GTAW: LA SOLDADURA PARA UNIR TODO TIPO DE MATERIALES

La Asociación Americana de Soldadura (AWS) clasifica los tipos de uniones por soldaduras en seis: soldadura blanda (soldering), soldadura en estado sólido, soldadura fuerte (brazing), soldadura por oxicombustible, soldadura por resistencia eléctrica y soldadura por arco.

De estos tipos, uno de los más populares es el de soldadura por arco que, a su vez, se clasifica en: soldadura por arco con electrodo revestido, soldadura de arco con alambre continuo bajo protección gaseosa, soldadura por arco sumergido, soldadura de tubular con protección y sin protección y soldadura por arco con gas tungsteno, que es al que dedicamos este artículo.

¿Qué significa GTAW?

La soldadura por arco de gas tungsteno o proceso GTAW (por las siglas en inglés de gas tungsten arc weldingcrea una unión entre dos materiales con la ayuda de una pistola o un maneral que en su interior tiene un electrodo no consumible de tungsteno encargado de generar el arco eléctrico necesario para fundir el elemento de aporte (1).

soldadura por arco de gas tungsteno
Los resultados obtenidos con GTAW son los mismos si se utiliza una corriente alterna o una corriente continua. La elección de una u otra depende del material a soldar. Fuente: Carrasco, 2012.

A través del maneral también se libera un gas inerte que crea una capa protectora para mantener el oxígeno del ambiente fuera del cordón de soldadura hasta que éste se solidifique para evitar, de esta forma, cualquier inconveniente en la unión soldada.

Equipo

La soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas necesita de 5 herramientas (1):

1. Fuente poder. Origen de la corriente que provee la energía necesaria para la soldadura. Primero, genera el arco entre el material y el electrodo de tungsteno y después se encarga de la liberación de un gas que forma una capa protectora sobre el cordón de soldadura.

2. Pistola o maneral. Herramienta que permite el control de la soldadura y que se compone de dos partes: el electrodo de tungsteno y los conductos por los que se extiende el gas inerte.

El electrodo se encuentra en la parte central del maneral y es a través de este que la corriente fluye. Los conductos, por su parte, se localizan alrededor del electrodo y, como ya mencionamos, son los encargados de esparcir el gas y formar una capa protectora que va a evitar la oxidación del cordón de soldadura y, por lo tanto, ciertos defectos.

La soldadura por arco con electrodo de tungsteno con gas (GTAW) también se conoce como soldadura de tungsteno y gas inerte (TIG).

3. Depósito de gas. Tanque que almacena gases, ya sean una mezcla de argón y dióxido de carbono o de argón y nitrógeno. El diseño del depósito está condicionado por la combinación de gases que se va a emplear. Es importante que se preste atención a la válvula de conexión para evitar cualquier fuga.

4. Válvulas y mangueras. Dispositivos que intervienen en el control, regulación y transporte del gas o la combinación de éstos al momento de soldar. También reciben el nombre de reguladores.

5. Material de aporte. Elemento con el cual se lleva a cabo la unión. Por lo general, es del mismo material que se va a soldar para evitar cualquier tipo de disimilitud.


proceso de soldadura gtaw Grupo Acura
Por lo general, el procedimiento GTAW utiliza siempre un material de aporte; no obstante, puede no utilizarlo cuando los espesores son muy delgados.

Electrodos y gases inertes

Del equipo utilizado en el procedimiento GTAW, la herramienta más importante es el maneral porque es ella la que contiene el electrodo y los tubos que conducen el gas inerte.

Los electrodos se clasifican en cinco tipos (2):

  • EWCe. Se componen de cerio y surgen como reemplazo a los electrodos con torio para no ser radioactivos, pueden operar en corriente alterna o continua y si se comparan con los electrodos de tungsteno exhiben una menor velocidad de vaporización o quemadura.
  • EWG. Categoría abierta que incluye todas las aleaciones no descritas en los tipos precedentes y consecuentes. Poseen cantidades sin especificar de óxidos como tierras raras. Algunos de ellos son creados y desarrollados comercialmente.
  • EWLa. Son similares a los electrodos EWCe tanto en características como en ventajas de operación; al igual que ellos, no son radioactivos pues fueron creados con una adición de lantano (1 % de LA2O3).
  • EWP. Poseen 99.5 % de tungsteno sin elementos aleantes, su capacidad de corriente es menor que la de los electrodo aleados y se utilizan en soldaduras con corriente alterna de aleaciones de aluminio y magnesio.

El proceso GTAW fue desarrollado en 1940 como una soldadura de aleaciones de aluminio y magnesio (2).

  • EWTh. Contienen óxidos aleantes que hacen posible utilizarlos en corrientes mayores de arcos (alrededor de un 20 % más capacidad), tienen una vida útil larga y presentan mayor resistencia a la contaminación.
  • EWZr. Están formados con una pequeña cantidad de óxido de zirconio (ZrO2), armonizan la estabilidad del arco del electrodo de tungsteno puro con las capacidades de corriente del electrodo con torio, presentan una mayor resistencia a la contaminación que el electrodo puro y se prefieren para procesos de soldadura con calidad radiográfica.

Respecto a los gases inertes que se esparcen a través de los conductos alrededor del electrodo hay que decir que deben contar con diversas propiedades, entre ellas el suministrar buena conductividad térmica y energía de ionización en el arco y tener una densidad apropiada para poder brindar una buena protección (3).

El gas más utilizado durante el proceso GTAW es el argón aunque también hace uso de otros. Además, si bien son los gases inertes los requeridos para esta soldadura, en ocasiones, pueden complementarse con pequeñas cantidades de hidrógeno que es un gas activo.

Aplicaciones de la soldadura GTAW

La soldadura por arco de gas tungsteno es, de entre todas las soldaduras por arco, la que puede soldar un mayor número de materiales incluyendo aleaciones pesadas, materiales sensibles a la oxidación o metales exóticos.

Por lo general, la GTAW se utiliza para soldar acero al carbón, acero inoxidable y aluminio aunque también es útil para unir cromo molibdeno, magnesio, níquel y titanio (4) (5).

Específicamente, la soldadura GTAW se prefiere en la unión de juntas de alta calidad, es decir, en cordones que requieren de un acabado visualmente perfecto y es útil tanto para trabajos de fabricación como de reparación ya sea con soldaduras manuales o automáticas.

proceso gtaw Grupo Acura
Las medidas de los electrodos de tungsteno en la soldadura GTAW dependen del aporte, la capacidad del equipo de soldadura y la necesidad de penetración.

En cuanto a su uso en sectores industriales se prefieren en la industria aeronáutica, alimentaria, automotriz, constructora, metálica, nuclear, ornamental, petroquímica y química (4). 

Ventajas

Además de la amplia aplicación que la soldadura GTAW puede tener tanto en materiales como en industrias, algunas otras ventajas relacionadas con ésta son:

  • Alta calidad. Se distingue por crear soldaduras muy finas y de alta calidad por lo que es una excelente opción para aplicaciones en las cuales el acabado final es relevante o en caso de requerir soldaduras de calidad de rayos X.
  • Espesores finos. Ideal para materiales de espesores de medio a bajos que exigen un control de la microestructura. Esta soldadura funciona bien incluso con materiales medidos por calibre.
  • Sin escoria. La GTAW, a diferencia de otros tipos de soldeo, no produce chispas, escoria, humo o salpicaduras lo que tiene como consecuencia la disminución de la posibilidad de inclusiones en el metal depositado y que no se requiere una limpieza final.

A pesar de ser un procedimiento “limpio” es necesario que se realice siempre en un cuarto con una ventilación adecuada y que los técnicos posean la protección adecuada.

El argón es el gas de protección más utilizado ya que exige menor distancia entre apoyos de un elemento estructural  más bajos para dar el mismo blindaje, facilita la estabilidad del arco, posee una penetración reducida y tiene un costo relativamente bajo (3).

  • Con o sin material de aporte. El proceso GTAW es muy versátil así que puede o no usar material de aporte. El aporte puede ser el mismo metal base o pieza a soldar (siempre que estén adecuadamente preparadas) o varillas de aporte estandarizadas (con las propiedades físicas y químicas correctas para realizar una buena soldadura).
  • Toda posición. Permite soldar en cualquier posición de soldadura (plana, horizontal, vertical, sobre cabeza, etc.) en los diferentes planos de soldar.

En Grupo Acura diseñamos y fabricamos a medida tanques de acero al carbono y acero inoxidable elaborados con acero T304 o T316 y con buenas propiedades de soldabilidad.

soldadura gtaw Grupo Acura
El afilado de la punta del electrodo de tungsteno en la GTAW puede incidir en el proceso de acuerdo con el tipo y las condiciones del material a soldar.

Desventajas

Pese a sus múltiples ventajas, el proceso de soldadura GTAW puede presentar las desventajas que a continuación te mencionamos:

  • Alto índice de rayos UV. Posee un índice de radiación ultravioleta mayor del recomendado por lo que se insta a que el o los operadores estén bien protegidos al momento de soldar.
  • Alto nivel de destreza. Requiere de un alto nivel de dominio y experiencia para realizar una soldadura GTAW de calidad. Es necesario que haya una coordinación perfecta entre el sentido de la vista y la coordinación manual.
  • Disminución de portabilidad. Debido a que dentro del equipo necesario para realizar esta soldadura hay un depósito de gas, la portabilidad de este proceso se reduce aunque no se imposibilita.
  • No está apta para aire libre. La GTAW no es la mejor opción para soldar en áreas al aire libre porque se incrementa la dificultad para proteger la zona de unión. Es preferible soldar en áreas cerradas pero bien ventiladas.

El tungsteno es el metal con mayor punto de fusión (3 410° C), por esta razón, es elegido como electrodo para la soldadura GTAW (6).

  • Proceso lento. Esta soldadura, como mencionamos anteriormente, produce mejores resultados en materiales con espesores finos, por esta razón, si se quiere soldar materiales gruesos es preferible optar por una SMAW o una GMAW.
  • Sin desoxidantes agregados. Los electrodos de tungsteno no contienen desoxidantes por lo que esta soldadura no representa una buena opción para material oxidado o con residuos de fabricación, en otras palabras, el material a soldar debe estar lo más limpio posible.
  • Velocidad de deposición baja. La velocidad de deposición hace referencia a la cantidad de metal de aportación que se deposita en una cantidad de tiempo. La GTAW tiene una velocidad baja; así, por ejemplo, la velocidad promedio de una soldadura GMAW usando un alambre sólido es de 3.6 a 4 Kg/h mientras que con una GTAW es de 0.9 a 1.4 Kg/h.

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