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MANUAL DE LOS ELECTRODOS, NOS EXPPLICA EL MANEJO Y SELECION DE ELECTRODOS REVESTIDOS EN DIFERENTES PROCESOS
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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DI
3ª EDICIÓN. Septiembre de 201 9 BOGOTÁ D.C. - COLOMBIA
Para los Procesos de Soldeo: SMAW – GTAW – GMAW – FCAW – SAW DERECHOS RESERVADOS
La mayoría de los Electrodos para soldadura por arco eléctrico se clasifican a partir de las propiedades del metal de aporte que fueron clasificadas y estudiadas por un comité asociado a las Normas: ( AWS ) American Welding Society (Sociedad Americana de Soldadura). Como ya se ha expuesto en otros Manuales, las características mecánicas de los aceros dependen en gran medida del tipo de aleación incorporada durante su fabricación. Por tanto, los electrodos de material de aporte empleados para soldadura se deberán seleccionar en función de la composición química del acero que se vaya a soldar. Las diferentes características de operación de entre los electrodos existentes en el mercado son atribuidas al Revestimiento que cubre al alambre del electrodo (Núcleo). Por otro lado, este alambre es generalmente del mismo tipo, acero al carbón, Ej. AISI 1010 que tiene un porcentaje de carbono de 0.08 a 0.12 %C para la serie de electrodos más comunes. Por lo general los Aceros se clasifican de acuerdo con su contenido de carbono, esto es, acero de bajo, mediano y alto contenido en carbono. NORMAS DE APLICACIÓN Las Normas: AWS, ASTM y ASME son las máximas autoridades en el mundo de la soldadura que dictan las Normas de clasificación de los electrodos para soldadura eléctrica que son más reconocidas internacionalmente. En este Manual se van a exponer los distintos criterios existentes para la clasificación de los electrodos, según la composición de los aceros a soldar y del tipo de proceso elegido. ( AWS ), American Welding Society (Sociedad Americana de Soldadura) ( ASTM ) Society for Testing and Materials (Sociedad Americana de Pruebas y Materiales) ( ASME ) American Society Mechanical Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos) ( AISI ) American Iron and Steel Institute (Instituto americano del hierro y el acero) NOMENCLATURA DE LOS ELECTRODOS SEGÚN NORMAS AWS La Norma de Soldadura: American Welding Society (AWS) Designa a los Materiales Consumibles (Electrodos) un Prefijo, Cuatro o más Dígitos y varios Sufijos, los cuales Identifican a los electrodos Metálicos Ferrosos y No Ferrosos como Revestidos o Desnudos, de la siguiente manera, ejemplo: E-7018 A
E - Indica que se trata de un electrodo para soldadura por arco. 70 – Indica la Resistencia Mecánica Mínima a la Tracción en Miles de Libas por Pul Cuadrada (Ksi) 1 – Indica la Posición del Soldeo 8 – Indica la Composición Química del Revestimiento del Electrodo, Tipo de Corriente y Polaridad A – Indica el Tipo de Aleación en el depósito de soldadura (Ver Tabla) 1 – Indica los porcentajes % de Aleantes SEGÚN LAS ESPECIFICACIONES AWS LAS POSICIONES DEL SOLDEO SON: F: Plana; H: Horizontal; V: Vertical; OH: Sobrecabeza.
1 – Todas las Posiciones 2 – Posición Plana y Horizontal 4 – Progresión Descendente
E 6010 Alta celulosa, sodio F, V, OH, H CC (+) E 6011 Alta celulosa, potasio F, V, OH, H CA o CC(+) E 6012 Alto titanio, sodio F, V, OH, H CA, CC (-) E 6013 Alto titanio, potasio F. V, OH, H CA, CC (+) o CC (-) E 6020 Alto óxido de hierro H-Filete CA, CC (-) E 6020 Alto óxido de hierro F CA, CC (+) o CC (-) E 7014 Hierro en polvo, titanio F, V, OH, H CA, CC (+) o CC (-) E 7015 Bajo hidrógeno, sodio F, V, OH, H CC (+) E 7016 Bajo hidrógeno, potasio F, V, OH, H CA o CC (+) E 7018 Bajo hidrógeno, potasio, hierro en polvo F, V, OH, H CA o CC (+) E 7018M Bajo hidrógeno, hierro en polvo F, V, OH, H CC (+) E 7024 Hierro en polvo, titanio H-Filete, F CA, CC (+) o CC (-) E 7027 Alto óxido de hierro, hierro en polvo H-Filete CA, CC (-) E 7027 Alto óxido de hierro, hierro en polvo F CA, CC (+) o CC (-) E 7028 Bajo hidrógeno, potasio H-Filete, F CA o CC (+) E 7028 Hierro en polvo E 7048 Bajo hidrógeno, potasio F, V, OH, H CA ó CC (+) E 7047 Hierro en polvo F, V, OH, HV-Descendente CLASIFICACIÓN AWS
A1 0.5% Mo B1 0.5% Cr, 0.5% Mo B2 1.25% Cr, 0.5% Mo B3 (^) 2.25% Cr, 1.0% Mo B4 2.0% Cr, 0.5% Mo B5 0.5% Cr, 1.0% Mo C1 2.5% Ni C2 3.25% Ni C3 (^) 1.0% Ni, 0.35% Mo, 0.15% Cr D1 y D2 0.25-0.45% Mo, 1.75% Mn G ()* 0.5% mín. Ni, 0.3% mín. Cr, 0.2% mín Mo, 0.1% mín. V, 1.0% mín Mn (*) Solamente se requiere un elemento de esta serie para alcanzar la Clasificación G.
La American Welding Society (AWS), Clasifica y designa los Electrodos bajo las Especificaciones: AWS-A5.1, AWS-A5.2, AWS-A5.3 etc., hasta A5.31. Los Electrodos Son varillas o rollos de alambre Metálicos de composición físico-química similar a la estructura y propiedades del metal base a ser soldado. Sirven no solo de material de aporte o de relleno, sino que deben llenar una serie de requisitos mecánicos, físicos y químicos. LOS ELECTRODOS SE CLASIFICAN EN: ELECTRODOS NO METALICOS Y ELECTRODOS METALICOS ELECTRODOS NO METALICOS Son electrodos o varillas cuya composición básica es a base de Carbón Grafito, y vienen recubiertos por una capa de Cobre para darle una mejor estabilidad de arco y a su vez cuerpo, evitando su fragilidad. ELECTRODOS METALICOS Constan de una varilla metálica cilíndrica, de composición definida (Acero al Carbón, Acero Inoxidable, Níquel, Cromo, Manganeso, Molibdeno, Aluminio, Cobre, etc.) Los Electrodos Metálicos se Clasifican en: ELECTRODOS METALICOS DESNUDOS ELECTRODOS METALICOS REVESTIDOS Son varillas o Alambres Cilíndricos de Metal de composición definida y se clasifican en : ELECTRODOS METALICOS DESNUDOS QUE NO APORAN ELECTRODOS METALICOS DESNUDOS QUE APORTAN ELECTRODOS METALICOS DESNUDOS QUE NO APORTAN Estos son Electrodos Herramienta que se emplean en el Proceso de Soldadura GTAW (Tig) para Soldar con Gas Inerte de Protección. No Aportan material en la Junta a Soldar, su función es la de Transferir el Arco Ionizando los Electrones a través de un Gas Inerte. Se caracterizan por estar constituidos de metales duros tales como: TUNGSTENO PURO (W) ZIRCONIO (Zr) TORIO (Th) CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS ELECTRODOS ELECTRODOS METALICOS DESNUDOS
siguiente manera: AWS A.5.1 y les designa con una letra y cuatro dígitos para su respectiva clasificación así:
En donde el prefijo “E” significa : Electrodo Manual Revestido SIGNIFICADO DE LOS DOS PRIMEROS DÍGITOS: (E-XX) Los dos primeros dígitos seguidos del prefijo “ E” se refiere a la resistencia de la tracción de la Soldadura en miles de libras por pulgada cuadrada del metal depositado. Eje : E-60XX, esto quiere decir que se trata de un Electrodo Manual Revestido que produce un metal depositado del cual cada pulgada cuadrada de soldadura soporta 60.000 mil Libras de Tensión. SIGNIFICADO DEL TERCER DÍGITO: (E – XXX) El tercer digito, que puede ser : 1, 2 o 3, se refiere a las Posiciones a Soldar. Cuando el numero es: “1” Quiere decir que el electrodo opera en todas las Posiciones: (1F, 2F, 3F, 4F ó 1G, 2G, 3G, 5G, 6G.) “2” Opera en posición Plana y Horizontal ( 1F, 2F ó 1G, 2G) “3” Opera en posición Plana ( 1F, 1G.) “4” Opera en posición Vertical Descendente. VD.
El cuarto digito acompañado del tercero indican el tipo de revestimiento, tipo de corriente y polaridad con que trabaja el electrodo. IDENTIFICACIÓN DEL REVESTIMIENTO DE ACUERDO AL CUARTO DIGITO El cuarto digito que la AWS le designa a los Electrodos Revestidos es muy importante en los Electrodos ya que indica el tipo de Revestimiento, en los cuales podemos fácilmente identificar y poder hacer la elección correcta para el tipo de trabajo especificado.
DESIGNACIÓN DE LOS ELECTRODOS POR LA AWS
Existen siete (7) Factores Fundamentales en la selección de Electrodos para soldadura por Arco Eléctrico: 1 - Identificación del metal base. (Clase; Grado; P No.) 2 - Tipo de corriente ya sea AC – DC o de ambas AC/DC 3 - Posición y Progresión de la soldadura. P-H-V-SC (Ascendente y/o Descendente) 4 - Espesor y forma del metal base. (T) (Juntas a Tope con Bisel; Juntas de Filete) 5 - Diseño de la junta. (A Tope, de Filete, de Solape o Traslape, de Esquina, en Te) 6 - Especificaciones o condiciones de servicio requeridas para el trabajo. (Fuera de Posición) 7 - Eficiencia y rapidez requerida en la operación. (Proceso de Soldadura: SMAW, GTAW, GMAW. Una vez escogido el Electrodo de acuerdo a las bases anteriores, es necesario seleccionar la corriente (amperaje) con la cual va a trabajarse según el diámetro del mismo. Si la corriente de operación es directa o continua, debe usarse la polaridad recomendada por el fabricante para ese electrodo con el objeto de obtener mejores resultados. A pesar de que los distintos tipos de electrodos, para las varias aplicaciones poseen diferentes características de operación, hay algunas reglas generales implícitas que se aplican sin excepción a todos los tipos de electrodos revestidos. El Arco, por ejemplo, debe mantenerse siempre lo más corto posible, pero sin permitir que el revestimiento del electrodo toque el charco del metal fundido; el avance del arco debe estar de acuerdo con el diámetro del electrodo usado, pues la forma final y la apariencia del cordón depende en gran parte de la velocidad de avance; un avance lento producirá un cordón redondo y ancho, mientras que un avance rápido producirá un cordón plano y angosto. La oscilación del arco deberá ser generalmente corta, no mayor que cuatro veces el diámetro del electrodo y de solamente 1 a 2 veces el diámetro del mismo para los tipos “bajo hidrógeno”; cuando por fuerza mayor la oscilación debe ser mayor, la velocidad de la misma debe ser lo más baja posible. El objeto de lo anterior, es evitar que en ningún caso el electrodo y el metal que está siendo depositado se salgan de la atmósfera del gas protector generado por el revestimiento. La escoria como función principal limpia de impureza el metal depositado y ayuda a darle al cordón su forma y apariencia externa. Al mismo tiempo y según su punto de solidificación, permite que el metal depositado se sostenga en posición vertical y Sobrecabeza. Consecuentemente es importante no remover la escoria, hasta tanto no se haya enfriado y solidificado completamente.
NO almacene las cajas sobre el piso, hágalo sobre estibas de madera. NO golpee las cajas. NO se pare encima de ellas. NO las exponga a la humedad. Al movilizarlas NO las arroje, deslícelas. NO haga arrumes de más de ocho cajas una sobre otra. NO almacene soldadura cerca del cemento, ácidos u otros contaminantes. Utilice o despache la soldadura de tal manera que salga primero la más antigua en ingresar. Durante el transporte protéjala de la lluvia o cualquier líquido. NO utilice electrodos que han perdido el revestimiento. NO utilice electrodos húmedos, reacondiciónelos de acuerdo con las instrucciones especificadas en el cuadro de condiciones de almacenamiento.
La penúltima cifra nos indica las posiciones de soldadura para las que se recomienda con el Electrodo: E-xx1x: Recomendado para todas las posiciones. E-xx2x: Recomendado para posición horizontal o plana. E-xx3x: Recomendado solo para la posición plana. E-xx4x: Recomendado para vertical descendente, plana y bajo techo. TIPO DE CORRIENTE Y POLARIDAD El último número nos indica esta información: E-xxx0 …. CC-EP = Revestimiento orgánico, Arco fuerte y mucha penetración. E-xxx1 …. CA/CC-EP = Revestimiento Orgánico, Arco fuerte y mucha penetración. E-xxx2 …. CA/CC-EN = Revestimiento Rutilico, Arco Medio y mediana penetración. E-xxx3 …. CA/CC-EN = Revestimiento Rutilico, Arco Suave y poca penetración. E-xxx4 …. CA/CC-EN = Revestimiento Rutilico, Arco Suave y poca penetración. E-xxx5 …. --- CC-EP = Escoria básica, Arco Medio y mediana penetración. E-xxx6 …. CA/CC-EP = Escoria básica, Arco Medio y mediana penetración. E-xxx7 …. CA/CC-EP = Escoria mineral, Arco suave y mediana penetración. E-xxx8 …. CA/CC-EP = Escoria básica, Arco Medio y mediana penetración. TIPO DE REVESTIMIENTO: E-xxx0 …Celulósico, sodio E-xx20 …Óxido de hierro, sodio E-xxx1 …Celulósico, potasio E-xxx2 …Rutilico, Sodio E-xxx3 …Rutilico, Potasio E-xxx4 …Rutilico, Polvo de hierro. E-xxx5 …Básico. Bajo hidrógeno, Sodio
E-xxx8 …Bajo hidrógeno, Polvo de hierro. E-xxx9 …Óxido de hierro, Rutilico, Potasio
carbono, trabajan con la siguiente designación para electrodos revestidos: E XXYZ - 1 HZR Dónde: E , indica que se trata de un electrodo para soldadura eléctrica manual; XX , son dos o tres dígitos si se trata de un número de electrodo de cinco dígitos, que designan la mínima resistencia a la tracción, sin tratamiento térmico post soldadura, del metal depositado, en Ksi (Kilo libras/pulgada^2 , como se indican en los ejemplos siguientes: E 60XX ... 62000 Lbs/pulg^2 mínimo (62 Ksi) E 70XX ... 70000 Lbs/pulg^2 mínimo (70 Ksi) E110XX ... 110000 Lbs/pulg^2 mínimo (110 Ksi) Y = Es el tercer dígito e indica la Posición del Soldeo. Si es 1 (por ejemplo, E60 11 ) significa que el Electrodo es apto para soldar en todas posiciones: Plana, Vertical, Horizontal y Sobre Cabeza. Si es 2 sólo es aplicable para posiciones Planas y Horizontal. Si es 4 (por ejemplo, E 70 4 8) indica que el electrodo es para posición plana, pero especialmente apto para vertical descendente.
ACOMPAÑADO DEL PENULTIMO DIGITO DESIGNA EL TIPO DE REVESTIMIENTO, TIPO DE CORRIENTE Y POLARIDAD POSICIONES DEL SOLDEO RESISTENCIA Mca MINIMA A LA TRACCION Y COMPRESION DEL METAL DEPOSITADO, EN MILES DE LIBRAS POR PULGADA CUADRADA. Ej. 60.000 Lb/ Pulg2 = (Ksi) ELECTRODO
aceros inoxidables. Como los casos anteriores, el sistema de clasificación de estos electrodos también es numérico. Como muestras de clasificación de estos tipos de electrodos son, por ejemplo, E 308- 1 5, o E 310- 16 Antes de entrar en la explicación del sistema, es conveniente resaltar que los aceros inoxidables sean identificados de acuerdo a lo que indica la AISI. Así, por ejemplo, el acero inoxidable AISI 310 corresponde a un acero cuya composición química es del 25% de Cr y el 20% de Ni, entre sus elementos principales. La especificación AWS A5.4, que se refiere a los Electrodos Revestidos para soldadura de aceros inoxidables, trabaja con la siguiente designación para electrodos revestidos: E XXX-YZ DÓNDE: E , indica que se trata de un electrodo para soldadura por arco; XXX , indica la nomenclatura que corresponde a la Clase AISI de acero inoxidable, para el cual está destinado el electrodo. Y , el penúltimo número indica la posición en que puede utilizarse. Así de los ejemplos E 308-15, o E 310-16, el "1" indica que el electrodo es apto para soldar en todas las posiciones.
INDICA QUE ES UN ELECTRODO PARA PENETRACIÓN, SUELDA EN POSICIÓN VERTICAL ASCENDENTE Y SOBRECABEZA BAJO CONTENIDO DE CARBONO TIPO DE ACERO INOXIDABLE ELECTRODO ESPECIFICACIÓN AWS. A5. ELECTRODOS PARA ACEROS INOXIDABLES
Z , el último número de los ejemplos anteriores (5 y 6) señala el tipo de revestimiento, la clase de corriente y la polaridad a utilizarse, en la forma siguiente: 5: Significa que el electrodo tiene un revestimiento alcalino que debe utilizarse únicamente con corriente continua y polaridad inversa (el cable del Porta-Electrodo conectado al polo positivo); Recomendado para Penetración. 6: Significa que el electrodo tiene un revestimiento de titanio, que podrá emplearse con corriente alterna o corriente continua. En caso de utilizarse con corriente continua ésta debe ser con polaridad inversa (el cable Porta-Electrodo conectado al polo positivo). En algunos casos se podrá encontrar que en la denominación del electrodo aparece un índice adicional al final con las letras E, L, C, lo cual significa que el depósito del electrodo tiene un bajo contenido de carbono (E: extra; L: Low-bajo; C: carbono).
Aplica para los electrodos de soldadura para aceros de baja aleación utiliza la misma designación de la AWS A5.1 con excepción de los códigos para designación que aparecen después del guion opcionales. En su lugar, utiliza sufijos que constan de una letra o de una letra y un número (por ejemplo, A1, B1, B2, C1, G, M, etc.), los cuales indican el porcentaje aproximado de aleación en el depósito de soldadura, de acuerdo al siguiente cuadro: AWS PORCENTAJE DE ALEANTES A1 0.5% Mo B1 0.5% Cr, 0.5% Mo B2 1.25% Cr, 0.5% Mo B3 (^) 2.25% Cr, 1.0% Mo B4 2.0% Cr, 0.5% Mo B5 0.5% Cr, 1.0% Mo C1 2.5% Ni C2 3.25% Ni C3 1.0% Ni, 0.35% Mo, 0.15% Cr D1 y D2 0.25-0.45% Mo, 1.75% Mn G ()* (^) 0.5% mín. Ni, 0.3% mín. Cr, 0.2% mín Mo, 0.1% mín. V, 1.0% mín Mn (*) Solamente se requiere un elemento de esta serie para alcanzar la Clasificación G. ESPECIFICACIÓN AWS. A5. ELECTRODOS PARA ACEROS DE BAJA ALEACIÓN
ELECTRODOS DE TUNGSTENO PARA SOLDADURA TIG (GTAW) Y SUS ALEACIONES. La elección de este material como electrodo para la soldadura TIG se debe a que es el metal de mayor punto de fusión 3410°, comparándolo con el hierro 1536°, el cobre 1038° o el aluminio 660°. Durante décadas los fabricantes de Tungstenos han alterado la composición Química de estos Electrodos para obtener mejores resultados al utilizarlos en la soldadura TIG, Aleando el Wolframio (Tungsteno) con los distintos óxidos. Mediante estas aleaciones se obtuvieron mejoras en el encendido del arco, la estabilidad del arco y disminución de la erosión de la punta del Electrodo. Electrodos con adición de tierras raras (mezcla de óxidos). En comparación con los electrodos toriados, este electrodo es menos dañino al medio ambiente y no es radioactivo. Estos electrodos ofrecen excelentes características de ignición y propiedades de Soldadura consistentes. Son de uso universal y apto para cualquier aplicación tanto con CD como CA, para aceros no aleados y aleaciones de acero, aluminio, titanio, níquel, cobre y magnesio. Por sus excelentes propiedades de ignición son también aptos para Soldadura automatizada. Debido a su baja temperatura de trabajo, ofrecen una mayor capacidad de conducción de corriente y una mayor duración que los electrodos toriados. La siguiente tabla describe las diferentes aleaciones, las clasificaciones de la AWS e ISO con sus códigos y colores y la cantidad de óxido en su composición DESIGNACION AWS A5.12 (GTAW) ELECTRODOS DE TUNGSTENO Y SUS ALEACIONES
La diferencia de colores entre las dos normas sumada a la falta de información suele provocar confusión entre los usuarios, en ocasiones quienes utilizan este sistema solo reparan en el color del extremo de la varilla y no en la composición química del material. La siguiente es una descripción de cada uno de estos tipos y sus usos:
Éste es el más comúnmente usado ya que fue el primero que exhibió una mejora significativa respecto al tungsteno puro. Su aplicación es en CA, el óxido de Thorio facilita el encendido del arco y lo hace resistente incluso pasado de amperaje. Aunque es el más usado de los tungstenos en ce en determinadas aplicaciones se está prohibiendo el Thorio por su radioactiva perjudicial para la salud. El Thorio es un material emisor de rayos Alpha lo que lo hace peligroso, el electrodo en si no es peligroso a la manipulación ya que el Thorio se encuentra contenido en la estructura matricial del Tungsteno lo cual minimiza las emisiones radioactivas. El problema surge principalmente al momento de afilarlo e inhalar la limadura generada en este proceso, también en menor medida los humos de soldadura son perjudiciales. Los electrodos con torio durante la soldadura incrementan sus propiedades frente a la temperatura y el rendimiento. Con mayor contenido de torio, la duración y la capacidad de conducción mejoran. La principal área de aplicación para estos electrodos es la soldadura con Corriente Directa de aceros aleados e inoxidables. Hoy no se fabrican y van desapareciendo.
El principal riesgo de exposición es en el afilado del electrodo, por lo que habrá que tener cuidado de usar guantes y lavarse las manos. Respirar torio en el lugar de trabajo puede incrementar las posibilidades de desarrollar enfermedades de cáncer de pulmón, cuando su uso es prolongado es recomendable usar otro tipo de electrodo. La AWS (Sociedad Americana de Soldadura), en su "Specification A5.12 para los electrodos de tungsteno y aleaciones de Tungsteno para la soldadura de arco y Corte" indica: El Thorio es un material de baja radioactividad y presenta riesgos a la exposición externa e interna. Si es factible una alternativa debe ser usada. Durante el afilado de la punta se genera polvo radioactivo, con el consiguiente riesgo de exposición interna. Consecuentemente, es necesario utilizar sistemas de ventilación para controlar este polvo y su fuente de emisión, complementado si es necesario con equipo de protección respiratoria. Otras asociaciones también se expresan sobre este asunto. La TWI (Instituto de Soldadura) versión inglesa de la AWS: El Thorio es ligeramente radioactivo con una larga vida media y emite principalmente partículas Alpha, ocasionalmente emite radiaciones Beta y Gamma. Las partículas Alpha no penetran la piel, sin embargo, son perjudiciales si son ingeridas o dentro de los pulmones, donde actúan como cancerígenos. El óxido de Thorio es por lo tanto un material radioactivo de bajo nivel el cual puede dar lugar tanto a un pequeño riesgo externo como a uno interno por inhalación o ingestión.