La soldadura por arco es uno de varios procesos de fusión para unir metales. Al aplicar calor intenso, el metal en la unión entre dos partes se derrite y se mezcla, directamente, o más comúnmente, con un metal de relleno fundido intermedio. Al enfriarse y solidificarse, se crea una unión metalúrgica. Dado que la unión es una mezcla de metales, la soldadura final tiene potencialmente las mismas propiedades de resistencia que el metal de las piezas. Esto contrasta claramente con los procesos de unión sin fusión (es decir, soldadura fuerte, etc.) en los que las propiedades mecánicas y físicas de los materiales base no se pueden duplicar en la unión.

Fig.1 El circuito básico de soldadura por arco

En la soldadura por arco, el calor intenso necesario para fundir el metal se produce mediante un arco eléctrico. El arco se forma entre el trabajo real y un electrodo (varilla o alambre) que se guía manual o mecánicamente a lo largo de la junta. El electrodo puede ser una varilla con el propósito de simplemente llevar la corriente entre la punta y el trabajo. O puede ser una varilla o alambre especialmente preparado que no solo conduce la corriente sino que también derrite y suministra metal de relleno a la junta. La mayoría de las soldaduras en la fabricación de productos de acero utilizan el segundo tipo de electrodo.


Circuito de soldadura básico
El circuito básico de soldadura por arco se ilustra en la Fig. 1. Una fuente de alimentación de CA o CC, equipada con los controles que puedan ser necesarios, se conecta mediante un cable de trabajo a la pieza de trabajo y mediante un cable "caliente" a un portaelectrodos de algunos tipo, que hace un contacto eléctrico con el electrodo de soldadura.

Se crea un arco a través del espacio cuando el circuito energizado y la punta del electrodo toca la pieza de trabajo y se retira, pero aún en estrecho contacto.

El arco produce una temperatura de aproximadamente 6500ºF en la punta. Este calor derrite tanto el metal base como el electrodo, produciendo un charco de metal fundido a veces llamado "cráter". El cráter se solidifica detrás del electrodo a medida que se mueve a lo largo de la articulación. El resultado es un enlace de fusión.


Blindaje de arco
Sin embargo, unir metales requiere más que mover un electrodo a lo largo de una junta. Los metales a altas temperaturas tienden a reaccionar químicamente con los elementos del aire: oxígeno y nitrógeno. Cuando el metal del baño fundido entra en contacto con el aire, se forman óxidos y nitruros que destruyen la resistencia y tenacidad de la unión soldada. Por lo tanto, muchos procesos de soldadura por arco proporcionan algún medio para cubrir el arco y el baño fundido con un escudo protector de gas, vapor o escoria. A esto se le llama blindaje de arco. Este blindaje evita o minimiza el contacto del metal fundido con el aire. El blindaje también puede mejorar la soldadura. Un ejemplo es un fundente granular, que en realidad agrega desoxidantes a la soldadura.

Fig. 2 Esto muestra cómo el revestimiento de un electrodo revestido (varilla) proporciona un escudo gaseoso alrededor del arco y una capa de escoria sobre el depósito de soldadura caliente.

La figura 2 ilustra el blindaje del arco de soldadura y el baño fundido con un electrodo de varilla. La cubierta extruida de la varilla de metal de aportación proporciona un gas protector en el punto de contacto, mientras que la escoria protege la soldadura fresca del aire.

El arco en sí es un fenómeno muy complejo. El conocimiento profundo de la física del arco es de poco valor para el soldador, pero algún conocimiento de sus características generales puede ser útil.


Naturaleza del Arco
Un arco es una corriente eléctrica que fluye entre dos electrodos a través de una columna de gas ionizado. Un cátodo cargado negativamente y un ánodo cargado positivamente crean el intenso calor del arco de soldadura. Los iones negativos y positivos rebotan entre sí en la columna de plasma a una velocidad acelerada.

En la soldadura, el arco no solo proporciona el calor necesario para fundir el electrodo y el metal base, sino que, en determinadas condiciones, también debe suministrar los medios para transportar el metal fundido desde la punta del electrodo hasta la pieza de trabajo. Existen varios mecanismos para la transferencia de metales. Dos (de muchos) ejemplos incluyen:

Surface Tension Transfer®: una gota de metal fundido toca la piscina de metal fundido y es atraída por la tensión superficial
Arco de pulverización: la gota se expulsa del metal fundido en la punta del electrodo mediante un pellizco eléctrico que lo impulsa a la piscina fundida (ideal para soldaduras por encima de la cabeza)
Si un electrodo es consumible, la punta se derrite bajo el calor del arco y las gotas fundidas se desprenden y se transportan al trabajo a través de la columna de arco. Cualquier sistema de soldadura por arco en el que el electrodo se derrite para convertirse en parte de la soldadura se describe como arco metálico. En la soldadura de carbón o tungsteno (TIG) no hay gotas fundidas que se forzarán a través del espacio y sobre el trabajo. El metal de relleno se funde en la junta desde una varilla o alambre separado.

Una mayor parte del calor desarrollado por el arco se transfiere al baño de soldadura con electrodos consumibles. Esto produce mayores eficiencias térmicas y zonas más estrechas afectadas por el calor.

Dado que debe haber una ruta ionizada para conducir la electricidad a través de un espacio, el mero encendido de la corriente de soldadura con un electrodo eléctricamente frío colocado encima no iniciará el arco. El arco debe encenderse. Esto se debe al suministro de un voltaje inicial lo suficientemente alto como para provocar una descarga o al tocar el electrodo con la pieza de trabajo y luego retirarlo cuando el área de contacto se calienta.

La soldadura por arco se puede realizar con corriente continua (CC) con el electrodo positivo o negativo o corriente alterna (CA). La elección de la corriente y la polaridad depende del proceso, el tipo de electrodo, la atmósfera del arco y el metal que se suelda.

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