El proceso de soldadura por arco metálico manual (MMA) se desarrolló por primera vez en Rusia en 1888 y consistía en una varilla de soldadura de metal desnudo. A principios del siglo XX se introdujo el electrodo revestido cuando se inventó el proceso Kjellberg en Suecia. En el Reino Unido se introdujo el método Quasi arc. El uso del electrodo revestido fue lento debido a los elevados costes de producción, pero la demanda de soldaduras de mayor integridad hizo que el proceso se utilizara cada vez más.

El material se une cuando se crea un arco entre el electrodo y la pieza de trabajo que funde la pieza y el electrodo para formar un baño de soldadura. Al mismo tiempo, el electrodo tiene un revestimiento exterior, a veces denominado fundente de electrodo, que también se funde y crea un escudo sobre el baño de soldadura para evitar la contaminación del baño fundido y ayudar a establecer el arco.

El fundente se enfría y forma una escoria dura sobre el cordón de soldadura, que debe retirarse del cordón una vez terminado o antes de añadir otro cordón. Debido a la longitud del electrodo, el proceso sólo permite producir longitudes cortas de soldadura antes de tener que insertar un nuevo electrodo en el portaelectrodos.
en el soporte. La calidad del depósito de soldadura depende en gran medida de la habilidad del soldador.
La fuente de potencia proporciona una salida de corriente constante (CC) y puede ser de CA (corriente alterna) o de CC (corriente continua).

El diseño del inversor de soldadura MMA es tal que el operario alargando la longitud del arco reducirá la corriente de soldadura y acortando la longitud del arco (reduciendo el voltaje del arco) hará lo contrario, es decir, aumentará la corriente. A modo de guía, el voltaje controla la altura y la anchura del cordón de soldadura, mientras que la corriente controla la penetración, por lo que el soldador manipula el electrodo para conseguir una soldadura satisfactoria.

La potencia utilizada en el circuito de soldadura viene determinada por la tensión y la corriente del arco.
La tensión (V) viene determinada por el diámetro del electrodo y la distancia entre el electrodo y la pieza. La corriente dentro del circuito depende del diámetro del electrodo, el grosor de los materiales a soldar y la posición de la soldadura. La mayor parte de la información sobre electrodos muestra los tipos de corriente que deben utilizarse y el intervalo de corriente óptimo.

Los generadores de soldadura MMA que pueden soldar en TIG suelen denominarse generadores con característica de caída. Suelen ser de tipo selector básico, control de amplificador magnético o unidades accionadas por motor con un diseño robusto, ya que a menudo se requiere que trabajen en condiciones extremas.
La característica de la forma de salida dio origen al término “drooper”.

Sin embargo, las fuentes de potencia inversoras de soldadura modernas pueden superar estos problemas y ofrecer unas características y un rendimiento excelentes, ya que la curva puede controlarse electrónicamente para cada proceso.

Los pequeños grupos de CA relativamente baratos se utilizan generalmente en el bricolaje o en pequeñas funciones de mantenimiento y algunos grupos de CA más grandes, a menudo refrigerados por aceite, pueden utilizarse en la industria pesada, pero los grupos de salida de CC son ahora los más comunes en uso.

La fabricación de electrodos significa que no todos los electrodos de CC pueden funcionar con fuentes de alimentación de CA, pero los electrodos de CA pueden funcionar tanto con CA como con CC. La corriente continua (CC) es el modo más utilizado. El control de las unidades de CA tiende a ser con núcleo de hierro móvil o transformadores conmutados.

Las fuentes de potencia de salida de CC pueden utilizarse en muchos tipos de material y pueden obtenerse en amplios rangos de corriente.Los controles de estas unidades varían desde el control de núcleo de hierro móvil hasta los últimos diseños de inversor.El diseño del inversor ha aportado muchas ventajas como son:

• Muy ligeros y portátiles en comparación con sus predecesores- Suministro de energía muy eficiente y ahorro de costes energéticos.- Son capaces de proporcionar salidas más altas con entradas más bajas.
• Altos niveles de control y rendimientoEn general, es preferible soldar en posición plana u horizontal. Cuando se requiere soldar en posición, como vertical o por encima de la cabeza, es útil reducir la corriente de soldadura en comparación con la posición horizontal. Para obtener los mejores resultados en todas las posiciones es necesario mantener un arco corto, un movimiento y una velocidad de desplazamiento uniformes, además de una alimentación constante del electrodo.

¿En qué consiste el sistema MMA (electrodo)?

La fuente de potencia del inversor de soldadura

La fuente de potencia del inversor de soldadura seleccionada debe tener potencia suficiente para fundir el electrodo y el material de soldadura con capacidad suficiente para mantener la tensión del arco.

El proceso de soldadura MMA (electrodo) suele requerir una corriente elevada (50-350 amperios) a una tensión relativamente baja (10-50 voltios). Los electrodos de soldadura MMA están diseñados para funcionar con diferentes tipos de potencia de salida y voltaje, por lo que siempre debe leer los datos del fabricante.

Todos los electrodos de soldadura pueden utilizarse con corriente continua (CC), pero no todos con corriente alterna (CA). Algunos electrodos de CA también tienen ciertos requisitos de voltaje. Cuando se utiliza en el modo CC, el cable del electrodo debe conectarse a la polaridad recomendada por el fabricante del electrodo, en la mayoría de los casos será la polaridad positiva del electrodo, pero hay electrodos que utilizan la polaridad negativa del electrodo. La fuente de potencia funciona con una tensión “sin carga” o “circuito abierto” cuando no se produce ningún arco de soldadura. Este valor de tensión en vacío se define en la norma EN 60974-12012 (EN 60974) en función del entorno de soldadura o del riesgo de descarga eléctrica.

El portaelectrodos y los cables de soldadura

El portaelectrodo y los cables de soldadura

El portaelectrodos sujeta el extremo del electrodo con pinzas conductoras integradas en su cabezal. Estas abrazaderas funcionan mediante una acción de giro o de resorte (tipo cocodrilo).

El mecanismo de sujeción permite soltar rápidamente el extremo del electrodo que queda sin utilizar.Para garantizar la máxima eficacia de la soldadura, el electrodo debe estar firmemente sujeto en el portaelectrodos; de lo contrario, un contacto eléctrico deficiente puede provocar la inestabilidad del arco debido a las fluctuaciones de tensión y el sobrecalentamiento del portaelectrodos.

El cable de soldadura se conecta al portaelectrodo mecánicamente, crimpado o soldado.

Los portaelectrodos deben ser conformes a la norma IEC 60974-11.Cable de soldadura

El diámetro del cable de soldadura suele seleccionarse en función del nivel de corriente de soldadura. Cuanto mayor sea la corriente y el ciclo de trabajo
mayor será el diámetro del cable para garantizar que no se sobrecaliente (véase la norma correspondiente). Si la soldadura se realiza a cierta distancia de la fuente de corriente, puede ser necesario aumentar el diámetro del cable para reducir la caída de tensión.

El electrodo de soldadura

El electrodo de soldadura consta de un núcleo del tipo de material, es decir, acero o acero inoxidable, etc., que proporciona el metal de aportación de la soldadura. Está recubierto por una capa exterior denominada fundente, que ayuda a crear el arco y lo protege de la contaminación con lo que se denomina escoria.

Tipos de fundentes/electrodosLa estabilidad del arco, la profundidad de penetración, la velocidad de deposición del metal y las características posicionales se ven influidas significativamente por la composición química del recubrimiento de fundente del electrodo. Los electrodos pueden dividirse en tres tipos principales:- Básicos

• Celulósico
• Rutilo

Electrodos de soldadura básicos

Los electrodos de soldadura básicos contienen una elevada proporción de carbonato cálcico (caliza) y fluoruro cálcico (fluorita) en el revestimiento. Esto hace que su revestimiento de escoria sea más fluido que los revestimientos de rutilo, lo que también facilita la soldadura en posición vertical y por encima de la cabeza. Estos electrodos se utilizan para soldar fabricaciones de sección media y pesada en las que se requiere una mayor calidad de soldadura, buenas propiedades mecánicas y resistencia al agrietamiento (debido a la alta sujeción).

Características:

Metal de soldadura con bajo contenido en hidrógeno

Requiere altas corrientes/velocidades de soldadura

Perfil de cordón deficiente (perfil de superficie convexo y grueso)

Difícil eliminación de la escoria

Cuando estos electrodos se exponen al aire, la captación de humedad es rápida. Debido a la necesidad de controlar el hidrógeno, estos electrodos deben secarse a fondo en un horno de secado a temperatura controlada.
El tiempo de secado típico es de una hora a una temperatura de aproximadamente 150oC a 300oC, pero siempre debe consultar los datos del fabricante antes de utilizarlos.Tras el secado controlado, los electrodos básicos y básicos/rútiles deben mantenerse a una temperatura entre 100oC y 150oC para ayudar a protegerlos de la reabsorción de humedad en el revestimiento.Estas condiciones pueden obtenerse transfiriendo los electrodos del horno de secado principal a un horno de mantenimiento o a una aljaba calentada en el lugar de trabajo.Electrodos de polvo metálico

Los electrodos de polvo metálico contienen una adición de polvo metálico al revestimiento de fundente para aumentar el nivel máximo de corriente de soldadura admisible. Así, para un tamaño de electrodo dado, la tasa de deposición de metal y la eficiencia (porcentaje del metal depositado) aumentan en comparación con un electrodo que no contiene polvo de hierro en el revestimiento.Normalmente, la escoria se elimina fácilmente.Los electrodos de polvo de hierro se utilizan principalmente en las posiciones plana y H/V para aprovechar las mayores tasas de deposición.Pueden alcanzarse eficiencias de hasta el 130-140% para electrodos de rutilo y básicos sin un deterioro marcado de las características del arco, pero el arco tiende a ser menos enérgico, lo que reduce la penetración del cordón.NOTA: La calidad de la soldadura depende del rendimiento constante del electrodo.

Electrodos de polvo metálico

Los electrodos de polvo metálico contienen una adición de polvo metálico al revestimiento de fundente para aumentar el nivel máximo de corriente de soldadura admisible. Así, para un tamaño de electrodo dado, la tasa de deposición de metal y la eficiencia (porcentaje del metal depositado) aumentan en comparación con un electrodo que no contiene polvo de hierro en el revestimiento.Normalmente, la escoria se elimina fácilmente.Los electrodos de polvo de hierro se utilizan principalmente en las posiciones plana y H/V para aprovechar las mayores tasas de deposición. Pueden alcanzarse eficiencias de hasta el 130-140% para electrodos de rutilo y básicos sin un deterioro marcado de las características del arco, pero el arco tiende a ser menos enérgico, lo que reduce la penetración del cordón.

NOTA: La calidad de la soldadura depende del rendimiento constante del electrodo. El revestimiento de fundente no debe astillarse, agrietarse o, lo que es más importante, permitir que se humedezca. Los electrodos se fabrican con diferentes tipos de revestimiento y requieren una manipulación diferente.

Electrodos de soldadura celulósicos

Los electrodos de soldadura celulósicos contienen una elevada proporción de celulosa en el revestimiento y se caracterizan por un arco de penetración profunda y una rápida velocidad de quemado que proporciona altas velocidades de soldadura. El depósito de soldadura puede ser grueso y con escoria fluida, el desescoriado puede ser difícil. Estos electrodos son fáciles de utilizar en cualquier posición y destacan por su uso en la técnica de soldadura “stovepipe”.

Características:

• Penetración profunda en todas las posiciones
• Idoneidad para soldadura vertical descendente
• Propiedades mecánicas razonablemente buenas
• Alto nivel de hidrógeno generado – riesgo de agrietamiento en la zona afectada por el calor (ZAC)

Estos revestimientos de electrodos están diseñados para funcionar con una cantidad definida de humedad en el revestimiento. El revestimiento es menos sensible a la captación de humedad y, por lo general, no requiere una operación de secado. Sin embargo, el secado puede ser necesario en casos en los que la humedad relativa ambiente en la que se han almacenado los electrodos haya sido muy elevada.

Electrodos de soldadura de rutiloLos electrodos de soldadura de rutilo contienen una elevada proporción de óxido de titanio (rutilo) en el revestimiento. El óxido de titanio facilita el encendido del arco, un funcionamiento suave del arco y pocas salpicaduras.Estos electrodos son electrodos de uso general con buenas propiedades de soldadura.Pueden utilizarse con fuentes de corriente alterna y continua y en todas las posiciones. Los electrodos son especialmente adecuados para soldar uniones en ángulo en posición horizontal/vertical (H/V).

Características:

• Propiedades mecánicas moderadas del metal de soldadura
• Buen perfil del cordón producido por la escoria viscosa
• Posibilidad de soldadura posicional con una escoria fluida (que contiene fluoruro)
• Escoria fácilmente extraíble

Los revestimientos de rutilo pueden tolerar una cantidad limitada de humedad y los revestimientos pueden deteriorarse si se secan en exceso. Consulte siempre los datos del fabricante antes de utilizarlo.

Características:

• Penetración profunda en todas las posiciones
• Idoneidad para soldadura vertical descendente
• Propiedades mecánicas razonablemente buenas
• Alto nivel de hidrógeno generado – riesgo de agrietamiento en la zona afectada por el calor (ZAC)

Estos revestimientos de electrodos están diseñados para funcionar con una cantidad definida de humedad en el revestimiento. El revestimiento es menos sensible a la captación de humedad y, por lo general, no requiere una operación de secado. Sin embargo, el secado puede ser necesario en casos en los que la humedad relativa ambiente en la que se han almacenado los electrodos haya sido muy elevada.

Electrodos de soldadura de rutilo

Los electrodos de soldadura de rutilo contienen una elevada proporción de óxido de titanio (rutilo) en el revestimiento. El óxido de titanio facilita el encendido del arco, un funcionamiento suave del arco y pocas salpicaduras. Estos electrodos son electrodos de uso general con buenas propiedades de soldadura. Pueden utilizarse con fuentes de corriente alterna y continua y en todas las posiciones. Los electrodos son especialmente adecuados para soldar uniones en ángulo en posición horizontal/vertical (H/V).

Características:

• Propiedades mecánicas moderadas del metal de soldadura
• Buen perfil del cordón producido por la escoria viscosa
• Posibilidad de soldadura posicional con una escoria fluida (que contiene fluoruro)
• Escoria fácilmente extraíble

Los revestimientos de rutilo pueden tolerar una cantidad limitada de humedad y los revestimientos pueden deteriorarse si se secan en exceso. Consulte siempre los datos del fabricante antes de utilizarlo.

Electrodos de soldadura de revestimiento/desgaste duro

Los electrodos de revestimiento duro o de desgaste se utilizan principalmente para colocar una superficie dura sobre un material de base más blando. Existe una amplia gama de este tipo de productos y un área de uso común es la reparación de superficies de desgaste, como los dientes de los equipos de movimiento de tierras y minería.

Electrodos de soldadura de corriente continua revestidos de cobre

Este es el tipo más común debido a su vida útil comparativamente larga. Estos electrodos se construyen mezclando y cociendo carbono, grafito y un agente aglutinante y recubriéndolos con cobre. Proporcionan características de arco estables y ranuras uniformes.

Electrodos lisos de CC

Se fabrican del mismo modo que los electrodos de corriente continua revestidos de cobre, pero sin el revestimiento de cobre. Se consumen más rápidamente que los revestidos de cobre en uso.

Electrodos revestidos de CA

Estos electrodos se construyen mezclando y horneando carbono, grafito y un aglutinante especial con materiales de tierras raras añadidos para ayudar a la estabilización del arco.
Están recubiertos de cobre.
El proceso utiliza aire comprimido a una presión de entre 80 y 100 psi en el portaelectrodos.

Aumentar la presión del aire no eliminará el metal con mayor eficacia.

Almacenamiento de los electrodos de soldadura

Los electrodos deben guardarse siempre en un almacén seco y bien ventilado. Es una buena práctica apilar los paquetes de electrodos en palés de madera o estanterías bien separadas del suelo. Asimismo, todos los electrodos no utilizados que vayan a ser devueltos deben almacenarse de forma que no queden expuestos a condiciones húmedas para recuperar la humedad.

Unas buenas condiciones de almacenamiento son 10°C por encima de la temperatura exterior del aire. Como las condiciones de almacenamiento son para evitar que la humedad se condense en los electrodos, los almacenes de electrodos deben estar secos.

En estas condiciones y en el embalaje original, el tiempo de almacenamiento de los electrodos es prácticamente ilimitado. Los electrodos modernos están ahora disponibles en envases herméticamente cerrados que eliminan la necesidad de secado. No obstante, si es necesario, los electrodos que no se utilicen deben secarse de nuevo siguiendo las instrucciones del fabricante.

Secado de los electrodos

El secado suele realizarse de acuerdo con las recomendaciones del fabricante y los requisitos vendrán determinados por el tipo de electrodo.
Muchos electrodos están ahora disponibles en envases herméticamente cerrados. Estos envases al vacío evitan la necesidad de secar los electrodos inmediatamente antes de su uso. Sin embargo, si el envase se ha abierto o dañado, es esencial que los electrodos se vuelvan a secar de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Selección de electrodos

La selección del diámetro del electrodo se basa en el grosor de la pieza de trabajo, la posición de soldadura, la forma de la unión, la capa de soldadura, etc.

El nivel de corriente de soldadura viene determinado por el tamaño del electrodo; el rango de funcionamiento y la corriente normales son los recomendados por los fabricantes. En la tabla se ilustran los rangos de funcionamiento típicos para una selección de tamaños de electrodos de soldadura.

Los electrodos deben estar secos y utilizarse de acuerdo con las instrucciones.
Esto reducirá el hidrógeno en el baño de fusión y el cordón de soldadura, evitando los sopladuras y el agrietamiento en frío.

En el proceso de soldadura, el arco no debe ser demasiado largo; de lo contrario, provocará una combustión inestable del arco, grandes cantidades de salpicaduras, penetración ligera, socavaduras, sopladuras, etc. Si el arco es demasiado corto, el electrodo se pegará a la pieza.

En la soldadura MMA, la longitud del arco suele ser igual a 0,5~1,0 veces el diámetro del electrodo. La longitud del arco del electrodo básico no es mayor que el diámetro del electrodo y se prefiere la soldadura con arco corto. Cuando se utilizan electrodos ácidos, la longitud del arco es igual al diámetro del electrodo.

Controles del inversor utilizados en la soldadura MMA (varilla)

Control de corriente de soldadura (A)

El control de corriente regula la cantidad de corriente de salida del inversor de soldadura y, por tanto, la tasa de deposición en función del diámetro del electrodo.

A menudo, la corriente puede controlarse mediante mandos a distancia en los inversores de soldadura electrónicos más modernos.

Arranque en caliente

Al inicio de la soldadura, el arranque en caliente proporciona una mayor cantidad de corriente para permitir que el electrodo alcance el arco sin adherirse a la pieza de trabajo. Algunas máquinas tienen una corriente de arranque en caliente automática con un tiempo y un nivel establecidos, mientras que otras tienen un control de arranque en caliente variable que puede seleccionar el operario.

Fuerza del arco

Durante la soldadura, la tensión del arco suele estar en torno a los 20V. A menudo, la situación puede exigir un arco más corto, lo que resulta en una tensión más baja y el electrodo es propenso a “pegarse a la pieza de trabajo” cuando el arco se ha extinguido. El control de la fuerza del arco solucionará este problema aumentando la corriente cuando baje la tensión del arco para garantizar la transferencia de metal del electrodo y evitar que éste se pegue. Algunas máquinas tienen una corriente de fuerza de arco automática, otras tienen un control de fuerza de arco variable para que el operario seleccione el nivel necesario.