Propiedades de los gases que influyen en el proceso de soldadura
Potencial de ionización: Se refiere a la energía necesaria para cargar eléctricamente un gas, es decir , cuando los átomos del gas ceden electrones y se convierten en iones. A través la experimentacion se identifico que a mayor potencial de ionización, menor es la estabilización del arco y mayor será el desprendimiento de calor. Por otro lado, gases como el argón con bajo potencial de ionización, favorecen la iniciación y la estabilización del arco.
Conductividad térmica: En el caso de gases de protección multiatómicos, tales como CO2 y el oxígeno, al ser calentados a la temperatura del arco, estos se disocian en sus respectivos átomos liberando electrones y al entrar en contacto con el metal base, se combinan cediendo calor a la superficie. Esto no se ve presente en gases monoatómicos tales como el argón o el helio.
Esto influye en la formación del cordón de soldadura, el baño de fusión y la velocidad de soldadura. De esta manera es posible aumentar considerablemente la velocidad de soldadura y el comportamiento de penetración en la soldadura.
Densidad: Los gases con una densidad menor que la del aire, tienden a escapar de la zona de protección y es necesario aumentar el flujo del gas a manera de compensar esta perdida.
Vemos que el argón, además de impedir el contacto del oxígeno, el nitrógeno y la humedad ambiental con la poza de soldadura, también estabiliza el arco eléctrico, lo que se traduce como una experiencia de soldeo mas grata, pero con menos penetración en el material base.
Por otro lado, pongamos el ejemplo de la soldadura GMAW con CO2, la cual presenta arcos eléctricos muy inestables lo que ocasiona una sensación de soldeo áspera y dura, además de un constante chisporroteo, pero logra una muy buena penetración y en consecuencia, una soldadura mas resistente.
A partir de esto surgió la necesidad de desarrollar mezclas de gases de protección, de tal forma que las características positivas que cada gas tenía por separado, ahora se podían sumar al ser mezclados.
En EXEL AIR tomamos en cuenta todos estos factores para garantizar la máxima calidad y efectividad de nuestros gases
El efecto de las mezclas de gases en los procesos de soldadura
Adiciones de Oxigeno
Solamente se utiliza como aditivo del argón en la soldadura GMAW y FCAW, al adicionar pequeñas cantidades de oxigeno:
- Se estabiliza el arco
- Aumenta la cantidad de gotas de metal de aporte formadas
- Mejora el aspecto del cordón
- Consigue un baño de fusión mas fluido
Adiciones de Hidrogeno
Por lo general, solo se utiliza como aditivo del argón para la soldadura GTAW o PAW y aporta las siguientes ventajas:
- Aumenta el aporte térmico
- Permite aumentar la velocidad de desplazamiento
- Aumenta el ancho y penetración del cordón de soldadura
Es importante mencionar que por ninguna circunstancia se debe utilizar para la soldadura de aceros al carbono, de baja aleación, ni para ciertos aceros inoxidables ya que el hidrogeno puede producir fisuración
Adiciones de Nitrógeno
En algunos casos, se añade nitrógeno al argón en la soldadura por plasma, soldadura PAW, GTAW y GMAW casi exclusivamente para la soldadura de cobre y sus aleaciones, las ventajas de su adición son:
- Bajo costo
- Aumenta la penetración y ancho del cordón
- Aumenta el aporte térmico
Mezclas de gases para soldar mas comunes
Para mayor resistencia mecánica y eficiencia del cordón, en el proceso MIG/MAG, de acuerdo al metal base y al tipo de transferencia por aplicar, se emplean mezclas con diversos porcentajes. Las siguientes son las mezclas de gases más comunes.
Agregando pequeñas cantidades de oxígeno al argón: estabiliza el arco, aumenta la proporción de la gota del metal de aportación, permite mayores velocidades de soldadura y mejora la forma del cordón.
Argón (Ar) – Dióxido de carbono (CO2)
Nos aportan una gran adaptabilidad al momento de trabajar con materiales como lo son ciertos tipos de aceros inoxidables, acero al carbón y aceros de baja aleación, lo cual puede ayudar en la penetración de la soldadura y favoreciendo las propiedades humectantes del cordón de soldadura.
Argón (Ar) – Oxígeno (O) – Dióxido de carbono (CO2)
Brinda una menor aportación de calor, minimiza la penetración excesiva y la distorsión.
Esta mezcla puede utilizarse en diversos modos de transferencia como por ejemplo:
- Arco de corto circuito
- Arco globular
- Arco spray
- Arco pulsado
En EXEL AIR manejamos nuestras propias mezclas de gases diseñadas para satisfacer tus necesidades y mejorar la calidad de tus proyectos. CONOCELAS
Ventajas y Desventajas de los procesos de soldadura
Existen diferentes procesos de soldadura en la industria y cada uno de ellos nos presenta una serie especifica de ventajas y desventajas. Esto nos lleva a la necesidad de conocer cual es el mejor procedimiento dependiendo de nuestras necesidades ya que factores como el rendimiento de la soldadura, la calidad de la unión y la estética que esta tenga dependen directamente del proceso que estemos ocupando.
PROCESO SMAW
VENTAJAS
- Equipo relativamente sencillo, no muy costoso y portátil
- Poco sensible al viento o corrientes de aire, que los procesos con gas protector
- Aplicable a varios de procesos y aleaciones
- Aplicable a gran variedad de espesores, mayores a 2 mm
DESVENTAJAS
- Es necesario remover la escoria y en caso de no hacer una limpieza adecuada entre cordones se pueden presentar discontinuidades
- Proceso lento debido a la baja tasa de deposición (debido a que el electrodo tiene una longitud mínima de consumo) y a la necesidad de limpieza
- Pierde eficiencia en espesores mayores a 28 mm
- No es aplicable para metales con bajo punto de fusión
PROCESO TIG
VENTAJAS
- No se requiere el uso de un fundente y tampoco es necesario realizar una limpieza posterior
- No se presentan salpicaduras, chispas ni emanaciones
- Permite soldar espesores delgados con mayor facilidad
- El calor del arco es más concentrado, por lo cual hay menos distorsión y mayor facilidad de soldadura en metales de alta conductividad térmica y metales aleados
DESVENTAJAS
- Alto costo del equipo y de mano de obra
- Se requiere una mayor destreza por parte del operador
- Enfriamiento mas rápido, que resulta en uniones de soldadura mas frágiles
PROCESO MIG/MAG
VENTAJAS
- Al tratarse de un electrodo continuo, se aumenta la productividad al no tener que cambiarlo, al igual que se incrementa la tasa de deposición
- Se pueden realizar soldaduras largas sin que existan empalmes entre cordones, evitando así las zonas de peligro de imperfecciones
- Puede utilizarse para cualquier tipo de material
DESVENTAJAS
- Los equipos son costosos, mas complejos de manejar y menos fáciles de transportar
- Sensible al viento y a corrientes de aire, esto hace que su aplicación al aire libre sea limitada
- Difícil de utilizar en espacios restringidos
PROCESO SAW
VENTAJAS
- Alta velocidad y rendimiento (alta tasa de deposición)
- Soldaduras homogéneas
- Penetración uniforme
- Permite obtener depósitos de propiedades comparables o superiores a las del metal base
DESVENTAJAS
- El fundente es abrasivo y con el tiempo generará un desgaste en las partes de equipos automáticos
- Soldadura plana u horizontal, solamente, ya que el fundente trabaja por gravedad
- Se necesitan uniones cerradas
- El fundente necesita estar bien almacenado y protegido
- Formación de escoria
En EXEL AIR contamos con profesionales que te ayudarán a elegir el proceso que mejor se adapte a tus proyectos
Los gases en el proceso de soldadura
A finales del siglo XIX, el descubrimiento de gases combustibles y su mezcla con el oxígeno permitió alcanzar altas temperaturas para fundir y soldar láminas de acero. Un ejemplo es la mezcla de oxígeno y acetileno la cual produce una flama que alcanza una temperatura de aproximadamente 3 100º centígrados y funde las piezas metálicas sin necesidad de aplicar presión mecánica.
Pero la función principal de los gases es la de impedir que la atmósfera entre en contacto con el metal de soldadura fundido, y nos referimos a ellos como gases protectores. Esto es necesario porque la mayor parte de los metales, al calentarse hasta su punto de fusión al aire, presentan una marcada tendencia a formar óxidos y, en menor grado, nitruros. La reacción de estos diversos productos puede causar deficiencias de la soldadura, como porosidad y pérdida de ductilidad.
El tipo de gas que se utilice en el proceso tiene un efecto importante sobre ciertos aspectos tales como:
- Características eléctricas del arco
- Penetración y velocidad de la soldadura
- Propiedades mecánicas del metal
- Tendencia al socavamiento
- Acción de limpieza
- Reducción de humo y salpicaduras
Entre los principales gases de protección encontramos
Es importante mencionar que no todos los gases pueden ser usados para cualquier proceso de soldadura. Para poder seleccionarlo debemos tener en consideración algunos criterios de selección:
- Aleación del alambre
- Propiedades mecánicas deseadas del deposito
- Espesor del material y diseño de la junta
- Condición del material, si tiene recubrimiento, oxido o aceite
- Perfil de penetración deseado
- Posición de la soldadura
- Condiciones de ensamble
- Costos
Como sabemos, la principal función de los gases de soldadura es la de evitar que el metal fundido, el baño de fusión y el electrodo entren en contacto con el aire, ya que el oxigeno presente reaccionara con el metal y formara óxidos , mientras que el nitrógeno y la humedad pueden promover la aparición de porosidad y provocar fisuras en la unión.
Los gases de protección pueden clasificarse en 2 categorías:
- Gases inertes: Argón y Helio (permanecen inalterables durante el proceso)
- Gases activos: Oxigeno, Nitrógeno, Dióxido de carbono e Hidrogeno (reacciona químicamente a la temperatura del arco)
Cuando hablamos de mezclas de gases, estás serán activas siempre y cuando alguno de sus componentes lo sea, para poder considerarla como una mezcla inerte todos los componentes deben de serlo, por lo que la única mezcla de gases que se podría incluir en esta categoría es la mezcla de Argón-Helio.
ARGON
- Debido a su alta densidad tiende a cubrir de mejor el área de soldadura
- Al ser mayor su densidad, se requiere un caudal de hilo menor en comparación con el helio
- Gracias a una baja energía de ionización facilita el cebado y origina arcos estables
- Idóneo para bajos espesores, al tener una energía de ionización reducida , necesita tensiones reducidas que, a su vez, genera arcos poco enérgicos, con un parte reducido del calor, que permite la soldadura de piezas con pequeños espesores
HELIO
Las principales características del helio son su alto potencial de ionización, una columna de plasma ancha debido a su alta conductividad y una baja densidad. Como consecuente tenemos un aporte térmico muy elevado, cordones anchos y de gran penetración y un proceso a gran velocidad.
Entre las principales aplicaciones del helio se encuentran:
- Soldadura de grandes espesores
- Permite una soldadura automatizada donde se pueden emplear grandes velocidades
- Soldadura de materiales de gran conductividad como el cobre, lo cual reduce la necesidad de un precalentamiento
DIOXIDO DE CARBONO
Es el único gas activo que por si solo se puede utilizar como un gas de protección. Las ventajas mas importantes del CO2 son su bajo costo, su alta velocidad de soldadura y la gran penetración
Entre los principales inconvenientes podemos mencionar que se generan una gran cantidad de salpicaduras y la superficie de los cordones queda ligeramente oxidada. Normalmente se utiliza mezclado con argón
¿Qué es la nitruración?
Es un tratamiento termoquímico de endurecimiento superficial por el cual se incorpora Nitrógeno a una superficie de acero, compuesto principalmente por fase ferrítica, mediante el calentamiento en una atmósfera de amoníaco. Con el objetivo de incrementar la dureza superficial de las piezas, la resistencia a la corrosión y a la fatiga.
Aplicación de la nitruración
Se aplica en aceros especiales con un contenido en carbono que suele estar comprendido entre 0.25 a 0.50% y con elementos de aleación como Cromo y Aluminio, que favorecen la difusión del Nitrógeno, y Molibdeno, que elimina la fragilidad de la capa nitrurada.
Aceros para nitruración
No todos los aceros son aptos para nitrurar, ya que en ocasiones el procedimiento puede resultar contraproducente, tales como los aceros al carbón, en los que el nitrógeno penetra demasiado rápido en la estructura y la capa nitrurada tiende a desprenderse.
Para la nitruración resulta más conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad de aluminio (1% aproximadamente).
¿Cómo se hace la nitruración?
Puede ser a través de dos mecanismos. Un primer tratamiento de conversión química superficial, en el que tiene lugar la formación de una capa compuesta principalmente por nitruro de hierro (Fe2N).
Un segundo tratamiento de difusión de Nitrógeno como solución sólida y de combinación con algunos elementos de aleación del acero (Cromo, Aluminio, Volframio, Molibdeno y Titanio, principalmente) para formar nitruros finamente dispersos, conduciendo a un endurecimiento estructural.
En Exel Air contamos con la experiencia para una asesoría enfocada en tus necesidades.
Oxígeno industrial vs medicinal
El oxígeno es un gas incoloro, insaboro e inoloro, y es 1.1 veces más pesado que el aire, por sí solo no es inflamable pero puede mantener la combustión y puede causar fuego o explosión. De igual manera todos recordamos que el Oxígeno (O2), es indispensable para mantener la vida, y el cual se encuentra en la atmósfera en aproximadamente un 21% del volumen de la misma.
Gases medicinales
Los gases medicinales facilitan la función respiratoria, ayudan en la exploración pulmonar y del sistema sanguíneo, y son coadyuvantes de la anestesia. También se aplican para establecer diagnósticos, en cirugía, en esterilización y en el laboratorio clínico para el calibrado de algunos equipos y aparatos.
Gases industriales
Los gases industriales pueden ser a la vez orgánicos e inorgánicos y se obtienen del aire mediante un proceso de separación o producidos por síntesis química cumpliendo con los requerimientos de la norma que rige el proceso.
En el caso del oxigeno industrial y medicinal cuentan con una pureza del 99.995% pero su proceso de envasado es diferente para garantizar un consumo seguro hacia las personas.
Identificación de cilindros
En Exel Air sabemos que la identificación mediante el uso de colores y de inscripciones marcadas sobre el recipiente, de la naturaleza de gases industriales, medicinales y mezclas de los mismos contenidos en cilindros nos ayuda a facilitar su manejo, cuidado y transporte.
Existen varios sistemas de identificación de cilindro como:
- Esquema del color de pintura único usado para cilindros de gases.
- Calcomanía colocada en la ojiva, en la cual se menciona el nombre del gas y precauciones principales para su manejo. En el caso del oxígeno medicinal se le agrega otra calcomanía con una cruz en rojo que lo identifica para este uso.
- Con etiquetas en forma visible y estable, evitando un estampado en el cuerpo del contenedor. Las etiquetas deben ser fijadas en la ojiva e incluir el nombre del gas en idioma español, su fórmula química, el nombre usual del producto en caso de mezclas y la identificación del fabricante del gas.
- En la tapa de protección del cilindro deberá pintarse del color correspondiente al gas principal de acuerdo al código.
- En caso de que sea una mezcla de gases, el casquete semiesférico o todo el cilindro debe llevar el color correspondiente al gas predominante en la mezcla, en tanto, el segundo gas es identificado mediante la superposición de una banda circular del color correspondiente al mismo, con un ancho igual a 1/10 de la altura del cilindro.
En Exel air hacemos hincapié de nunca confiarse sólo en el color del cilindro para determinar su contenido. Leer la etiqueta para su identificación y verificación del tipo de válvula es lo más recomendable.
Aplicaciones industriales del bióxido de carbono
El CO2 (bióxido de carbono), también denominado anhídrido carbónico o dióxido de carbono, es un gas presente en el aire cuyas moléculas están compuestas por dos átomos de oxígeno y uno de carbono. Es soluble en agua a presión constante, se encuentra en la naturaleza en forma gaseosa, pero cuando se le somete a una presión y temperatura muy baja se vuelve líquido y llega a ser sólido formando lo conocido como hielo seco y nieve carbónica.
Características y propiedades
Es un compuesto no tóxico, no inflamable y abundante en la naturaleza, inodoro, incoloro e insaboro.
Obtención
El CO2 se forma a partir de diversos procesos como:
- Combustión
- Fermentación
- Respiración
- Reacción de carbonatos en medio ácido
Aplicaciones industriales
Dadas sus propiedades físicas y químicas se utiliza desde hace muchos años en la industria alimentaria. En la producción de bebidas carbonatadas, la utilización de este gas en envases con atmósferas modificadas o protectoras. Además de otros usos, como su aplicación para el tratamiento de aguas potables y residuales, la construcción de polímeros, fabricación de hielo seco para limpiezas criogénicas, etc.
En Exel Air, el bióxido de carbono es uno de nuestros principales productos. a partir de un tanque (9.5m3) surtimos cualquier demanda de gas de manera personalizada. ¡Contáctanos!