Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW)

¿Qué es la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW)?

La designación TIG proviene de los EE. UU. Y es una abreviatura de Tungsten Inert Gas. El tungsteno, también llamado wolframio, es un metal con un punto de fusión de más de 3300 grados C, lo que significa más del doble del punto de fusión de los metales que normalmente se sueldan.

El gas inerte es lo mismo que el gas inactivo, lo que significa un tipo de gas que no se combina con otros elementos. En Alemania, este método se llama soldadura WIG, la W significa wolframio.

La soldadura TIG es la designación estandarizada internacional para este método de soldadura. Según DS / EN 24063, este proceso de soldadura tiene el número 141.

La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) también se conoce como soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG). Es un proceso de soldadura manual. En este proceso, se utiliza un electrodo de tungsteno no consumible para generar calor. Un metal de aportación suministrado externamente se agrega manualmente. Como sugiere el nombre, para el blindaje de gas se utilizan gases de protección como el argón y el helio o una mezcla de estos gases inertes. Estos gases protegen el baño de soldadura que solidifica de la contaminación atmosférica para evitar la oxidación y la porosidad de la soldadura.

Para conocer y aprender más sobre la soldadura TIG, vea nuestro video de capacitación detallado en el aula en YouTube. https://www.youtube.com/embed/-M1pGMO-Zyw?feature=oembed

Principio del proceso de soldadura TIG

La soldadura TIG es uno de los procesos de soldadura más importantes en los procesos de soldadura por fusión. Este proceso es muy versátil y lo hace adecuado para soldar tanto láminas delgadas como secciones gruesas, especialmente el recorrido de raíz en la soldadura de tuberías. La soldadura se puede realizar en todas las posiciones aunque con un bajo índice de productividad.

El proceso TIG utiliza el calor generado por un arco eléctrico entre los metales base que se unirán y un electrodo de tungsteno no consumible como se muestra en la figura 1. El área del arco está envuelta en un escudo de gas inerte para proteger el baño de soldadura y el electrodo de tungsteno. El soldador aplica manualmente el metal de aportación en forma de varilla en el baño de soldadura. La soldadura TIG es especialmente adecuada para soldar chapas / materiales delgados con espesores de hasta aproximadamente 10 mm.

soldadura por arco de tungsteno y gas

Configuración del equipo de soldadura TIG

El proceso de soldadura trabaja con características de corriente constante (CC) o características de caída. La pieza de trabajo está conectada al terminal positivo y el soplete al terminal negativo. El interruptor de encendido / apagado está ubicado en la antorcha de soldadura. El proceso en manual en funcionamiento. La antorcha TIG se mueve manualmente y al mismo tiempo se agrega manualmente la varilla de relleno con la otra mano al charco de soldadura.

Configuración del equipo

                                                                                      Figura 2 Configuración del equipo

  1. Cable macizo (AWS A 5.18 para electrodos de acero al carbono)
  2. Alambre con núcleo de metal (AWS A 5.36 para electrodos de acero al carbono y acero de baja aleación)

Se utilizan diferentes tamaños de alambres de relleno que van desde 0,8 mm a 2,4 mm en las industrias de acuerdo con los requisitos. Un diámetro más alto ofrece más deposición, aunque es menos adecuado para soldar láminas de metal delgadas.

Los equipos necesarios para la configuración de GTAW son los que se muestran en la figura 2:

  • Fuente de alimentación
  • Pistola de soldar
  • Gas protector
  • Cables / conductores de soldadura y mangueras de gas

La Figura 3 muestra los diferentes tipos de antorchas de soldadura TIG.

La antorcha de soldadura GTAW tiene dos variantes:

  • Antorcha de soldadura refrigerada por aire
  • Antorcha de soldadura refrigerada por agua.

Se utiliza un soplete de soldadura refrigerado por aire para las actividades de soldadura de servicio normal. La soldadura que requiere un ciclo de trabajo alto y una corriente de soldadura alta normalmente utiliza soplete refrigerado por agua. Las antorchas refrigeradas por aire debido a su construcción simple son más baratas que las antorchas refrigeradas por agua. También son fáciles de reparar en comparación con los últimos.

Figura 3 Antorchas de soldadura TIG

En la figura 4 se muestra una construcción de antorcha de soldadura TIG.

Configuración del equipo

Fuente de energía para soldadura TIG

La soldadura TIG se lleva a cabo con una fuente de alimentación de corriente constante inclinada, ya sea CC o CA. Una fuente de alimentación de corriente constante es importante para evitar corrientes excesivamente altas en el electrodo cuando se cortocircuita en la superficie de la pieza de trabajo. Esto puede suceder intencionalmente durante el inicio del arco o debido a un descuido durante la soldadura. Al igual que en la soldadura MIG-MAG, se utiliza una fuente de alimentación de voltaje constante, cualquier contacto con la superficie de la pieza de trabajo dañará la punta del electrodo o le dará inclusión de tungsteno a la superficie de la pieza de trabajo. Pero en los tipos de CC, debido a que el calor del arco se distribuye aproximadamente un tercio en el cátodo (negativo) que es el electrodo de tungsteno en la soldadura TIG y dos tercios en el ánodo (positivo), es decir, la pieza de trabajo evita el sobrecalentamiento y la fusión del electrodo de tungsteno. AC tiene la ventaja en la soldadura TIG ya que cuando el cátodo está en la pieza de trabajo,la superficie se limpia de contaminación por óxido. Por esta razón, la CA se utiliza para soldar materiales con una película de óxido de superficie firme, como la soldadura de aluminio.

Método de inicio del arco en TIG

Hay tres métodos para iniciar el arco en la soldadura TIG, como se indica a continuación:

  1. Método scratch
  2. Arranque de arco de alta frecuencia
  3. Metodo de contacto

Los tres métodos se muestran en la figura 5 a continuación.

Antorchas de soldadura TIG

Gases protegidos para soldadura TIG

Los gases de protección en la soldadura TIG se seleccionan de acuerdo con el material a soldar. Los gases más utilizados son:

  • Argón: es el gas protector más utilizado en TIG. El argón se puede utilizar para soldar una amplia gama de materiales como acero al carbono, acero de baja aleación, acero inoxidable, aleaciones de níquel, aluminio y titanio, etc.
  • Argón + 2 a 5% H2: al agregar el hidrógeno al argón, el gas protector se reduce ligeramente, lo que produce soldaduras de aspecto limpio sin oxidación de la superficie. La mezcla de hidrógeno produce un arco más caliente y más estrecho, lo que permite velocidades de soldadura más altas. El hidrógeno trae efectos adversos como el riesgo de agrietamiento por hidrógeno en los aceros al carbono si el nivel de hidrógeno excede los límites y la porosidad del metal de soldadura en el aluminio.
  • Helio y mezclas de helio / argón: agregar helio al argón aumenta la temperatura del arco de soldadura. Esto admite velocidades de soldadura más altas y una penetración de soldadura amplia y profunda en comparación con el argón solo. Las desventajas de usar helio o una mezcla de helio / argón son el alto costo del gas y la dificultad para iniciar el arco ya que la tasa de ionización del arco de helio es baja.

Ventajas de GTAW (soldadura TIG)

  1. TIG se puede utilizar para unir casi todos los metales, con una calidad de soldadura superior, generalmente libre de defectos.
  2. Libre de salpicaduras que se producen con otros procesos de soldadura por arco.
  3. Puede usarse con o sin metal de aporte según sea necesario para la aplicación específica.
  4. Proporciona un excelente control de la penetración de la soldadura de paso de raíz.
  5. El mejor proceso de soldadura para soldar el recorrido de la raíz de la tubería y el paso en caliente.
  6. Puede utilizarse para producir soldaduras autógenas (de fusión) económicas con buena penetración.
  7. Proporciona un control independiente sobre la entrada de calor y las adiciones de metal de aporte.
  8. Este proceso se puede automatizar fácilmente para la soldadura robótica y para máquinas de propósito especial (SPM).

Limitaciones de GTAW (soldadura TIG)

  1. Las velocidades de desplazamiento y las tasas de deposición son relativamente bajas, lo que aumenta el costo de soldadura.
  2. Se requiere un alto grado de habilidad del operador para producir soldaduras de calidad.
  3. El proceso no se automatiza fácilmente.

Parámetros de soldadura TIG para aluminio

Espesor del material (pulg, mm)PosiciónPases requeridosVelocidad de desplazamiento (ipm)CA (amperios)Diámetro de la copa (pulg, mm)Tamaño de la copaFlujo de gas (cfh)Volumen de gas por 100 pies de soldadura (pies cúbicos)Diámetro de tungsteno (pulg, mm)Diámetro de la varilla de relleno (pulg, mm)Libras depositadas por 100 pies (lb)
1/16 (1,5)Plano18751/2 (12)820501/16 (1,6)0,030 (0,8)1/2
1/16 (1,5)H & V18753/8 (10)620501/16 (1,6)0,030 (0,8)1/2
1/16 (1,5)OH18703/8 (10)625621/16 (1,6)0,030 (0,8)1/2
1/8 (3,2)Plano1101401/2 (12)820401/8 (3,2)1/8 (3,2)2
1/8 (3,2)H & V181203/8 (10)620503/32 (2,4)1/8 (3,2)2
1/8 (3,2)OH181403/8 (10)625623/32 (2,4)1/8 (3,2)2
3/16 (5)Plano182103/4 (19)1225625/32 (4)5/32 (4)4.5
3/16 (5)H & V181801/2 (12)825621/8 (3,2)5/32 (4)4.5
3/16 (5)OH181701/2 (12)830755/32 (4)5/32 (4)4.5
1/4 (6)Plano182503/4 (19)1230753/16 (5)3/16 (5)7
1/4 (6)H & V182403/4 (19)1230753/16 (5)3/16 (5)7
1/4 (6)OH181403/4 (19)1235873/16 (5)3/16 (5)7

Parámetros de soldadura TIG para acero inoxidable

Espesor del material (pulg, mm)PosiciónPases requeridosVelocidad de desplazamiento (ipm)DCEN (amperios)Diámetro de la copa (pulg, mm)Tamaño de la copaFlujo de gas (cfh)Diámetro de tungsteno (pulg, mm)Diámetro de la varilla de relleno (pulg, mm)
0,018 (0,5)Plano114205/16 (2)5100.040 (1)0,035 (0,8)
0,030 (0,8)Plano110303/8 (10)6101/16 (1,6)0,045 (1,2)
0,062 (1,6)Plano18603/8 8 (10)6101/16 (1,6)0,045 (1,2)
0,093 (2,4)Plano18703/8 8 (10)6151/16 (1,6)1/16 (1,6)
0,125 (3)Plano181303/88 (10)6153/32 (2,4)1/16 (1,6)
0,250 (6)Plano382401/2 (12,5)8151/8 (3,2)3/32 (2,4)

Aplicaciones de la soldadura TIG

La soldadura TIG se utiliza en todas las industrias, pero es especialmente adecuada para soldaduras de alta calidad. En soldadura manual, es ideal para material de hoja delgada o penetración controlada (en el recorrido de raíz de soldaduras de tubería). Debido a que la tasa de deposición puede ser bastante baja (usando una varilla de relleno separada), MMA o MIG pueden ser preferibles para material más grueso y para pasadas de relleno en soldaduras de tubería de pared gruesa.

La soldadura TIG también se aplica ampliamente en sistemas mecanizados ya sea de forma autógena o con alambre de relleno. Los sistemas no requieren habilidad de manipulación, pero el operador debe estar bien capacitado. Debido a que el soldador tiene menos control sobre el comportamiento del arco y del baño de soldadura, se debe prestar especial atención a la preparación de los bordes (maquinados en lugar de preparados a mano), el ajuste de las juntas y el control de los parámetros de soldadura.