Los primeros pasos en la soldadura incluían unir dos piezas usando un electrodo desnudo, pero pronto surgieron los problemas. Las soldaduras eran muy porosas y quebradizas debido a la interacción entre el área de soldadura y los gases en la atmósfera, lo que provocó el agrietamiento y, finalmente, la falla de las soldaduras completas.
Se realizaron investigaciones notables para superar estos problemas durante la década de 1920, cuando los primeros científicos utilizaron gas externo suministrado alrededor del arco. El descubrimiento del gas de protección para soldadura sentó las bases para la soldadura moderna que conocemos hoy y dos de los procesos de soldadura más populares: soldadura TIG y MIG.
Los gases de protección juegan un papel crucial en la soldadura hasta el día de hoy, por lo que analizaremos sus propiedades y sus aspectos positivos y negativos.
Soldadura tig Aluminio. Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=9S2OdtwHWoE
¿Qué es el gas de protección de soldadura?
El gas de protección en la soldadura protege el baño de soldadura fundido a medida que se solidifica de la interacción con los gases atmosféricos como el hidrógeno y el nitrógeno. Si no hay protección, los gases ingresan al baño de soldadura y quedan atrapados o se evaporan en forma de pequeñas burbujas de la soldadura, lo que genera el defecto de soldadura comúnmente conocido como porosidad. La porosidad también puede ocurrir dentro de la soldadura, afectando su integridad, provocando grietas y, eventualmente, fallas.
En la soldadura con núcleo revestido y fundente, una capa protectora de fundente contenida en el núcleo del alambre o el electrodo protege el charco de soldadura. Sin embargo, los procesos de soldadura por arco de tungsteno y gas y soldadura por arco de metal y gas (TIG y MIG) se basan en gases de protección externos.
Fuente: https://weldguru.com/what-is-flux-in-welding/
Además de la protección, los gases de soldadura también pueden afectar la estabilidad del arco, la penetración, la transferencia de calor y la preparación y limpieza antes y después de la soldadura. Por lo tanto, los gases de soldadura son más que un simple escudo para su soldadura.
La elección del gas de protección puede hacer o deshacer su proyecto de soldadura, por lo que es crucial conocer la diferencia y las propiedades de cada uno. Dado que a menudo se pasa por alto la elección del gas de protección adecuado, elaboramos esta guía completa sobre los gases de protección más comunes y sus mezclas.
Tipos de gases de protección
Los gases de protección se clasifican por su reactividad con otros elementos y gases en tres grupos: gases inertes, semirreactivos y reactivos.
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Los gases inertes, o gases no reactivos, como su nombre lo indica, son capaces de resistir cualquier reacción química o cualquier interacción con el electrodo, el metal de soldadura o la atmósfera. Como resultado, a menudo se usan en aplicaciones críticas que requieren limpieza con pocas salpicaduras. El argón y el helio son gases inertes de uso común en la soldadura, y se pueden usar tanto con soldadura TIG como MIG.
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Los gases semi-reactivos, como puedes deducir, solo reaccionan parcialmente con su entorno. Por lo tanto, brindan una protección decente del baño de soldadura pero con una cierta cantidad de salpicaduras y limpieza posterior a la soldadura. El dióxido de carbono es un gas de protección típico y quizás el más utilizado en el proceso de soldadura MIG.
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Los gases reactivos reaccionan agresivamente con los compuestos y otros elementos, por lo que crean cambios en el estado de la soldadura o en las condiciones de soldadura, lo que lleva a la porosidad, la fragilidad o el agrietamiento. Sin embargo, un gas reactivo como oxígeno, nitrógeno o hidrógeno aumenta el calor o la fluidez de la piscina cuando se agrega en un 1-3 % a una mezcla de dos o tres gases. Sin embargo, aumentar el valor del gas reactivo puede causar los únicos problemas que estamos tratando de evitar al introducir el blindaje. Además, los gases reactivos contaminan los electrodos de tungsteno, lo que hace que el arco de soldadura sea muy errático. Como resultado, estos no se usan comúnmente en la soldadura TIG.
Comprender los principales grupos de gases de protección es una buena base, pero para saber cuál es el mejor para su proyecto de soldadura, tendrá que profundizar más. La siguiente sección explicará cómo funcionan los gases de soldadura comunes en aplicaciones específicas.
Gas inerte argón en soldadura
El argón es un gas inerte que se mantiene perfectamente estable a altas temperaturas del arco de soldadura que incluso pueden alcanzar los 5000 F. Como gas inerte, el argón resiste la interacción con el metal de soldadura y el electrodo, crea una atmósfera de soldadura única y aleja todos los demás gases del charco de soldadura. Por lo tanto, la integridad estructural del material no se ve afectada.
El argón también proporciona inicios de arco de soldadura confiables y fáciles en aplicaciones de corriente alterna (CA) y funciona bien a voltajes más bajos. Estas características positivas hacen del argón uno de los gases de protección más utilizados en la soldadura, pero no deja de tener sus inconvenientes.
Aunque el argón puro proporciona un arco estable y una limpieza inigualable, lo cual es crucial cuando se suelda aluminio, titanio y magnesio, la soldadura muestra un acabado más amplio y un perfil de penetración de soldadura algo pobre, también conocido como copa de vino o dedo. Si bien estos resultados pueden pasar por soldaduras a tope y de filete, el argón puro no se usa mucho en la soldadura de acero o en la soldadura por encima de la cabeza y fuera de posición debido a su densidad.
Soldadura tig Aluminio. Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=9S2OdtwHWoE
Otra desventaja del argón, o cualquier gas noble, es el precio. Es más caro que el CO2 o los gases reactivos que se encuentran en la atmósfera, por lo que los soldadores generalmente lo usan en la mezcla de gases de protección para mejorar la economía, los resultados de soldadura y las propiedades de la soldadura terminada. No obstante, las aplicaciones críticamente limpias a menudo requerirán un blindaje de argón al 100 %.
Gas inerte helio en soldadura
El helio es otro gas inerte que encontró su camino en la soldadura debido a sus buenas características de protección y rendimiento de soldadura, pero también a una penetración más amplia en comparación con el argón. El helio produce un perfil de penetración amplio y profundo, lo que lo hace excelente para soldar materiales gruesos.
Al igual que el argón, el helio puro muestra excelentes resultados al soldar magnesio, cobre y aluminio. Sin embargo, la estabilidad del arco es significativamente menor cuando se suelda acero y muestra características de arco débiles en aplicaciones de bajo amperaje. Además, el helio requiere un mayor flujo de gas, lo que, combinado con un alto costo, no hace que el blindaje de helio al 100 % sea la opción de gas de protección más económica y mejor.
Es por eso que generalmente se ve helio en mezclas de dos o tres gases. Por ejemplo, el helio generalmente se combina con argón en la soldadura TIG, donde la mezcla de argón y helio aprovecha lo mejor de ambos gases: buenas características de inicio de arco, estabilidad del arco, buena protección, poca salpicadura, penetración adecuada y todo eso a un precio más razonable. en comparación con el uso de blindaje de helio puro.
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=9S2OdtwHWoE
Dióxido de carbono (CO2) en soldadura
El dióxido de carbono es un gas semirreactivo que puede reaccionar en situaciones específicas, pero muestra resultados prometedores cuando se suelda acero MIG. Su precio es una de las principales razones que hacen del CO2 uno de los gases más utilizados en la soldadura MIG. A diferencia del helio, el dióxido de carbono es fácil de extraer e incluso puede rellenar su botella en tiendas de paintball, acuarios domésticos o cervecerías.
Debido a su gran popularidad entre los soldadores, es posible que encuentre el término MAG, que se refiere a la soldadura de gas activo de metal, que incluye la soldadura MIG con gases reactivos como el CO2 o el oxígeno. Actualmente, el gas inerte metálico (MIG) y MAG se usan a menudo para describir el mismo proceso, ya que muchos soldadores MIG comenzaron a introducir CO2 o gases reactivos en su mezcla.
¿Es el precio asequible la única razón por la que los soldadores utilizan dióxido de carbono como gas de protección? La respuesta es no. El dióxido de carbono como gas de protección proporciona una excelente penetración, mejora la velocidad de soldadura y otorga buenas propiedades mecánicas al acero soldado. Es por eso que los soldadores a menudo usan CO2 al 100 % para soldar acero MIG económicamente más grueso, pero solo cuando la limpieza y la estética de la soldadura no son cruciales.
Soldadura MIG con 100% CO2
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=pTsithkxj8U&t=190s
Sin embargo, el alto contenido de CO2 produce muchas salpicaduras, humos y un arco tembloroso y, debido a su mayor penetración, no es el blindaje más adecuado cuando se sueldan láminas de metal. Además, el dióxido de carbono puede reaccionar con los electrodos de tungsteno, por lo que no debes usarlo con el proceso de soldadura TIG. El contenido de oxígeno en el CO2 también limita el uso para soldar materiales resistentes a la corrosión, pero pequeñas cantidades en mezclas trigas pueden mejorar el arco cuando se suelda acero inoxidable.
Tenga en cuenta que la soldadura con CO2 puro requerirá un regulador de flujo de gas dedicado. Este regulador tiene un conector específico que se ajusta a los tanques de CO2, pero el mayor problema es la resistencia a la temperatura. Los reguladores típicos de argón/CO2 pueden congelarse con un flujo de CO2 superior al 100 %, así que asegúrese de que su regulador esté clasificado para manejar gas CO2 puro.
Fuente: https://weldingpros.net/mig-welding-with-100-co2/
Gases protectores reactivos en soldadura
Como aficionado, rara vez tiene la oportunidad de usar gases reactivos para su operación de protección, pero son parcialmente útiles. Por ejemplo, aunque el oxígeno, el nitrógeno o el hidrógeno causen corrosión y porosidad, pueden mejorar la fluidez de la soldadura, la penetración u otras propiedades de la soldadura cuando se sueldan aceros al carbono suaves, aceros de baja aleación y acero inoxidable. Por otro lado, debido a su reactividad, no pueden usarse para soldar aluminio, magnesio, cobre u otros metales exóticos.
Los gases reactivos comunes utilizados en la soldadura son:
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El oxígeno es un gas altamente reactivo que causa oxidación una vez que llega al baño de soldadura. Sin embargo, cuando se agrega en pequeñas cantidades de 1 a 9 % en la mezcla de gas de protección, el oxígeno mejora la fluidez del baño de soldadura, la penetración y el rendimiento del arco. Como resultado, los soldadores lo usan comúnmente cuando quieren lograr una transferencia por aspersión y hacer el trabajo más rápido. Sin embargo, no se recomienda el blindaje de oxígeno al soldar titanio, magnesio, cobre u otros metales no ferrosos.
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El hidrógeno es uno de los gases que en realidad está tratando de sacar de su baño de soldadura. Aún así, puede usarlo como gas de protección en aplicaciones de alta temperatura para aumentar la estabilidad del arco y el rendimiento del cordón de soldadura. Incluso hay un proceso de soldadura específico que utiliza protección de hidrógeno puro llamado soldadura de hidrógeno atómico. Sin embargo, como soldador ocasional, es más probable que lo use en mezclas que incluyen 1-2% de hidrógeno al soldar aceros inoxidables austeníticos.
Fuente: https://theweldings.com/atomic-hydrogen-welding/
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El nitrógeno es el gas natural más abundante y constituye la mayor parte de nuestra atmósfera. Por lo general, se usa como gas de purga, pero puede servir como gas de protección en aplicaciones específicas. Por lo general, se usa 1-2% de nitrógeno en una mezcla de tres gases para soldar aceros inoxidables, níquel-cobre y aleaciones a base de níquel.
Gas protector
Penetración
Estabilidad del arco
Salpicar
Precio
Limpieza/
reactividad
Velocidad de soldadura
Argón
perfil pobre
Bueno incluso con CA de bajo amperaje
Bajo a ninguno
Medio a alto
Excepcionalmente limpio
Medio a bajo
Helio
Perfil más amplio
Buena estabilidad en general
Bajo a ninguno
Alto
Excepcionalmente limpio
Medio
CO2
Profundo
Medio
Alto
Bajo
Reaccionará con metales no ferrosos
Medio a alto
Gases Reactivos
Medio a profundo
Medio
Medio
Bajo
Extremadamente reactivo
Alta fluidez
Mezclas de gases de protección de uso común
Como habrá deducido, cada gas de soldadura no funciona excepcionalmente bien por sí solo, o es costoso usarlo puro, por lo que los soldadores generalmente usan mezclas. Se utilizan combinaciones de dos o tres gases para obtener lo mejor de cada gas de soldadura para proporcionar una buena cobertura de gas de protección y coincidir con las propiedades del metal de soldadura, pero también mejorar las propiedades de la soldadura, reducir los costos y el tiempo posterior a la limpieza.
Esta sección de nuestro artículo abordará las mezclas de gases de protección comúnmente utilizadas, explicando cómo y cuándo se utilizan.
Mezcla Argón/CO2
Si le pregunta a cualquier soldador MIG por una recomendación de gas protector para acero común, le dirá que es argón/dióxido de carbono. La opción típica es una mezcla C25 que incluye 75 % de argón y 25 % de dióxido de carbono, pero el contenido de gases puede variar entre 95 % y 75 % de argón y entre 5 % y 25 % de CO2.
Como regla general, cuanto más grueso se vuelve el metal, más CO2 se agrega, pero el contenido debe ser como máximo del 25 %. Esta combinación es, por algo, la más popular entre los soldadores MIG. Combina la limpieza, el buen blindaje y el excelente inicio de arco y la estabilidad del argón con la penetración, la fluidez y el bajo precio del CO2.
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=C09LC-lltWo&t=38s
Al mezclar estos dos, limita las desventajas de los gases individuales: baja penetración y altos precios del argón puro y salpicaduras y una apariencia de soldadura algo peor del CO2 puro. Por lo tanto, esta es una opción de protección de gas en la que todos ganan. Además, puede usar la transferencia por pulverización MIG con él, que se conoce como altamente productivo, por lo que puede hacer el trabajo más rápido.
En general, una mezcla de argón/CO2 es una opción única para la soldadura MIG de acero dulce. Sin embargo, no es adecuado para la soldadura TIG ni para ninguna soldadura que incluya la unión de aluminio, acero inoxidable u otros metales no ferrosos debido a la posible contaminación por oxígeno. A diferencia del CO2 puro, puede usar su regulador de argón/CO2 típico, y nuestra recomendación para una alimentación de gas suave y confiable es sin duda un regulador de caudalímetro YesWelder.
Regulador de gas con medidor de flujo YesWelder® para soldadura con argón/CO2
Mezcla de argón/helio
La mezcla de argón y helio es su opción preferida cuando suelda aluminio u otros metales no ferrosos con TIG. Debido a su precio, las mezclas suelen tener un 75 % de argón y un 25 % de helio. Si bien puede trabajar con metales delgados con argón puro, agregar helio proporciona un nivel de penetración más profundo, brinda un acabado amplio en la soldadura y aumenta la fluidez de la soldadura.
En general, puede ajustar los niveles de argón y helio para incluir entre un 25 y un 75 % de cada gas de protección según su aplicación. Agregar más helio da como resultado un arco más caliente, lo que permite velocidades de desplazamiento más rápidas y tasas de productividad más altas. Sin embargo, debe agregarlo con moderación cuando suelde materiales más delgados y tenga cuidado con los altos precios de ambos gases nobles, especialmente el helio. Esta mezcla de gas de protección funciona bien tanto en soldadura MIG como TIG.
210 AMPS, mezclas de helio/argón | Soldadura TIG de Aluminio
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=Z75xvCrVwpc
Argón/Oxígeno o CO2
Ya sabes que añadir oxígeno aumenta el riesgo de oxidación del baño de soldadura, pero en dosis extremadamente pequeñas puede tener efectos positivos. Por ejemplo, mezclar 98-99 % de argón con 1-2 % de O2 estabilizará el arco y mejorará la fluidez que permite la transferencia del rocío mientras reduce los niveles de salpicaduras y humo. Sorprendentemente, esta mezcla se usa cuando se suelda con MIG acero inoxidable austenítico, dúplex, ferrítico o austenítico de alta aleación.
Agregar 1-5% de CO2 asegurará mejores propiedades de soldadura de arco corto y soldadura posicional, pero no se usa con tanta frecuencia. Añadir tanto CO2 como O2 a la mezcla significa que no se debe utilizar con soldadura TIG por contaminación de electrodos, pero en casos excepcionales se puede añadir un 0,5% de gases reactivos.
Argón/Hidrógeno
Aunque el hidrógeno es un gas reactivo, evita que el oxígeno del aire entre en la soldadura. Por lo tanto, al agregar hasta un 5 % de aditivo de hidrógeno al 95 % de argón, se logra una alta velocidad de soldadura y una penetración profunda en la soldadura TIG. Pero recuerda que esta mezcla solo se utiliza para soldar aceros inoxidables austeníticos y aleaciones de níquel.
Cuando se trata de acero dulce, aluminio, martensítico, ferrítico o inoxidable dúplex, o aceros aleados, el contenido de hidrógeno provoca porosidad y agrietamiento, los dos problemas que intenta evitar mediante el uso de un gas de protección adecuado.
Grietas inducidas por hidrógeno
Fuente: https://www.pipingengineer.org/weld-imperfections-hydrogen-duced-cracks/
Mezclas Tri-Gas
Como principiante, lo más probable es que use soldadura manual de acero común o acero inoxidable específico, que dos mezclas de gases pueden realizar con éxito. Sin embargo, las aplicaciones avanzadas requieren combinaciones de tres gases. Por lo general, se usan en soldadura MIG, donde tiene mucho más espacio para experimentar agregando gases reactivos y utilizando sus características de arco positivo. Estas son algunas de las mezclas de gases de protección comunes:
Argón/CO2/Oxígeno: no puede equivocarse con la mezcla C25, pero agregar pequeñas cantidades de oxígeno aumenta adicionalmente la fluidez de la soldadura y las posibilidades del modo de transferencia de metal. Como resultado, puede usarlo con la transferencia de soldadura por arco rociado cuando necesite hacer el trabajo más rápido. Aun así, conserva la buena estabilidad del arco, la penetración y la apariencia de soldadura de la mezcla C25.
La mezcla de argón/helio/CO2 se usa ampliamente para lograr una transferencia de pulverización pulsada en acero inoxidable de soldadura MIG. Pequeñas cantidades de CO2 (1-2 %) aumentan la velocidad de desplazamiento y se obtiene la penetración adecuada, la forma del cordón, la estabilidad del arco y el control sobre la distorsión del metal delgado.
El helio/argón/CO2 es una mezcla estándar de la industria cuando se suelda acero inoxidable con MIG mediante un método de transferencia de cortocircuito. Esta mezcla produce una buena combinación de forma y color de cuentas, pero no es tan versátil como otras mezclas.
Soldadura MIG de acero inoxidable con Tri Mix Gas (90 % helio, 7,5 % argón, 2,5 % CO2)
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=Z75xvCrVwpc
Pensamientos finales
Proteger el baño de soldadura en soldadura MIG y TIG es crucial para lograr los mejores resultados y soldaduras sólidas. Pero los diferentes gases protectores sirven más que solo un escudo. Pueden afectar la estabilidad, la penetración y las propiedades generales de la soldadura, por lo que es crucial elegir el adecuado para su operación.
Comprender cómo funciona cada gas de protección lo ayudará mucho en su próximo proyecto de soldadura, y esperamos que nuestro artículo le haya sido útil.