Soldadura con Hilo Tubular con Relleno Fundente (FCAW, 114, 136)

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Soldadura con hilo tubular relleno de fundente o flux

Proceso FCAW = Flux Cored Arc Welding, según AWS. Con las variantes:

  • FCAW-G (con protección gaseosa), y
  • FCAW-S (“shelf-shielded” = autoprotegido o sin necesidad de protección gaseosa).

En normativa europea, la designación de este proceso con sus variantes es:

  • Proceso 136 (con protección gaseosa, gas activo),
    • También existe el Proceso 137 (con protección gaseosa, gas inerte), pero no es habitual encontrar en el mercado hilos tubulares para ser protegidos con gases inertes. Incluso los hilos tubulares para acero inoxidable se protegen con gases activos.
  • Proceso 114 (autoprotegido)

Historia

El hilo tubular se desarrolló en los años 50 para unir los beneficios del proceso SMAW (la escoria permite una buena protección del baño y mantenerlo incluso fuera de posición plana) y el proceso GMAW (el electrodo es continuo y por lo tanto el Factor de Operación es mayor al evitar las paradas del proceso SMAW cada vez que el electrodo se ha consumido).

Soldadura FCAW en posición 2G, con penetración completa de la raíz. Aspecto de la escoria que retiene y protege el lado por el otro lado. 

Los Componentes del proceso FCAW en el arco eléctrico son los que aparecen en la imagen (la escoria permite una buena protección del baño y mantenerlo incluso fuera de posición plana).

Además, como sucede en el proceso GMAW, el electrodo es continuo y por lo tanto el Factor de Operación es mayor al evitar las paradas del proceso SMAW cada vez que el electrodo se ha consumido.

Desde el punto de vista del aporte térmico que se aplica en el arco eléctrico, el GMAW, a parámetros de soldadura bajos (corriente y voltaje) tiene una transferencia de material en corto-circuito, de baja energía, lo cual supone un riesgo de falta de fusión del cordón de soldadura con el metal base o entre diferentes cordones que completan una soldadura.

A un mismo diámetro de hilo, un hilo tubular tiene una sección de conductor inferior. Esto supone que si se suelda a la misma corriente (Amperios) que un hilo macizo, la densidad de corriente que circula a su través es superior. Con ello su fusión se produce con una mayor energía y disminuye notablemente el riesgo a producir faltas de fusión.

El hilo tubular también logra una mayor concentración del arco eléctrico, con lo que a los mismos parámetros se produce una soldadura con menor zona afectada térmicamente y con menor deformación de los metales base que se sueldan.

Ventajas hilo tubular frente a macizo…

– Fiable: muy bajo riesgo de faltas de fusión.
– Buenas propiedades mecánicas.
– Menos sensible a contaminación por chapa imprimada.
– Se puede automatizar  sin perder ventajas.
– Amplia gama de alambres disponible para soldadura de muchos metales.
– Alta productividad = reducción coste.
– La escoria permite soldadura en vertical ascendente o techo con mayores amperajes y a mucha mayor velocidad y tasa de deposición.
– Mínimas proyecciones: menos trabajo de limpieza posterior
– Escoria: fácilmente eliminable, protección aspecto cordón,
– Reduce radiación UV

Se puede realizar el cordón de raíz, de forma similar a la que se realiza con SMAW. Esto permite realizar soldaduras a penetración completa por un solo lado, cuando no es posible soldar por el otro lado, siempre que el soldador demuestre su pericia en la ejecución de una soldadura que no requiera resanado por el otro lado y esté completamente libre de defectos y con un aspecto del cordón de raíz aceptable.

Aplicación del hilo tubular autoprotegido (FCAW-S):

  • Su precio es más caro que el del hilo tubular con protección gaseosa para el mismo tipo de aleación, pero debe considerarse que no precisa gas.
  • Su aplicación fundamental es en soldadura de montaje al aire libre, donde no es posible o resulta costoso e ineficaz la protección gaseosa.

Especificación y Clasificación AWS:

Hilo tubular FCAW-G más común: Rutilo 

AWS A5.36: E71T-1 

Especificación AWS A5.36 (aún en discusión) y AWS A5.20: 
Clasificación E71T-1

FCAW-G – Flux Cored Arc Welding con hilo que requiere protección gaseosa

  • Desarrollado tanto para gas mezcla (Ar + 10-25% CO2) ó 100% CO2
  • Hilo para soldadura en todas posiciones
  • Para soldadura de aceros al carbono dulces no aleados
  • Bajo contenido de hidrógeno < 5 ml/100g Valores típicos HDM= 3 ml/100g
  • Características de soldabilidad:
    • Arco suave
    • Buen control del baño de soldadura
    • Buenas propiedades de mojabilidad del cordón
    • Excelente desescoriado
  • Aunque el flux es rutilo, las propiedades mecánicas en relación a la Resiliencia (Tenacidad o Resistencia al Impacto a bajas temperaturas) es equivalente a la que proporcionaría un electrodo SMAW básico o de Bajo Hidrógeno.

Al soldar con el proceso FCAW, el soldador debe adaptarse a una dirección de avance contraria a la que usaría con el proceso GMAW, pues debe evitar dejar escoria atrapada en el baño, al igual que cuando suelda con el proceso SMAW.

Otra diferencia es que debe mantener un Stick-Out (ESO) más largo que cuando suelda con GMAW:

– Con GMAW mantendría un ESO de unos 10-15 mm
– Con FCAW-G deberá mantener un ESO de unos 15-20 mm
– Con FCAW-S el ESO deberá aumentar a unos 25-30 mm, ya que esto ayuda a precalentar y así evaporar la humedad del flux interior antes de entrar en el arco, y evitar porosidad con este proceso que no cuenta con la protección gaseosa.

Gas de protección: 

Salvo que el fabricante del hilo para usar con FCAW recomiende un gas específico para un tipo de hilo concreto, los gases de protección que se escogen para el proceso FCAW-G son desde CO2 puro hasta mezclas de Ar con diferentes porcentajes de CO2, desde un 15 a un 25%. Las diferencias en aplicación que se observan según el gas escogido son:
  1. CO2
    • Menor coste
    • Transferencia más globular (más cantidad de proyecciones)
    • Menor radiación de calor
    • Mayor penetración
    • Menos susceptible a dejar “marcas de gas” o porosidad alargada

2. 75-85 Ar/ CO2 Resto:

    • Arco más suave
    • Menos proyecciones
    • Mayor tasa de deposición
    • Menos penetración
    • Menos humos

El caudal de gas recomendado es de 15-20 l/min
El caudal de gas debe medirse siempre en la punta de la antorcha, no en el regulador de la botella. Puede haber fugas de gas en la conducción hasta la tobera.

Parámetros Esenciales en Soldadura FCAW:

– Efecto del Voltaje de Arco
– Efecto de la Velocidad de Alimentación del Hilo (WFS = Wire Feed Speed) en el – Amperaje de Effect of electrical Stickout
– Efecto de la velocidad de avance.

Efecto del Voltaje de arco:

– El voltaje de arco controla la longitud del arco
– Un aumento en la longitud de arco da una columna de arco más ancha, y esto produce un cordón más ancho y también una ZAT más ancha. Puede producir mordeduras a los lados del cordón si es demasiado ancha.
– Si el cordón del medio de la imagen representa el cordón óptimo, el de la izquierda se obtiene con un voltaje inferior mientras que el de la derecha se obtiene con uno mayor.
– En soldadura de fillets, un voltaje excesivo tiene mucha tendencia a dejar mordeduras.

Efecto de la Velocidad de Alimentación de Hilo (WFS = Wire Feed Speed):

– El WFS determina la Corriente (Amps) de soldadura
– Cuando se aumenta el WFS aumenta la corriente y con ello la Tasa de Deposición.
– Se puede observar que la penetración aumenta cuando se aumenta la corriente.
– La corriente (Amperios) es el parámetro más eficaz para controlar la penetración.

Efecto del Electrical Stick-Out:

– El Stick-Out (ESO) es la distancia entre la boquilla de contacto y el arco.
– Al aumentar el ESO aumenta la resistencia eléctrica del hilo, y así disminuye la corriente.
– Esto produce una menor penetración
– Por el contrario, un menor ESO produce un aumento de corriente y una mayor penetración.
– Cuando cualquier parámetro es excesivo o muy escaso, el arco es inestable.

Efecto de la Velocidad de Avance (mm/min):

– Un aumento de la velocidad de avance resulta enuna menor energía aportada para una misma longitud de soldadura, lo cual produce una menor penetración, y altura y anchura del cordón.
– La penetración también disminuye a menor velocidad de avance si el baño se queda bajo el arco (el arco debe ser como un surfista, siempre por delante de la ola, dirigiéndola, no encima de la misma, donde no controla nada.

Procedimiento de soldadura típico con FCAW-G en relleno y peinado de una junta a tope (Butt Groove Weld).

Es algo difícil hacer la pasada de raíz (penetración) con el proceso FCAW. Hacerla es posible, pero requiere una excelente preparación de la junta, con un mantenimiento de la Separación de la misma, o GAP (Root Opening) y del Talón (Root Face).

Si el soldador no domina el proceso FCAW, también es posible combinar varios procesos para completar la soldadura de una junta.

En la imagen se muestra un Procedimiento de Soldadura (WPS = Welding Procedure Specification) en el que se realiza el cordón de raíz o de penetración con el proceso SMAW, que normalmente resulta más sencillo para un soldador experimentado, con el proceso FCAW, mucho más rápido, para completar la unión. Este procedimiento podría emplearse en las tres pasadas que se describen en un rango de espesores de entre 8 a 12 mm. Si el espesor del metal base fuera superior, deberían realizarse más cordones para completar la junta.

Cuando se suelda una junta, se debe cuidar que cada cordón tenga una buena fusión con el metal base y con los cordones de soldadura sobre los que se deposita.
Para ello, respetar los parámetros del procedimiento, especialmente el Voltaje, Amperaje (o WFS), la velocidad de soldadura y el tamaño de cada cordón, así como la habilidad del soldador, serán esenciales para conseguir una soldadura sana, libre de defectos y por tanto, con la calidad requerida.

FIN DEL TEMA

Como ves, todos los temas que estamos desarrollando están relacionados.

Sólo tendrás un conocimiento completo tras finalizar los temas del curso y, por supuesto, irás ganando con la experiencia y el estudio continuado.

Si has entendido los conceptos de este tema, no olvides dar a COMPLETAR en la parte superior del tema.

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