PROCESO DE SOLDADURA TIG

 Descripción y denominaciones

El procedimiento de soldeo por arco bajo gas protector con electrodo no consumible, también llamado TIG (Tungsten Inert Gas), utiliza como fuente de energía el arco eléctrico que se establece entre un electrodo no consumible y la pieza a soldar, mientras un gas inerte protege el baño de fusión. El material de aportación, cuando se utiliza, se aplica por medio de varilla como en el soldeo oxiacetilénico. La figura muestra esquemáticamente los principios del proceso TIG.

El proceso de soldeo TIG también recibe las denominaciones de:

• GTAW, Gas Tungsten Arc Welding (ANSI/AWS A3.0)
• 141, Soldeo por arco con electrodo de volframio y gas inerte (UNE-EN 24063)
• Soldeo por arco con electrodo de wolframio (UNE 14100)
• Gas-Shielded Tungsten-Arc Welding (Reino Unido)

Ventajas y limitaciones

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 placas en 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 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 Proceso 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 10mm.
• En presencia de corrientes de aire puede resultar difícil conseguir una protección adecuada en 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 del tipo 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

• Arco con corriente continua

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

• Arco con corriente alterna

La corriente alterna auna, aunque reducidas, las ventajas de las dos polaridades: 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.

 Equipo de soldeo

El equipo básico para el soldeo TIG consisten en una fuente de energía o de alimentación, un portaelectrodos, electrodo, cables de soldeo, botellas de gas inerte y mangueras para la conducción del gas.

• Fuente de energía:

La fuente de energía para el soldeo TIG debe presentar una característica descendente (de intensidad constante), para que la corriente de soldeo se vea poco afectada por las variaciones en la longitud del arco.

La fuente de energía debe tener un rango de variación continua de intensidad y una intensidad mínima baja (5-8 A). Lo último es importante para la función “disminución progresiva de intensidad o control de pendiente”. Además la fuente de energía debe ser capaz de suministrar una intensidad tan alta como sea requerida por los espesores y el material que se va a soldar. Se da a continuación una indicación de las intensidades requeridas por milímetros de espesor de chapa para diferentes materiales.

Acero baja aleación Aluminio Cobre Acero inoxidable

30-40 A 45-50 A 75-80 A 30-40

•  Portaelectrodo: 

Tienen la misión de conducir la corriente y el gas de protección hasta la zona de soldeo. Pueden ser de refrigeración natural 8por aire) o de refrigeración forzada (mediante circulación de agua). Los primeros se emplean en el soldeo de espesores finos, que no requieren grandes intensidades, y los de refrigeración forzada se recomiendan para trabajos que exijan intensidades superiores a los 150-200 amperios. En estos caso la circulación de agua por el interior del portaelectrodos evita el sobrecalentamiento del mismo. A partir de 300 amperios en régimen discontinuo es necesario que también la boquilla esté refrigerada por agua.

El electrodo de volframio que transporta la corriente hasta la zona de soleo se sujeta rígidamente mediante un pinza alojada en el cuerpo del portaelectrodos. Cada protaelectrodos dispone de un juego de pinzas, de distintos tamaños, que permiten la sujeción de electrodos de diferentes diámetros.

El gas de protección llega hasta la zona de soldeo a través de una tobera de material cerámico, sujeta en la cabeza del portaelectrodos. La tobera tiene la misión de dirigir y distribuir el gas protector sobre la zona e soldeo. A fin de acomodarse a distintas exigencias de consumo, cada portaelectroso va equipado con un juego de tobera se diferentes diámetros.

Hay que tener en cuenta que el electrodo de volframio debe estar perfectamente centrado dentro de la tobera para que el chorro de gas inerte proteja bien el baño de fusión y, también, en caso de tobera de cobre, no se produzca el arco doble, esto es, que el arco salte primero entre el electrodo y la tobera y después continúe entre ésta y el metal base.

• Electrodos no consumibles

 La misión del electrodo en este proceso es únicamente la de mantener el arco sin aportar material al baño de fusión. Por este motivo y para evitar su desgaste, es muy importante que posea una alta temperatura de fusión. Esta es la razón por la que, cuando se emplea c.c., el electrodo se suele conectar al polo negativo, pues el calor generado en el extremo es inferior y permanece más frío que si conectase al polo positivo.

En general, se emplean tres tipos diferentes de electrodos, que se clasifican en función de su composición en:

a)  Volframio puro.

b) Volframio aleado con torio.

c) Volframio aleado con circonio

Al principios los electrodos fueron de volframio puro, pero posteriormente se pudo comprobar que al añadir a este metal óxidos de torio o de circonio aumenta la emisividad, incrementándose el flujo de electrones, favoreciéndose el encendido y reencendio del arco y, como consecuencia, su estabilidad.

Metales de aportación

• Varillas: 

El metal de aportación en el soldeo TIG no es siempre necesario cuando se sueldan piezas delgadas (de menos de 3mm de espesor) utilizando una preparación de bordes recta o con bordes levantados. Cuando es necesario emplear material de aportación, éste puede alimentarse manual o automáticamente.

Con la finalizada de obtener uniones sin defectos, es muy importante que el metal de aportación se mantenga libre de contaminaciones ya sea en forma de humedad, polvo o suciedad. Debe por tanto mantener en su paquete hasta el momento de ser utilizado. Durante el soldeo es importante que la parte caliente de la varilla esté siempre lo suficientemente cerca del baño de fusión como para que lo cubra el gas de protección.

Puesto que el TIG es un proceso que no produce escorias y que se realiza en una atmósfera inerte que no provoca reacciones en el baño, el material de aportación, cuando ose utilice, deberá tener básicamente una composición química similar a la del material de base.

Normalmente, se presentan en forma de varillas de distintos diámetros; 1,1; 1,6; 2; 2,4; 3,2; 4 y 4,8 mm, con una longitud de 900 mm.

•  Insertos consumibles:

Los insertos consumibles se utilizan para las pasadas de raíz realizadas desde un solo lado, donde se requiera alta calidad de la soldadura con el mínimo de reparaciones, así como cuando el soldeo se deba realizar en zonas de difícil accesibilidad. Son muy empleados en tubería para asegurar la penetración, aunque también se emplean en depósitos a presión y en estructuras.

El diseño de la unión deberá ser compatible con la forma del inserto para conseguir soldaduras de alta calidad.

En la figura A se indican las formas de los insertos consumibles más comunes y su disposición.

Los insertos del tipo K ó G se disponen de forma excéntrica para el soldeo en posición 5G (ASME) o PF (EN), eje de la tubería en posición horizontal sin girar, para compensar la tendencia del metal de soldadura a descolgarse, cuando se suelda en vertical ascendente.

Gases de protección

Para el soldeo TIG se utilizarán los siguientes gases:

·       Helio

·       Argón

·       Argón + Helio

·       Argón + Hidrógeno

·       Argón + hidrógeno + Helio

En este proceso de soldeo se suele emplear métodos de protección de la raíz.

Normalmente se suelen utilizar de 7 a 16 L/min para el argón y de 14 a 24 L/min para el helio. El empleo excesivo de gas de protección produce turbulencias y favorece la entrada de aire de la atmósfera contaminando la soldadura. La presión de trabajo adecuada debe ser de 2 a 3 bar que es lo mismo que 2 a 3 Kg/cm².