Soldadura con gas protector de CO2: Control ideal de corriente y tensión

La soldadura con gas protector de CO2, un tipo de soldadura por arco metálico con gas (GMAW), utiliza un arco eléctrico para generar calor, fundiendo tanto el hilo de soldadura (electrodo) como el metal base. La tensión de soldadura, que suele oscilar entre 15 y 35 voltios, es la principal fuente de energía, controla la longitud del arco e influye en el perfil del cordón de soldadura.

A medida que aumenta la tensión de soldadura, la longitud del arco se amplía, lo que da lugar a un mayor aporte de calor y, en consecuencia, a una mayor velocidad de fusión del hilo. Esta relación no es lineal, ya que la velocidad de fusión aumenta más rápidamente a tensiones más altas debido a un mayor calentamiento resistivo en la extensión del hilo.

La corriente de soldadura, que suele oscilar entre 50 y 600 amperios según la aplicación, se autorregula en los sistemas de tensión constante. Está determinada por el equilibrio dinámico entre la velocidad de alimentación del hilo y la tasa de fusión. El alimentador de alambre suministra continuamente alambre a una velocidad preestablecida, mientras que la fuente de potencia ajusta la corriente para mantener una longitud de arco estable. Este equilibrio garantiza una calidad de soldadura y una profundidad de penetración constantes.

1. Corriente de soldadura

La selección de la corriente de soldadura es un parámetro crítico para conseguir soldaduras de alta calidad y depende de múltiples factores, como el espesor del metal base, la posición de soldadura, la velocidad de desplazamiento, la composición del material y la configuración de la unión.

Para la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) utilizando gas de protección CO2, es imperativo mantener una relación sinérgica entre la corriente de soldadura, la tensión del arco y la velocidad de alimentación del hilo. Este equilibrio es crucial para optimizar la velocidad de fusión del hilo del electrodo y garantizar una estabilidad constante de la longitud del arco durante todo el proceso de soldadura.

Para un hilo de soldadura determinado, el aumento del tamaño del cable se traduce en una mayor velocidad de alimentación del hilo.

Del mismo modo, cuando la corriente se mantiene constante, el uso de un hilo de soldadura más fino se traducirá en una mayor velocidad de alimentación del hilo.

2. Tensión de soldadura

La tensión de soldadura, también conocida como tensión de arco, es un parámetro crítico que rige la entrada de energía en el proceso de soldadura. Desempeña un papel crucial en la determinación de las características del cordón de soldadura y la calidad general de la soldadura.

La tensión del arco influye directamente en la longitud y anchura del arco, afectando a la distribución del calor a través del baño de soldadura. Un voltaje de arco más alto resulta en:

1. Mayor aporte de energía de soldadura
2. Mayor velocidad de fusión del hilo de soldadura
3. Corriente de soldadura elevada
4. Perfil del cordón de soldadura más ancho y plano

La tensión efectiva del arco puede calcularse restando la caída de tensión en el circuito de soldadura de la tensión de salida de la fuente de potencia. Esta relación se expresa mediante la siguiente ecuación:

U_arco = U_salida - U_pérdida

Dónde:
U_arco = Tensión del arco (V)
U_salida = Tensión de salida de la fuente de alimentación (V)
U_pérdida = Pérdida de tensión en el circuito de soldadura (V)

En una configuración de soldadura correctamente instalada que cumpla los requisitos de instalación estándar, la principal fuente de pérdida de tensión suele atribuirse a la extensión de los cables. Esta pérdida se debe a la resistencia eléctrica de los cables extendidos.

Cuando hay que alargar los cables de soldadura para llegar a piezas de trabajo distantes, es esencial compensar la caída de tensión. La tensión de salida de la máquina de soldar debe ajustarse de acuerdo con las siguientes directrices:

Es importante tener en cuenta que una longitud de cable excesiva puede provocar caídas de tensión significativas, lo que podría comprometer la calidad de la soldadura. Por lo tanto, se recomienda utilizar la longitud de cable más corta posible y aumentar la sección transversal del cable en aplicaciones de larga distancia para minimizar la pérdida de tensión.

3. Ajuste de la tensión de soldadura

Seleccionar la tensión de soldadura adecuada es crucial para lograr una calidad y eficacia óptimas de la soldadura. La tensión se determina en función de la corriente de soldadura, que a su vez depende de factores como el grosor de la chapa, la configuración de la unión y la posición de soldadura. Utilice las siguientes fórmulas para calcular el rango de tensión de soldadura recomendado:

• Para corrientes < 300A Tensión de soldadura = (0,05 × Corriente de soldadura + 14 ± 2) V
• Para corrientes ≥ 300A: Tensión de soldadura = (0,05 × Corriente de soldadura + 14 ± 3) V

Ejemplo 1: Corriente de soldadura de 200 A (< 300 A)
Tensión de soldadura = (0,05 × 200 + 14 ± 2) V
= (10 + 14 ± 2) V
= 24 ± 2 V
Tensión recomendada: 22 - 26 V

Ejemplo 2: corriente de soldadura de 400A (≥ 300A)
Tensión de soldadura = (0,05 × 400 + 14 ± 3) V
= (20 + 14 ± 3) V
= 34 ± 3 V
Rango de tensión recomendado: 31 - 37 V

Nota: Estos cálculos proporcionan un punto de partida para los ajustes de voltaje. Puede ser necesario un ajuste fino en función de las condiciones de soldadura específicas, las propiedades del material y las características de soldadura deseadas. Consulte siempre la especificación del procedimiento de soldadura (WPS) y realice soldaduras de prueba para garantizar unos resultados óptimos.

4. Influencia de la tensión de soldadura en el efecto de la soldadura

La tensión de soldadura influye significativamente en las características del arco y la geometría del cordón de soldadura, lo que afecta directamente a la calidad general de la soldadura. La selección óptima de la tensión es crucial para conseguir las propiedades de soldadura deseadas y minimizar los defectos.

Cuando la tensión es excesivamente alta:

• La longitud del arco aumenta, lo que provoca un aporte de calor menos concentrado
• Se producen partículas de salpicaduras más grandes, lo que aumenta el riesgo de porosidad en la soldadura.
• El cordón de soldadura se hace más ancho pero menos profundo, con una profundidad de penetración reducida.
• La altura del refuerzo (altura excedente) disminuye, lo que puede comprometer la resistencia de la junta
• La estabilidad del arco puede disminuir, produciendo un sonido característico de "¡patter! ¡patter!

A la inversa, cuando la tensión es demasiado baja:

• El arco se vuelve inestable, lo que provoca un aumento de las salpicaduras, ya que el hilo de soldadura entra en cortocircuito con frecuencia con el metal base.
• El cordón de soldadura se estrecha, lo que puede provocar una falta de fusión en los bordes de la junta.
• Tanto la profundidad de penetración como la altura de la armadura aumentan, lo que puede provocar una armadura excesiva y una posible concentración de tensiones.
• La inestabilidad del arco se manifiesta con un sonido característico de "¡pum! ¡pum! ¡pum!", que indica cortocircuitos frecuentes.

Los ajustes óptimos de tensión dependen de factores como el proceso de soldadura (por ejemplo, GMAW, FCAW), la velocidad de alimentación del hilo, el grosor del material y la configuración de la unión. Las fuentes de potencia de soldadura modernas suelen incorporar un control sinérgico que ajusta automáticamente la tensión en función de otros parámetros para mantener las características óptimas del arco.

La selección adecuada del voltaje, junto con otros parámetros de soldadura, es esencial para conseguir soldaduras de alta calidad con defectos mínimos, una fusión óptima y las propiedades mecánicas deseadas.