Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno (TIG)

El proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo de tungsteno, también llamado proceso TIG (Tungsten Inert Gas) o GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), se diferencia de los demás procesos de soldadura por arco en dos aspectos fundamentales:

1. El electrodo empleado no es consumible.
2. La unión de las partes entre sí puede realizarse sin el aporte de material.

Básicamente, consiste en un proceso de soldadura por arco en el cual el calor es generado entre un electrodo no consumible y el metal base (la pieza a soldar). Por su modo de operación, el proceso TIG es similar al de una soldadura autógena, con la diferencia de que en este último el calor es producido por una llama oxiacetilénica.

Naturaleza del Arco Eléctrico

Descripción

El arco eléctrico se establece como consecuencia de la circulación de una corriente eléctrica entre dos electrodos, que atraviesa una columna de gas en estado ionizado, llamado plasma. El arco eléctrico está dividido en tres zonas:

• Zona Catódica: Corresponde al polo negativo del arco (cátodo).
• Zona Anódica: Corresponde al polo positivo del arco (ánodo).
• Zona del Plasma: Corresponde al gas en estado ionizado.

Los electrones, cuya carga es negativa, provienen de la zona catódica y se mueven conjuntamente con los iones negativos del plasma hacia el ánodo. Los iones positivos del plasma fluyen en sentido inverso, es decir, desde la zona anódica hacia el cátodo. No obstante, a estos dos tipos de circulación de cargas eléctricas, el flujo principal y más intenso de la corriente en el arco es el producido por el movimiento de los electrones, que en definitiva constituyen la corriente eléctrica.

Descripción del Proceso de Soldadura TIG

Partes que Componen el Equipo

Básicamente, el equipamiento del proceso TIG de soldadura consiste en:

• Una máquina de soldar que puede ser de corriente continua o alterna, generalmente las mismas utilizadas en soldadura manual con electrodos revestidos.
• Un cabezal o cofre de control.
• Una torcha porta electrodo, que consiste en un conducto a través del cual se transporta la corriente y el gas protector, y en cuyo extremo posee una empuñadura con el sistema de fijación del electrodo de tungsteno.
• Un tubo de gas con su correspondiente regulador con caudalímetro.
• Un equipo de refrigeración por agua para la torcha.

Todo el equipo se encuentra interconectado para su correcto funcionamiento.

Principios de Funcionamiento

Al accionar el botón que la torcha tiene en su empuñadura, se energiza todo el circuito, haciendo saltar el arco entre la punta del electrodo no consumible y el metal base. El calor desarrollado por dicho arco funde el metal base, formando un baño de metal líquido.

Tanto el electrodo como el metal fundido y las áreas adyacentes son protegidos de la contaminación atmosférica por una envoltura gaseosa.

Una vez establecido el arco eléctrico y formado el baño de fusión, se acerca una varilla (que constituye el metal de aporte) hasta que esta toque el arco (no el tungsteno). Por la acción del calor, se funde el extremo de la varilla, depositando una gota de metal fundido que luego es distribuida por el arco. La varilla es introducida y retirada del arco cada vez que una gota es depositada.

Se debe tomar la precaución de no retirar la varilla más allá del cono de protección gaseosa para evitar su oxidación, ya que el extremo oxidado de la varilla puede causar porosidades en el metal depositado. El avance del arco para un soldador diestro es de derecha a izquierda, de manera que el cordón depositado queda a su derecha.

La posición relativa entre el eje del electrodo y la varilla de aporte es de aproximadamente 90º. La longitud del arco eléctrico es, aproximadamente, 1.5 veces el diámetro del electrodo de tungsteno, aunque depende mucho de la habilidad del soldador. En cualquier caso, la longitud del arco no deberá exceder los 5 mm como máximo, puesto que un arco muy largo disipa más calor sobre la superficie, restándole profundidad y fusión dentro del metal. Además, el arco se vuelve menos estable y aumenta el riesgo de contaminación, además de causar una mayor deformación de la junta soldada.

Por otra parte, la penetración de la soldadura dependerá de la velocidad con que se aporta la varilla. A mayor deposición, mayor será el calor absorbido del arco y, por consiguiente, menor el calentamiento del metal base en el sentido del espesor, reduciendo la penetración.

Gases de Protección

Como su nombre lo indica, se utilizan para la protección tanto del arco eléctrico como de la pileta del baño de fusión. Estos gases son químicamente inertes, es decir, no reaccionan ni se combinan con el metal fundido ni dañan al electrodo.

Los gases comúnmente utilizados en el proceso TIG son el Argón, el Helio y la mezcla de ambos. Es muy importante el grado de pureza de dichos gases.

Argón

El Argón es un gas inerte cuyo peso atómico es 40. Es aproximadamente 1,4 veces más pesado que el aire y su potencial de ionización es de 15,7 voltios. Este gas tiene una baja conductividad térmica, lo que se traduce en una mayor densidad de arco, concentrando la energía en una pequeña área central. El argón produce una mejor acción de limpieza y confiere una mayor estabilidad al arco eléctrico, incluso a bajos amperajes.

Ventajas del Argón

1. Arco más suave y silencioso.
2. Para una misma corriente, el voltaje del arco es más bajo, por consiguiente, el aporte térmico es menor.
3. Apto para la soldadura de espesores finos (chapas).
4. Por su buena acción de limpieza, se utiliza para la soldadura de aluminio y magnesio.
5. Al ser más pesado que el aire, requiere menor caudal de gas en la soldadura en posición plana.
6. Mayor facilidad de encendido del arco.
7. Menor costo y más fácil de obtener.
8. Para la soldadura vertical y sobre cabeza, aunque no otorga una protección óptima, se prefiere por el buen control que ejerce sobre la pileta líquida.
9. Más apto para la soldadura de materiales disímiles.

Helio

El Helio es un gas mucho más liviano que el argón, con un peso atómico de 4. Es 10 veces más liviano que el argón y aproximadamente 7 veces más liviano que el aire. Su potencial de ionización es de 24,5 voltios y posee una excelente conductividad térmica, lo que disminuye la densidad del arco eléctrico al expandir la columna del mismo. A igual longitud de arco, la energía aportada es mayor. Se estima que el helio emite un tercio más de calor que el argón trabajando con la misma intensidad de corriente. Por ser más liviano, requiere de un 10% a un 20% más de consumo.

Ventajas del Helio

1. Apto para la soldadura de grandes espesores debido al mayor calor generado.
2. Ideal para soldar metales con alta conductividad térmica, como el cobre.
3. Apto en soldaduras de altas velocidades, con menor riesgo de porosidades.
4. Mayor penetración por mayor aporte térmico.
5. Aplicable en procesos automáticos de soldadura.
6. Mejor protección en soldadura vertical y sobre cabeza.

Mezcla Argón-Helio

Estas mezclas se utilizan principalmente en soldaduras TIG automatizadas y cuando se requiere combinar el mejor control de la pileta líquida que brinda el argón con la mayor penetración que otorga el helio.

Dependiendo de las características del trabajo, se utilizan los siguientes tipos de mezclas:

• 75% Helio / 25% Argón
• 80% Helio / 20% Argón

Tipos de Electrodos de Tungsteno

A diferencia de otros procesos, en el proceso TIG el electrodo no es consumible ni constituye el metal de aporte. El tungsteno es un metal sumamente duro, de color gris y altamente refractario, que no se funde ni vaporiza con el calor del arco. Tiene un punto de fusión de 3410 °C, el más alto de todos los metales. Además, retiene su dureza incluso en estado incandescente y es un muy buen emisor de electrones.

Los electrodos de tungsteno se presentan en varias dimensiones, con distintos diámetros (desde 0,3 mm a 6,4 mm) y longitudes (de 3 a 24 pulgadas). Pueden ser de tungsteno puro o aleado con torio o zirconio.

Metal de Aporte – Varillas TIG

En un proceso GTAW, el metal de aporte puede ser el mismo metal base adecuadamente preparado, o varillas de aporte que se adicionan al baño de soldadura, cuyo mecanismo ya fue explicado. Dependiendo del tipo de material base a soldar, se deberá seleccionar la varilla adecuada.

Técnicas y Aplicaciones del Proceso TIG

El aspecto más sobresaliente del proceso TIG es la calidad del metal depositado, tanto desde el punto de vista mecánico como radiográfico. La compacidad del metal, su resistencia mecánica, pureza, homogeneidad química y su elevada resistencia a la corrosión hacen que este proceso sea insustituible donde se requiere una alta calidad.

Si bien el proceso TIG puede ser aplicado en cualquier tipo de soldadura, su principal y más ventajosa utilización es en la soldadura de raíz donde se requiere penetración total, ya sea en cañerías o en lugares donde no se tiene acceso por el lado interior. Es un proceso irreemplazable en la soldadura de raíz de materiales de baja aleación e inoxidables. Otra aplicación importante es en la soldadura de láminas metálicas con espesores menores de 1 mm o en tuberías (tubing) con diámetros de ½ pulgada (12 mm) o menores.

Ventajas Respecto de Otros Procesos de Soldadura

Las principales ventajas de la soldadura TIG son:

• Versatilidad: Permite soldar en todas las posiciones sin afectar la calidad.
• Arco estable: Muy suave, estable y concentrado.
• Alta calidad: El metal depositado es de una calidad superior.
• Acabado: Cordones de soldadura parejos y regulares, sin crestas ni bordes abruptos.
• Limpieza: No produce salpicaduras.
• Sin escoria: No requiere limpieza posterior.
• Flexibilidad: Se puede soldar sin metal de aporte.

Como desventaja, se puede mencionar la lentitud del proceso cuando se trata de soldar completamente espesores de más de 4 mm.