¿Qué es la soldadura por arco sumergido (SAW)?

Soldadura por arco sumergido (SAW)

El proceso de soldadura por arco sumergido o comúnmente llamado soldadura SAW es un proceso de soldadura automático y de alta productividad. En comparación con el proceso de soldadura por arco de metal protegido, el fundente para proporcionar protección se coloca en forma granular en la costura sin soldar delante del electrodo de metal desnudo. El electrodo se alimenta continuamente desde una bobina, evitando así las interrupciones inherentes al proceso SMAW para cambiar electrodos. El fundente es bastante eficaz para evitar que la atmósfera contamine el metal de soldadura fundido y no se requiere gas protector externo.

Principios de funcionamiento de SAW

El arco se golpea debajo del fundente entre el electrodo desnudo y la pieza de trabajo, que derrite una pequeña cantidad del fundente. Aunque no es conductor cuando está frío, el fundente se vuelve altamente conductor cuando se funde (alrededor de 1300 ° C) proporcionando una ruta de corriente para sostener el arco entre el electrodo de metal alimentado continuamente y la pieza de trabajo. El calor generado por el arco derrite el extremo del electrodo, el fundente y parte del metal base en la costura de soldadura. El arco transfiere el metal fundido desde la punta del electrodo de fusión a la pieza de trabajo, donde se convierte en el metal depositado. A medida que el fundente fundido se
combina con el metal fundido, ocurren ciertas reacciones químicas que eliminan algunas impurezas y / o ajustan la composición química del metal de soldadura.
Mientras aún está fundido, el fundente, que es más ligero que el metal de soldadura, sube a la superficie del baño de soldadura y lo protege de la oxidación y la contaminación. Al enfriar aún más, el metal de soldadura se solidifica en el borde posterior del baño de soldadura en movimiento, y el cordón de soldadura generalmente tiene una superficie lisa debido a la presencia de escoria similar al vidrio fundido (flujo fundido resultante de todas las reacciones químicas) por encima de él. .
La escoria se congela a continuación y continúa protegiendo el metal de soldadura mientras se enfría. La escoria congelada o solidificada se puede eliminar fácilmente, a veces saliendo espontáneamente de la gota. El exceso de fundente sin fundir se puede recuperar y reutilizar después de un procesamiento adecuado. https://www.youtube.com/embed/KethGpABVzk?feature=oembed

Equipos y tipos de corriente en SAW Welding

La configuración del equipo para la soldadura por arco sumergido de un solo alambre se muestra en la siguiente figura. Además de la fuente de alimentación, un sistema de soldadura por arco sumergido requiere un alimentador de alambre para mantener una alimentación continua del alambre del electrodo a través del soplete. Para la soldadura por arco sumergido de un solo alambre, el electrodo positivo de corriente continua (DCEP) se utiliza para la mayoría de las aplicaciones, ya que proporciona un mejor control de la forma del cordón, facilita el inicio del arco y soldaduras de penetración más profunda con mayor resistencia a la porosidad.

La polaridad negativa del electrodo de corriente continua (DCEN) también se usa ocasionalmente para proporcionar una mayor tasa de deposición. Sin embargo, la penetración se reduce y existe un mayor riesgo de falta de defectos de tipo fusión. Desde un punto de vista práctico, un cambio de DCEP a DCEN puede requerir un aumento de voltaje de aproximadamente 2 a 3 V si se quiere mantener una forma de perla similar.
Se pueden utilizar fuentes de alimentación tanto de voltaje constante como de corriente constante (características de voltaje descendente). Con fuentes de energía de potencial constante, utilizadas junto con alimentadores de alambre de velocidad constante, la longitud del arco se autoajusta a un valor casi constante dependiendo del voltaje, como en GMAW.
Hay fuentes de energía disponibles que pueden entregar hasta 1500 A. Sin embargo, la corriente continua generalmente se mantiene por debajo de 1000 A ya que puede haber un soplo de arco excesivo. La corriente alterna se puede usar para reducir el soplo del arco en aplicaciones de alta corriente y otras situaciones propensas al soplo del arco, por ejemplo, soldadura de múltiples alambres y con espacios estrechos. Las fuentes de energía de corriente alterna suelen ser del tipo de corriente constante con un voltaje de salida de onda casi cuadrada para ayudar en el encendido del arco en cada inversión de polaridad. También se encuentran disponibles fuentes de energía de potencial constante de onda cuadrada que proporcionan voltaje y corriente en forma de onda cuadrada y, por lo tanto, tienen menos dificultad en la reencendido del arco en inversiones de polaridad. La penetración del cordón de soldadura obtenida con corriente alterna se encuentra entre la de DCEP y DCEN.

Ventajas y aplicaciones de la soldadura por arco sumergido

  1. Soldadura de alta calidad con buen acabado.
  2.  alta velocidad de soldadura y tasa de deposición del metal de soldadura.
  3. Soldadura con acabado uniforme y suave sin salpicaduras.
  4. poco o nada de humo.
  5. sin arco eléctrico, por lo que es mínima la necesidad de ropa protectora
  6. alta utilización de alambre de electrodo.
  7. facilidad para la automatización para un factor de operador alto.
  8.  No hay mucha participación de las habilidades de manipulación del soldador / operador.

La mayoría de las aplicaciones de soldadura por arco sumergido son para aceros al carbono y de baja aleación. El proceso también se utiliza para unir acero inoxidable y aleaciones a base de níquel. Sin embargo, los fundentes son de naturaleza patentada y se debe consultar a los fabricantes de fundentes para una selección óptima del fundente.
Debido a la naturaleza mecanizada del proceso, se utiliza con mayor eficacia cuando se van a realizar numerosas soldaduras similares (empalme de placas y paneles en astilleros, formas estructurales fabricadas, soldadura de costuras longitudinales o espirales de tuberías de petróleo y gas natural de gran diámetro y cuando el espesor a soldar es grande (costuras circunferenciales y longitudinales en recipientes a presión de pared gruesa). Otras aplicaciones de la soldadura por arco sumergido incluyen la superposición (superposición de acero inoxidable en
aceros al cromo-molibdeno para aplicaciones de hidrógeno a alta temperatura y alta presión) y reconstrucción y revestimiento duro.

Clasificación de electrodos de soldadura por arco sumergido (SAW)

En AWS A5.17, los cables se dividen en tres grupos de
1. manganeso bajo,
2. medio y
3. alto.

El primer dígito, ‘E’, identifica el consumible como un electrodo de alambre desnudo. Si se complementa con ‘C’, el cable es un electrodo compuesto (con núcleo). La composición del alambre macizo se obtiene a partir de un análisis del alambre. Sin embargo, dado que la composición de un alambre con núcleo puede ser diferente de la de su depósito de soldadura, la composición debe determinarse a partir de un depósito de soldadura de baja dilución elaborado utilizando un fundente específico denominado.

La siguiente letra, ‘L’, ‘M’ o ‘H’ indica un contenido de manganeso bajo (0.6% máx.), Medio (1.4% máx.) O alto (2.2% máx.).
A esto le siguen uno o dos dígitos que dan la composición específica. Una letra opcional ‘K’ indica un acero matado con silicio.
Hay dos o tres dígitos finales opcionales que identifican el hidrógeno difusible en ml / 100g de metal de soldadura, H16, H8, H4 o H2.

Por lo tanto, una designación completa para una combinación de alambre / fundente de acero al carbono podría ser F6P5-EM12K-H8.
Esto lo identifica como un cable sólido con un 0,12% de carbono nominal, 1% de manganeso y 0,1 a 0,35% de silicio capaz de lograr una resistencia a la tracción máxima de 60 kpi (415 MPa), resistencia al impacto Charpy-V de 27J a -50 ° F (-46 ° C) en la condición de tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Soldadura de arco sumergido. Composiciones de metal de relleno / fundente SAW. F7A2-EM12K. F indica flujo ksi UTS, límite elástico mínimo de 58 ksi, alargamiento del 22%. A – como soldado; P – tratado térmicamente después de la soldadura. 2 – propiedades de impacto mínimo de 20 20 ° F. E indica electrodo (EC – electrodo compuesto) M – manganeso medio según las especificaciones de AWS% de contenido de carbono nominal en el electrodo. K – producido a partir de un calor de acero matado con aluminio. Para SAW, The American Welding Society especifica tanto el fundente como el metal de aporte en una sola especificación. La parte F de la especificación se relaciona con el flujo y la parte E con el electrodo. Tenga en cuenta que se especifica una A o una P para indicar si la resistencia se obtiene como soldado o después de un tratamiento térmico posterior a la soldadura. Una especificación típica para una combinación de metal de relleno y fundente se describe arriba.Es importante especificar los niveles de contenido de manganeso y carbono para la dureza y las resistencias que se requieren y para la resistencia del material al agrietamiento en frío.

Otro ejemplo  F43A2-EM12K es una designación completa para una combinación de electrodo de flujo. Se refiere a un fundente que producirá metal de soldadura que, en la condición de soldado, tendrá una resistencia a la tracción de 430 a 560 MPa y una
resistencia al impacto Charpy con muesca en V de al menos 27 J a -20 ° C cuando se produzca con un Electrodo EM12K bajo las condiciones requeridas en esta especificación. La ausencia de una “S” en la segunda posición indica que el fundente que se clasifica es un fundente virgen.
F48P6-ECIes una designación completa para una combinación de electrodo compuesto de fundente cuando también se indica el nombre comercial del electrodo utilizado en la clasificación. Se refiere a un fundente virgen que producirá metal de soldadura con ese electrodo que, en la condición de tratamiento térmico posterior a la soldadura, tendrá una resistencia a la tracción de 480 a 660 MPa y una energía de muesca en V Charpy de al menos 27 J a -60 ° C bajo las condiciones exigidas en esta especificación.

Variantes de soldadura por arco sumergido (SAW)

Una de las grandes ventajas del proceso de soldadura por arco sumergido es la capacidad de utilizar múltiples electrodos alimentados en el mismo baño de soldadura, lo que aumenta considerablemente la tasa de deposición. Algunas configuraciones para la soldadura por arco sumergido de múltiples alambres son:

1. Soldadura de electrodo en paralelo: también llamada soldadura de hilo doble, dos hilos de electrodo se conectan en paralelo a la misma fuente de alimentación. Ambos electrodos se alimentan mediante un solo alimentador de alambre y a través del mismo cabezal de soldadura. La corriente de soldadura es la suma de las corrientes de cada electrodo y se obtiene un solo baño de soldadura de penetración profunda.

2. Soldadura de arco múltiple (Sierra en tándem) : también llamada soldadura en tándem, dos (o más) electrodos pueden conectarse a fuentes de alimentación individuales y alimentarse mediante rodillos impulsores separados a través de puntas de contacto separadas. En tales casos, el electrodo de plomo se conecta a una fuente de alimentación de CC y el electrodo de arrastre a una fuente de CA para reducir la interacción entre los campos magnéticos de los dos arcos. Es importante asegurarse de que el espacio entre los arcos no sea demasiado grande. El arco posterior generalmente se coloca lo suficientemente cerca del arco principal para que la capa de escoria no se solidifique entre depósitos. La corriente total en la soldadura de múltiples alambres puede ser tan alta como 2000 A, aunque en la mayoría de las aplicaciones no supera los 1200 A.

3. Soldadura por arco en serie: Dos electrodos, alimentados a través de tubos guía separados, están conectados en serie. Es necesario utilizar juegos separados de rodillos impulsores y puntas de contacto, aislados entre sí. El camino de la corriente es de un electrodo a otro, a través del baño de soldadura. El cordón de soldadura tiene una penetración relativamente poco profunda, lo que hace que esta disposición sea útil para la soldadura por superposición.

Factores de la tasa de dilución en la soldadura SAW

En SAW, la configuración de la junta es el factor principal que afecta la tasa de dilución junto con la corriente de soldadura. En general, la siguiente figura muestra los efectos del tipo de junta de soldadura de la dilución de la soldadura.

tipos de fundente en soldadura SAW

Los fundentes para soldadura por arco sumergido se pueden clasificar por método de fabricación o efectos sobre la composición del metal de soldadura. Hay dos tipos de flujos: 

1. fundente fundido y 

2. fundente adherido.

3. Flujo activo

4. Flujo neutro 

La fabricación de fundentes fundidos implica la fusión de varios ingredientes para proporcionar una mezcla homogénea, que luego se deja solidificar vertiéndola en un bloque de enfriamiento grande. Las partículas solidificadas, similares al vidrio, se trituran, se tamizan para determinar el tamaño y luego se empaquetan para su uso. Las principales ventajas de los fundentes fundidos son su uniformidad química (independientemente del tamaño de partícula del fundente), resistencia a la absorción de humedad y
fácil reciclaje sin cambios en el tamaño o composición de las partículas. La desventaja de los fundentes fundidos es que es difícil añadir desoxidantes y ferroaleaciones porque estos compuestos tienden a oxidarse durante el proceso de fusión.

En comparación, los fundentes aglutinados se fabrican triturando finamente los componentes individuales del fundente, mezclándolos en proporciones apropiadas y luego añadiendo un aglutinante, típicamente silicato de potasio y / o sodio. A continuación, la mezcla húmeda se hornea a una temperatura relativamente baja y se muele al tamaño adecuado para su envasado. La principal ventaja de los fundentes adheridos es que es más fácil agregar desoxidantes y ferroaleaciones.

En el lado negativo, tales flujos son propensos a absorber humedad y a cambios locales en la composición debido a la segregación o eliminación de partículas de malla fina. 

Los fundentes que influyen significativamente en la composición del metal de soldadura a través de reacciones escoria / metal se denominan fundentes activos. Normalmente, estos fundentes añaden manganeso, silicio y cromo al metal de soldadura.

El alcance de esta adición aumenta con el voltaje del arco, ya que un voltaje de arco más alto conduce a un mayor consumo de flujo. Pueden usarse fundentes muy activos para depositar soldaduras de una o dos pasadas solamente, ya que el aumento en el contenido de Si y Mn de pasadas posteriores puede ser lo suficientemente grande como para perjudicar la ductilidad del metal de soldadura y también hacerlo más propenso al agrietamiento por hidrógeno.

Los flujos neutros también participan en las reacciones escoria-metal, pero los cambios en el silicio y el manganeso son más pequeños y no dependen del voltaje del arco. Hay poca acumulación de elementos y, por lo tanto, tales fundentes son adecuados para soldaduras multipaso.   

Clasificación de fundente químicamente básico, neutro o ácido

Los fundentes también se denominan químicamente básicos, neutros o ácidos. Los fundentes químicamente básicos tienen óxido de calcio (CaO) y óxido de magnesio (MgO) como ingredientes principales. Los fundentes químicamente ácidos tienen óxido de silicio (SiO2) como ingrediente principal. 

Cuando la relación de óxidos básicos a óxidos ácidos presentes es mayor que 1, el fundente es químicamente básico y 

cuando es menor que 1, es químicamente ácido. Las proporciones cercanas a 1 implican un flujo químicamente neutro. Los fundentes básicos transfieren cantidades más pequeñas de Si, Mn y oxígeno al metal de soldadura y, por lo tanto, se prefieren para aplicaciones críticas.