El golpe de arco puede causar una serie de problemas de soldadura, que incluyen salpicaduras excesivas, fusión incompleta, porosidad y baja calidad. ¿Qué es y cómo se puede prevenir? En este artículo, examinaremos el soplo de arco y discutiremos formas de solucionar problemas y eliminar este fenómeno para crear una mejor soldadura.

El golpe de arco ocurre en la soldadura por arco de CC cuando la corriente del arco no sigue el camino más corto entre el electrodo y la pieza de trabajo y se desvía hacia adelante o hacia atrás desde la dirección de desplazamiento o, con menos frecuencia, hacia un lado.

Primero, examinemos algunos de los términos asociados con el arco eléctrico. El golpe hacia atrás ocurre cuando se suelda hacia la conexión de la pieza de trabajo, o el extremo de una junta, o en una esquina. El golpe hacia adelante se encuentra cuando se suelda lejos de la conexión de la pieza de trabajo, o en el extremo inicial de la junta. El golpe hacia adelante puede ser especialmente problemático con los electrodos de polvo de hierro SMAW u otros electrodos que producen grandes capas de escoria, donde el efecto es arrastrar la escoria pesada o el cráter hacia adelante y debajo del arco.

Golpe de arco magnético
El golpe de arco magnético es causado por una condición de desequilibrio en el campo magnético que rodea el arco. Esta condición de desequilibrio se debe al hecho de que, en la mayoría de los casos, el arco estará más lejos de un extremo de la junta que de otro y estará a diferentes distancias de la conexión de la pieza de trabajo. El desequilibrio también existe debido al cambio en la dirección de la corriente a medida que fluye desde el electrodo, a través del arco, hacia y a través de la pieza de trabajo.

Visualizing a Magnetic Field
To understand arc blow, it is helpful to visualize a magnetic field. Figure 3-37 shows a DC current passing through a conductor (which could be an electrode or the plasma stream between an electrode and a weld joint). Surrounding the conductor a magnetic field, or flux, is set up with lines of force that can be represented by concentric circles in planes at right angle to the direction of the current. These circular lines of force diminish in intensity the farther they are from the electrical conductor.

The concentric flux fields will remain circular when they can stay in one medium expansive enough to contain them until they diminish to essentially nothing . But if the medium changes (such as from steel plate to air), the circular lines of force are distorted and tend to concentrate in the steel where they encounter less resistance. At a boundary between the edges of a steel plate and air, there is a squeezing of the magnetic flux lines, causing deformation in the circular lines of force. This squeezing can result in a heavy concentration of flux behind or ahead of a welding arc. The arc then tends to move in the direction that would relieve the squeezing and restore the magnetic field balance. It veers away from the side of magnetic flux concentration. This veering is observed as arc blow.

La Figura 3-38 ilustra la compresión y distorsión de los campos de flujo al comienzo y al final de una soldadura de costura. Al principio, las líneas de flujo magnético se concentran detrás del electrodo. El arco intenta compensar este desequilibrio moviéndose hacia adelante, lo que crea un golpe de arco hacia adelante. A medida que el electrodo se acerca al final de la costura, la compresión se adelanta al arco, con un movimiento resultante del arco hacia atrás y el desarrollo de un golpe hacia atrás. En el medio de una costura en dos miembros del mismo ancho, el campo magnético sería simétrico y no habría ningún golpe de arco hacia atrás o hacia adelante. Pero, si un miembro debe ser ancho y el otro estrecho, podría ocurrir un golpe lateral en el punto medio de la soldadura.

Comprensión del efecto del retorno de la corriente de soldadura a través de la pieza de trabajo
Otro fenómeno de "compresión" resulta del retorno de la corriente hacia la conexión de la pieza de trabajo dentro de la pieza de trabajo. Como se muestra en la Figura 3-39, también se establece un flujo magnético por la corriente eléctrica que pasa a través de la pieza de trabajo hasta el cable de la pieza de trabajo. La línea gruesa representa el camino de la corriente de soldadura, mientras que las líneas claras representan el campo magnético creado por la corriente. A medida que la corriente cambia de dirección, o gira la esquina del arco a la pieza de trabajo, se produce una concentración de flujo en x, lo que hace que el arco sople, como se indica, lejos de la conexión de la pieza de trabajo.

El movimiento del arco debido a este efecto se combinará con el movimiento resultante de la concentración descrita anteriormente para dar el golpe de arco observado. El efecto de la corriente de retorno puede disminuir o aumentar el golpe del arco causado por el flujo magnético del arco. De hecho, el control de la dirección de la corriente de retorno es una forma de controlar el soplado del arco, especialmente útil con los procesos de soldadura automática.

En la Figura 3-40 (a), el cable de la pieza de trabajo está conectado al extremo inicial de la costura y el fundente resultante de la corriente de soldadura de retorno en el trabajo está detrás del arco. El movimiento del arco resultante sería hacia adelante. Cerca del final de la costura, sin embargo, el movimiento del arco hacia adelante disminuiría el golpe total del arco al cancelar parte del golpe hacia atrás resultante de la concentración del fundente del arco al final de la pieza de trabajo, vea la Figura 3-41 (a) . En la Figura 3-40 (b), el cable de trabajo está conectado al extremo final de la costura, lo que resulta en un golpe hacia atrás. Aquí, aumentaría el retroceso del flujo de arco al final de la soldadura.

La combinación de flujos magnéticos "comprimidos" se ilustra en la Figura 3-41 (b). Sin embargo, una conexión de la pieza de trabajo al final de la soldadura puede ser lo que el soldador necesita para reducir el soplo hacia adelante excesivo al comienzo de la soldadura.

Debido a que el efecto de la corriente de soldadura que regresa a través de la pieza de trabajo es menos fuerte que las concentraciones de flujo magnético derivado del arco en los extremos de las piezas de trabajo, el posicionamiento de la conexión de la pieza de trabajo es solo moderadamente efectivo para controlar el soplado del arco. También deben usarse otras medidas para reducir las dificultades causadas por el soplo del arco al soldar.

Otras áreas problemáticas

Juntas de esquina y tope con profundas ranuras en V
¿Dónde más es un problema el soplo de arco? También se encuentra en las esquinas de las soldaduras en ángulo y en las uniones soldadas que utilizan preparaciones de soldadura profunda. La causa es exactamente la misma que cuando se suelda una costura recta: concentraciones de líneas de flujo magnético y el movimiento del arco para aliviar tales concentraciones. Las figuras 3-42 y 3-43 ilustran situaciones en las que el soplo de arco con corriente CC puede ser un problema.

Altas corrientes
Hay menos arco eléctrico con corriente baja que con alta. ¿Por qué? Porque la intensidad del campo magnético a una distancia dada del conductor de corriente eléctrica es proporcional al cuadrado de la corriente de soldadura. Por lo general, no se producen problemas graves de soplado de arco cuando se suelda con electrodo revestido con CC hasta aproximadamente 250 amperios (pero este no es un parámetro exacto, ya que el ajuste y la geometría de la junta podrían tener una gran influencia).

Corrientes DC
El uso de corriente alterna reduce notablemente el soplo del arco. La rápida inversión de la corriente induce corrientes parásitas en el metal base, y los campos creados por las corrientes parásitas reducen en gran medida la fuerza de los campos magnéticos que provocan el soplo del arco.

Materiales magnéticamente susceptibles
Algunos materiales, como los aceros al 9% de níquel, tienen una permeabilidad magnética muy alta y se magnetizan muy fácilmente por campos magnéticos externos, como los de las líneas eléctricas, etc. Estos materiales pueden ser muy difíciles de soldar debido al arco que produce el campos magnéticos en el material. Estos campos se detectan y miden fácilmente con medidores Gauss portátiles de bajo costo. Los campos superiores a 20 Gauss suelen ser suficientes para causar problemas de soldadura.

Golpe de arco térmico
Ya hemos examinado la forma más común de golpe de arco, el golpe de arco magnético, pero ¿qué otras formas podría encontrar un soldador? El segundo tipo es el soplado de arco térmico. La física del arco eléctrico requiere un punto caliente tanto en el electrodo como en la placa para mantener un flujo continuo de corriente en la corriente del arco. A medida que el electrodo avanza a lo largo del trabajo, el arco tenderá a retrasarse. Este retraso natural del arco es causado por la renuencia del arco a moverse hacia la placa más fría. El espacio entre el extremo del electrodo y la superficie caliente del cráter fundido está ionizado y, por lo tanto, es un camino más conductor que desde el electrodo a la placa más fría. Cuando la soldadura se realiza manualmente, la pequeña cantidad de "retroceso térmico" debido al retraso del arco no es perjudicial, pero puede convertirse en un problema con las velocidades más altas de la soldadura automática o cuando el retroceso térmico se agrega al retroceso magnético. .

Golpe de arco con múltiples arcos
Algunos avances recientes en el proceso de soldadura implican el uso de múltiples arcos de soldadura para lograr una alta velocidad y una productividad mejorada. Pero este tipo de soldadura también puede causar problemas de arco eléctrico. Específicamente, cuando dos arcos están cerca uno del otro, sus campos magnéticos reaccionan para causar un soplo de arco en ambos arcos.

Cuando dos arcos están cerca y tienen polaridades opuestas, como en la Figura 3-44 (a), los campos magnéticos entre los arcos hacen que se alejen el uno del otro. Si los arcos tienen la misma polaridad, como en la Figura 3-44 (b), los campos magnéticos entre los arcos se oponen entre sí. Esto da como resultado un campo más débil entre los arcos, lo que hace que los arcos soplen entre sí.

Por lo general, cuando se utilizan dos arcos, se sugiere que uno sea CC y el otro CA, como se muestra en la Figura 3-44 (c) .En este caso, el campo de flujo del arco CA se invierte completamente para cada ciclo, y el el efecto sobre el campo de CC es pequeño. Como resultado, se produce muy poco arco eléctrico.

Otra disposición de uso común son dos arcos de CA. En este caso, la interferencia del golpe de arco se evita en gran medida desplazando la corriente de un arco de 80 a 90 grados desde el otro arco. Una conexión llamada "Scott" logra esto automáticamente. Con el cambio de fase, los campos de corriente y magnéticos de un arco alcanzan un máximo cuando los campos de corriente y magnéticos del otro arco son mínimos o casi mínimos. Como resultado, hay muy poco arco eléctrico.

Cómo reducir el golpe de arco
No todos los golpes de arco son perjudiciales. De hecho, a veces se puede usar una pequeña cantidad de manera beneficiosa para ayudar a formar la forma del cordón, controlar la escoria fundida y controlar la penetración. Cuando el soplo del arco está causando o contribuyendo a defectos tales como socavación, penetración inconsistente, cordones torcidos, cordones de ancho irregular, porosidad, cordones ondulados y salpicaduras excesivas, se debe controlar.

Las posibles medidas correctivas incluyen las siguientes:

• Si se utiliza corriente CC con el proceso de arco metálico blindado, especialmente a velocidades superiores a 250 amperios, un cambio a la corriente CA puede eliminar los problemas.
• Mantenga un arco lo más corto posible para ayudar a que la fuerza del arco contrarreste el golpe del arco
• Mantenga un arco lo más corto posible para ayudar a que la fuerza del arco contrarreste el golpe del arco
• Incline el electrodo con el trabajo opuesto a la dirección del soplo del arco, como se ilustra en la Figura 3-45
• Haga una soldadura por puntos gruesa en ambos extremos de la costura; aplique soldaduras por puntos frecuentes a lo largo de la costura, especialmente si el ajuste no está apretado
• Suelde hacia una tachuela pesada o hacia una soldadura ya hecha
• Use una técnica de soldadura de paso atrás, como se muestra en la Figura 3-46
• Suelde lejos de la conexión de la pieza de trabajo para reducir el retroceso; suelde hacia la conexión de la pieza de trabajo para reducir el golpe hacia adelante
• En los procesos en los que interviene una escoria pesada, puede ser deseable un pequeño golpe hacia atrás; para conseguir esto, suelde hacia la conexión de la pieza de trabajo
• Envuelva el cable de trabajo alrededor de la pieza de trabajo de modo que la corriente que regresa a la fuente de alimentación pase a través de ella en una dirección tal que el campo magnético tenderá a neutralizar el campo magnético causando el soplo del arco

La dirección del golpe del arco se puede observar con un proceso de arco abierto, pero con el proceso de arco sumergido es más difícil de diagnosticar y debe determinarse por el tipo de defecto de soldadura.

El golpe en la espalda se indica mediante lo siguiente:

• Salpicar
• Socavado, ya sea continuo o intermitente
• Cordón estrecho y alto, generalmente con socavación
• Un aumento de la penetración
• Porosidad superficial en el extremo final de las soldaduras en chapa

Forward blow is indicated by:

• Una cuenta ancha, de ancho irregular
• Cuenta ondulada
• Rebajada, generalmente intermitente
• Una disminución de la penetración.

Los efectos de la fijación en el arco eléctrico

Otra precaución que el operador de soldadura debe tener en cuenta con el golpe de arco es su relación con los accesorios. Los accesorios de acero para sujetar las piezas de trabajo pueden tener un efecto sobre el campo magnético alrededor del arco y sobre el soplo del arco y pueden magnetizarse con el tiempo. Por lo general, la fijación no causa ningún problema con la soldadura de electrodo revestido cuando la corriente no excede los 250 amperios. Los dispositivos para uso con corrientes más altas y con soldadura mecanizada deben diseñarse tomando precauciones para que no se incorpore una situación que promueva el arco eléctrico. Cada dispositivo de fijación puede requerir un estudio especial para determinar la mejor manera de evitar que el dispositivo interfiera con los campos magnéticos.

Los siguientes son algunos puntos a tener en cuenta:

• Los accesorios para soldar la costura longitudinal de los cilindros (ver Figura 3-47) deben diseñarse para un espacio libre mínimo de 1 pulgada entre la viga de soporte  y el trabajo. Los dedos o barras de sujeción que sujetan la pieza no deben ser magnéticos. No conecte el cable de la pieza de trabajo a la barra de respaldo de cobre; hacer el conexión de trabajo directamente a la pieza de trabajo si es posible.
• Abricar el accesorio de acero con poco carbono. Esto es para evitar la acumulación de magnetismo permanente en el dispositivo.
• Soldar hacia el extremo cerrado de los accesorios "tipo bocina" reduce el golpe hacia atrás
• Diseñe el accesorio lo suficientemente largo para que las pestañas de los extremos se puedan usar si es necesario
• No use una tira de cobre insertada en una barra de acero como respaldo, como en la Figura 3-48. La parte de acero de la barra de respaldo aumentará el golpe del arco.
• Prevea una sujeción continua o estrecha de las piezas que se van a soldar. Una sujeción amplia e intermitente puede hacer que las uniones se abran entre los puntos de sujeción, lo que da como resultado un soplo de arco sobre los espacios
• No construya en el accesorio grandes masas de acero solo en un lado de la costura. Contrapeso con masa similar en el otro lado

Al comprender la mecánica del soplado de arco y cómo diagnosticarlo correctamente en la soldadura, los operadores deberían poder eliminarlo de sus aplicaciones y poder crear soldaduras sin los problemas normalmente asociados con el soplado de arco.