de gas sobre la pieza de trabajo. La varilla desnuda de metal de aporte es aplicada manualmente, introduciéndola en el arco y en el baño de fusión, como en el procesos oxi-acetilénico.

Fig. 1. Soldadura TIG.

Este proceso puede emplearse para aluminio, magnesio, acero inoxidable, bronce, plata, cobre, níquel y aleaciones, hierro fundido, aceros dulces, aceros aleados, abarcando una amplia gama de espesores de metal.

También se emplea para pases de raíz en juntas soldadas de tubos de acero, buscando la mayor eficiencia en primer pase,

Los principales componentes del equipo requerido para el proceso TIG son:

 La máquina de soldar (fuente de poder)

 La pistola y los electrodos de tungsteno:

 Los alambres para metal de relleno.

 El gas protector y controles.

Además existen varios accesorios opcionales que incluyen un pedal para control remoto, permitiendo al soldar controlar la corriente durante la soldadura y pudiendo así efectuar correcciones y llenar cráteres. Así mismo están disponibles sistemas de circulación de agua de enfriamiento para la pistola, un distribuidor para encendido del arco, etc.

La máquina de soldar puede ser un rectificador con C.A/C.C o un generador de corriente continúa con una unidad de alta frecuencia. También es posible hacer uso de fuentes de poder normales de C.A o C.C, diseñadas principalmente para electrodos revestidos, adicionando un dispositivo para alta frecuencia. Sin embargo, los mejores resultados se obtienen con una maquina de soldar especialmente diseñada para la soldadora TIG.

El soplete en el proceso TIG sujeta el electrodo de tungsteno y dirige el gas protector y la energía de soldar al arco. Las pistolas pueden ser enfriadas por agua o aire, lo que depende del amperaje de la corriente para soldar. Generalmente se emplean las pistolas con enfriamiento para agua.

El gas de protección puede ser argón, helio o una mezcla de ambos, el cual protege el arco de los gases prejudiciales de la atmosfera. El argón es más usado, porque es fácil de obtenerlo y, siendo más pesado que el helio, proporciona mejor protección a menos grado de presión.

Los electrodos para este tipo de proceso son de tungsteno y aleaciones de tungsteno. Tienen un punto de fusión muy elevado (6170ªF) y prácticamente no se consumen. El electrodo no toca el baño fundido.

Elementos de la maquinas para soldaduras TIG

 VENTAJAS

 Proceso adecuado para unir la mayoría de los metales.

 Arco estable y concentrado.

 Aunque se trata de un proceso esencialmente manual, se ha automatizado para algunas fabricaciones en serie, como tubería de pequeño espesor soldada longitudinal o helicoidalmente y para la fijación de tubos a placasen intercambiadores de calor.

 No se producen proyecciones (al no existir transporte de metal en el arco).

 No se produce escoria.

 Produce soldaduras lisas y regulares.

 Se puede utilizar con o sin metal de aporte, en función de la aplicación.

 Puede emplearse en todo tipo de uniones y posiciones,

 Alta velocidad de soldeo en espesores por debajo de 3-4 mm.

 Se pueden conseguir soldaduras de gran calidad.

 Permite un control excelente de la penetración en la pasada de raíz.

 No requiere el empleo de fuente de energía excesivamente caras.

 Permite el control independiente de la fuente de energía y del metal de aportación.

 LIMITACIONES DEL PROCESOS TIG:

 La tasa de deposición es menor que la que se puede conseguir con otros procesos de soldeo por arco (en el soldeo automático esta desventaja se puede solucionar con la técnica de alambre caliente).

 Su aplicación manual exige, en general, gran habilidad por parte del soldador

 No resulta económico para espesores mayores de 10 mm.

 En presencia de corrientes de aire puede resultar difícil conseguir una protección adecuada de la zona de soldadura.

 APLICACIONES

El proceso TIG se puede utilizar para el soldeo de todos los materiales, incluidos el aluminio y el magnesio y los materiales sensibles a la oxidación como el titanio, circonio y sus aleaciones. Puesto que el proceso posee las virtudes necesarias para conseguir soldaduras de alta calidad y con una elevada pureza metalúrgica, exentas de defectos y buen acabado superficial, es ideal para soldaduras de responsabilidad en la industria del petróleo, química, petroquímica, alimentación, generación de energía, nuclear y aeroespacial. Como su tasa de deposición es baja, no resulta económico para soldar materiales con espesores mayores de 6-8 mm.

En estos casos el TIG se utiliza para efectuar la pasada de raíz, empleándose otros procesos de mayor productividad para el resto de las pasadas de relleno. También se puede utilizar para realizar soldaduras por puntos y por costuras.

 SELECCIÓN DE CORRIENTE

El proceso TIG puede utilizarse tanto con corriente continua como con corriente alterna. La elección de la clase de corriente y polaridad se hará en función del material a soldar. Con el fin de realizar esta elección correctamente, se va a destacar algunos aspectos diferenciales de ambas alternativas. En la tabla 12.1 se han resumido los efectos de la polaridad cuando se suelda con corriente continua y los efectos del soldeo con corriente alterna.

Arco con corriente continua

La polaridad recomendada en corriente continua es la directa, ya que si se suelda con polaridad inversa se tienen que utilizar intensidades tan bajas para que no se sobrecaliente el electrodo que resulta impracticable el soldar.

Arco con corriente alterna

La corriente alterna a una, aunque reducidas, las ventajas de las dos polaridades (Ver tabla 1):

El buen comportamiento durante el semiciclo de polaridad directa y el efecto decapante del baño durante el semiciclo de polaridad inversa, por lo que suele emplearse en el soldeo de aleaciones ligeras, tales como las de aluminio y magnesio.

Tabla 1. Características de soldeo según la corriente seleccionada

 PROPIEDADES DEL ALUMINIO

El aluminio es un metal ligero, de color blanco plateado y relativamente blando. Si se comparan dos piezas de las mismas dimensiones una de aluminio y la otra de acero, el peso de la primera será la tercera parte del de la segunda, lo que significa que la densidad del aluminio es la tercera parte de la densidad del acero.

El aluminio es conocido también por su buena resistencia a la corrosión frente al aire, agua, aceites, alimentos y muchos agentes químicos, esta resistencia se debe a la existencia de una capa de óxido de aluminio, denominada alúmina, que no permite la corrosión del metal. Esta capa de alúmina es muy refractaria, es decir tiene una temperatura de fusión muy elevada y se debe retirar antes o durante el soldeo para permitir una buena fusión del metal base. El aluminio es un metal muy dúctil (incluso a muy bajas temperaturas) y con baja resistencia mecánica, sin embargo las aleaciones de aluminio tienen mayor resistencia mecánica que el aluminio puro porque los elementos de aleación endurecen y mejoran las características mecánicas del aluminio. El aluminio puro se utiliza principalmente en aplicaciones eléctricas, debido a su buena conductividad eléctrica superior a la de las aleaciones de aluminio.

 ALEACIONES DEL ALUMINIO

El aluminio se alea principalmente con el cobre, magnesio, silicio y cinc, también se suelen añadir pequeñas cantidades de cromo, hierro, níquel y titanio. Existen multitud de aleaciones de aluminio, con la ventaja de que cada una de ellas posee alguna característica superior a la del aluminio sin alear. Las piezas de las aleaciones de aluminio pueden obtenerse por moldeo (consiguiéndose piezas de formas variadas) o mediante procesos que conllevan una deformación, como la laminación o la forja con los que se obtienen chapas, barras, tubos, alambres, perfiles, etc.,

A las aleaciones destinadas a la obtención de este tipo de productos se las denomina aleaciones para forja. Tanto en el grupo de las aleaciones para forja, como en el de las aleaciones para moldeo, se pueden distinguir dos tipos de aleaciones:

Aleaciones tratables ténnicamente, que también se denominan bonificables o endurecibles por tratamiento térmico.

Aleaciones no tratables térmicamente, que también se denominan no bonificables o no endurecibles por tratamiento térmico.

En el siguiente trabajo se estudiara el comportamiento de la aleación de aluminio (70-20), durante el proceso de soldadura TIG, así como el procedimiento de la misma. A continuación presentamos una tabla con la composición química de la aleación a estudiar

Si

% Fe% Cu% Mn

% Mg

% Zn

% Ti

% Cr

% Varios

% Otros% Al

%

0.35 0.4 0.2 0.05-0.50 1.00-1.40 4.00-5.00 -Zr0.9-0.25 0.10-0.30 Ga0.08-0.2 0.15 Resto

Composición química del aluminio 70-20

Procesos de soldadura, como GTAW (TIG) y GMAW (MIG), están sustituyendo actualmente a otros más tradicionales, como el SMAW (Arco Manual), en sus aplicaciones a las aleaciones de aluminio; dado que producen soldaduras de excelente calidad con mínimas distorsiones. Por otro lado, en estas técnicas no se requiere el empleo de fundentes de protección, que pueden influir posteriormente en la resistencia a la corrosión de las uniones soldadas. Las soldaduras pueden realizarse en todas las posiciones y la calidad final de la unión es generalmente elevada.

Muchas de las aleaciones de aluminio que se pueden soldar por los procedimientos TIG y MIG se encuentran dentro de las siguientes series:

 Buena soldabilidad: Series AA 1XXX; 3XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX (todas ellas de forja) y A356.0; 443.9; 413.0; 514.0 y A514.0 (de mol­deo).

 Media Soldabilidad: AA2XXX; AA4XXX de forja y 208.0; 308.0; 319.0; 333.0; C355.0; 710.0 y 712.0 (de moldeo).

 Soldabilidad limitada: AA2024 (forja); 222.0; 238.0; 295.0 y 520.0 (de moldeo).

 Soldadura no recomendada: AA7021; 7029; 7050; 7075; 7079; 7178 y 7475 (de forja) y la 242.0 (de moldeo).

Tabla 2. Composición de las aleaciones (% en masa).

De entre todas las aleaciones de forja, las de las series 1XXX, 3XXX y 5XXX, no son tratables térmicamente, mientras que las de la serie AA6XXX y AA7XXX si lo son, aunque en estas últimas no es recomendable su soldadura, excepto en el caso de las aleaciones AA7005, 7020 y 7039, que han sido especialmente diseñadas para ser soldables, aunque con limitaciones.

El efecto térmico de la soldadura sobre las aleaciones de aluminio provoca una disminución de las propiedades mecánicas en la ZAC: disminución de dureza, resistencia, y pérdida de propiedades por recocido, debido a un crecimiento de grano excesivo en el límite de la ZAC y el baño fundido. En lo que respecta a las aleaciones Al-Zn-Mg de la serie 7XXX, la relación Zn:Mg, que debe ser igual a 3, puede disminuir por pérdida de aleantes, lo que conlleva un aumento en la susceptibilidad a la corrosión bajo tensión.

Sin duda, los problemas, que están asociados a la buena o mala calidad de las uniones, en estos materiales, vienen asociados a su propia ejecución durante el soldeo, sobre todo en lo referente a la presencia de poros, por una mala preparación (limpieza sin eliminación de la capa superficial de A1203), o una deficiente protección (poco flujo del gas protector).

La chapa de 6 y 5 mm, respectivamente, obtenidas por laminación y con un tratamiento T4 y T6. La composición de las aleaciones soldadas se recojen en la tabla 1.

 PROCEDIMIENTO EN SOLDADURA AW-7020

Con el fin de determinar el efecto del ciclo térmico de soldadura sobre las aleaciones AA6061 y AA7020 se realizaron previamente cuatro cordones de soldadura mediante el procedimiento TIG con corriente alterna, con una frecuencia de 150 Hz y un balance de penetración del 70 %, utilizando argón como gas de protección. El equipo de soldadura empleado fue un AristoTIG-250. Las condiciones de soldadura aplicadas en estos ensayos se reflejan en la tabla II.

Como ejemplo de estos ensayos, la figura 2 muestra el aspecto de los cordones para la aleación AA7020.

Figura 2. Cordones de soldadura TIG

Según un estudio experimental podemos establecer la reacción que se crea en la microestructura de material a la que se le aplica la soldadura (placa de aluminio).

 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Materiales base

Las aleaciones estudiadas en la presente investigación han sido: AA6061 y AA7020 en forma de

TABLA 2- Condiciones de soldeo TIG: I (A), V (V) y Vel. (cm/min)

TABLA 3. Condiciones de soldeo TIG, MIG

Posteriormente a la determinación del tamaño tanto del baño fundido (B.F.) como de la zona afectada por el calor (ZAC), se realizaron ensayos reales de soldadura TIG con doble pasada y un rendimiento del 0,4, así como soldaduras MIG, aportando AWS A-5.10 clase ER 5356 con un rendimiento del 0,7. Las condiciones de soldadura en estos ensayos se recogen en la tabla III.

 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se han realizado estudios metalográficos mediante MO y MEB-EDS, con el fin de estudiar las variaciones microestructurales provocadas por los ciclos de soldadura. Igualmente, se realizaron estudios microanalíticos, mediante microsonda electrónica (ME), para comprobar si, debido al efecto del ciclo térmico, pudieran existir procesos de volatilización de los elementos de aleación. Por ello, se cortaron probetas metalográficas y se embutieron en una resina de tipo poliéster.

El desbaste, pulido y ataque se realizó sobre el eje transversal de la soldadura. De las observaciones sobre los cortes transversales, y utilizando el análisis de imagen, se calcularon las dimensiones del baño fundido, en función del EN A; comprobándose que la anchura del baño fundido, oscila entre 4 y 12 mm, y su profundidad entre 2 y 3,5 mm.

Los estudios mediante MEB muestran el carácter dendrítico, tanto en el baño fundido de la aleación AA6061 como de la AA7020, con precipitados en el espaciado interdendrítico del tipo AlFeSiCu en la aleación AA6061 (Fig. 3 a).

Los precipitados, en el caso de la aleación AA7020, son de AlMgSiZn y no aparece el eutéctico. En la zona afectada por el calor, y para ambas aleaciones base (AA6061 y AA7020), aparece un incremento en el tamaño del grano, e igualmente pueden observarse para el caso de la aleación AA6061 (Fig.3b) zonas en donde aparecen eutécticos ternarios, que se originan durante el calentamiento de la matriz.

(A) (B)

FIG. 3. A) Fases interdendríticas en el BF de la aleación AA6061. B) Eutécticos ternarios en la ZAC de la aleación AA6061.

.

Con el objeto de estudiar si la acción de los procesos TIG y MIG utilizados en la realización de las soldaduras, provocaba la pérdida de elementos de aleación, tanto en el baño fundido como en la zona afectada por el calor, las muestras fueron estudiadas en superficie pulida (sin ataque) mediante la utilización de una microsonda electrónica. Los análisis se realizaron tanto en sentido transversal como longitudinal. Los resultados obtenidos indican que no ha existido pérdida de elementos como magnesio y zinc; el primero, por oxidación y formación de MgO, y el segundo por volatilización. Por esta razón, los parámetros utilizados para la ejecución de las soldaduras se consideran correctos en este sentido.

Con el fin de comprobar las variaciones de dureza que experimentan las aleaciones soldadas después de realizar los ensayos de soldadura, se realizaron determinaciones de macro-dureza Vickers, utilizando una carga de 5 kg sobre la superficie transversal de la chapa. Para obtener un valor medio, se barrieron tres líneas con un espaciado entre identaciones de 6 veces la huella de dureza.

Los resultados muestran la variación de dureza que existe tanto a medida que se penetra en la ZAC como en el BE Un ejemplo de estas determinaciones se muestra en la figura 4.

De estas curvas, puede deducirse que el comportamiento frente a la pérdida o incremento de dureza en la ZAC, es muy similar en ambas aleaciones, aunque existen diferencias en los BF. Algunos autores señalan que la pérdida de dureza, en el límite entre el material base MB y ZAC, es la causa principal del fallo de las aleaciones de aluminio.

Se debe considerar que, durante el proceso de soldadura, las fases endurecedoras de estas aleaciones, como son la (3' para la aleación AA6061 y la r| para la AA7020, sufren un proceso de disolución en la matriz, lo que provoca una pérdida en las propiedades mecánicas de la ZAC en la zona cercana al BF Además, existe otro efecto, como es el aumento en el tamaño de grano en las proximidades del baño, lo que conlleva un mayor reblandecimiento.

La figura 4 recoge las variaciones de la dureza (unidades Vickers) que muestran estas aleaciones, comprobándose que el efecto del ciclo térmico de soldadura no sólo provoca una pérdida de dureza en la ZAC, sino que, además, lo provoca en el BF (estas medidas se hicieron sin aplicar tratamientos térmicos post-soldadura).

Sin duda, la resistencia mecánica de las diferentes zonas ZAC y BF, estarán íntimamente relacionadas con los valores medidos de dureza, en las mismas zonas Finalmente, se observa que el ciclo térmico generado por el arco TIG, modifica, en mayor medida, los valores de dureza en la ZAC de la aleación AA6061 que en la AA7020.

FIG. 4. HV/D en AA6061 y AA7020 (MIG y TIG).

BIBLIOGRAFIA

 Alu- Stock, Catalogo de Aleaciones de Aluminio, Capitulo 11

 Germán Hernández Riesco, Manual del Soldador, Editorial Cesol Ocr.

 J.M. Gómez de Salazan; A. Ureña; E. Villauriz; S. Manzanéelo; e I. Barrena - Soldadura TIG y MIG de las aleaciones de aluminio 6061 y 7020. Estudios microestructurales y de propiedades mecánicas

 Manual de Soldadura & Catalogo de Productos de EXSA-OERLICON Edición 1995.

 http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_industrial/soldaduratig/default.asp

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