PROCESO FLUX CORED ARC WELDING (FCAW)

INTRODUCCIÓN

En el siguiente trabajo se tratan temas de soldadura por arco con núcleo de fundente, se explica la forma en que se debe soldar con este proceso, los equipos en los que se puede llevar a cabo esta operación y su funcionamiento, además se hace una explicación y clasificación de los materiales que intervienen en este proceso como los son los electrodos, el material base de la soldadura y los gasesprotectores, al final se presenta una lista de las ventajas y desventajas de este proceso, además de enseñar una tabla en la que se identifican una serie de problemas y se dan las respectivas causas y sus posible soluciones.
Con este trabajo se pretende hacer una breve inacción a este proceso y dar una idea general de este. Para las personas que no tienen ningún conocimiento de soldadura.
OBJETIVOS
1. Dar a conocer de un manera general el proceso FCAW
2. Identificar los equipos diseñados para este proceso
3. Enseñar las aplicaciones de la soldadura FCAW
4. Ilustrar las ventajas y desventajas de la soldadura por arco con núcleo de fundente
5. Dar una breve introducción a la manera de soldar con FCAW
6. Enseñar a distinguir los diferentes tipos de electrodos y sus aplicaciones
7. Dar unas recomendaciones de seguridad al soldar con FCAW.

FUNDAMENTOS DEL PROCESO

La soldadura por arco con núcleo de fundente (flux cored arc welding, FCAW) es un proceso de soldadura por arco que aprovecha un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte y el charco de soldadura. Este proceso se emplea con protección de un fundente contenido dentro del electrodo tubular, con o sin un escudo adicional de gasde procedencia externa, y sin aplicación de presión.
El electrodo con núcleo de fundente es un electrodo tubular de metal de aporte compuesto que consiste en una funda metálica y un núcleo con diversos materiales pulverizados. Durante la soldadura, se produce un manto de escoria abundante sobre la superficie de la franja de soldadura.
El aspecto que distingue al proceso FCAW de otros procesos de soldadura por arco es la inclusión de ingredientes fundentes dentro de un electrodo de alimentacióncontinua. Las notables características de operación del proceso y las propiedades de la soldadura resultante se pueden atribuir al empleo de este tipo de electrodo.
El proceso FCAW tiene dos variaciones principales que difieren en su método de protección del arco y del charco de soldadura contra la contaminación por gases atmosféricos (oxigeno y nitrógeno). Una de ellas, la FCAW con autoprotección, protege el metal fundido mediante la descomposición y vaporización del núcleo de fundente en el calor del arco. El otro tipo, la FCAW con escudo de gas, utiliza un flujo de gas protector además de la acción del núcleo de fundente. En ambos métodos, el material del núcleo del electrodo proporciona una cubierta de escoria sustancial que protege el metal de soldadura durante su solidificación.
Normalmente, la soldadura por arco con núcleo de fundente es un proceso semiautomático, aunque también se emplea para soldadura automática y mecanizada.

HISTORIA

Los procesos de soldadura por arco metálico con escudo de gasse han usado desde principios de la década de 1920. Experimentosrealizados en esa época indicaron que las propiedades del metal de soldadura mejoraban significativamente si el arco y el metal de soldadura se protegían contra la contaminación por parte de la atmósfera. Sin embargo, la invención de los electrodos recubiertos a finales de esa década redujo el interés en los métodos con escudo de gas.
No fue sino hasta principios de los años cuarenta, con la introducción y aceptación comercial del proceso de soldadura por arco de tungsteno y gas, que resurgió el interés por los métodos con escudo de gas. Después en esa misma década, se comercializó con éxito el proceso de soldadura por arco de metal y gas. Los principales gases protectores entonces eran argón y helio.
Ciertas investigaciones realizadas sobre soldaduras manuales hechas con electrodo recubierto incluyeron un análisis del gas que se producía al desintegrarse las coberturas de los electrodos. Los resultados de dichos análisis indicaron que el gas predominante en las emisiones de la cobertura era CO2. Este descubrimiento pronto condujo al empleo de CO2 como protección en el proceso de arco de metal y gas aplicado a aceros al carbono. Aunque los primeros experimentos con CO2 como gas protector fracasaron, finalmente Se desarrollaron técnicas que permitían su uso. La GMAW con escudo de dióxido de carbono apareció en el mercado a mediados de la década de 1950.
Aproximadamente en la misma época se combinó el escudo de CO2 con un electrodo tubular relleno de fundente que resolvía muchos de los problemas que se hablan presentado anteriormente, Las características de operación se mejoraron mediante la adición de los materiales del núcleo, y se elevó la calidad de las soldaduras al eliminarse la contaminación por la atmósfera. El proceso se presentó al publicó en la Exposición de la AWS efectuada en Buffalo, Nueva York, en mayo de 1954. Los electrodos y el equipo se refinaron y aparecieron prácticamente en su forma actual en 1957.
El proceso se está mejorando continuamente. Las fuentes de potencia y los alimentadores de alambre Se han simplificado mucho y son más confiables que sus predecesores. Las nuevas pistolas son ligeras y resistentes. Los electrodos se mejoran día con día. Entre los avances más recientes están los electrodo de aleación y de diámetro pequeño [hasta 0.9 mm (0.035 pulg)].

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL PROCESO

Los beneficios de FCAW se obtienen al combinarse tres características generales:
(1) La productividad de La soldadura de alambre continuo.
(2) Las cualidades metalúrgicas que pueden derivarse de un fundente.
(3) Una escoria que sustenta y moldea La franja de soldadura.
El proceso FCAW combina características de la soldadura por arco de metal protegido (SMAW), la soldadura por arco de metal y gas (GMAW) y la soldadura por arco sumergido (SAW).
En el método con escudo de gas, el gas protector (por lo regular dióxido de carbono o una mezcla de argón y dióxido de carbono) protege el metal fundido del oxigeno y el nitrógeno del aire al formar una envoltura alrededor del arco y sobre el charco de soldadura. Casi nunca es necesario desnitrificar el metal de soldadura porque el nitrógeno del aire queda prácticamente excluido. Es posible, empero, que se genere cierta cantidad de oxigeno por la disociación de CO2 para formar monóxido de carbono y oxigeno. Las composiciones de los electrodos incluyen desoxidantes que se combinan con cantidades pequeñas de oxigeno en el escudo de gas.
En el método con autoprotección se obtiene a partir de ingredientes vaporizados del fundente que desplazan el aire y por la escoria que cubre las gotas de metal derretido y el charco de soldadura durante la operación. La producción de CO2 y la introducción de agentes desoxidantes y desnitrurantes que proceden de ingredientes del fundente justo en la superficie del charco de soldadura explican por qué los electrodos con autoprotección pueden tolerar corrientes de aire más fuertes que los electrodos con escudo de gas. Es por esto que la FCAW con autoprotección es et método preferido para trabajoen el campo como el que se muestra en la figura 5.3.
Una característica de ciertos electrodos con autoprotección es el empleo de extensiones de electrodo largas. La extensión del electrodo es el tramo de electrodo no fundido que se extiende más allá del extremo del tubo de contacto durante la soldadura.
En general se usan extensiones de 19 a 95 mm (0.5 a 3.75 pulg) con los electrodos autoprotegidos, dependiendo de la aplicación.
Al incrementarse la extensión del electrodo aumenta el Calentamiento por resistencia del electrodo. Esto precalienta el electrodo y reduce la caída de voltaje a través del arco. Al mismo tiempo, la corriente de soldadura baja, con la consecuente reducción de el calordisponible para fundir el metal base. La franja de soldadura que resulta es angosta y poco profunda, lo que hace al proceso ideal para soldar materiales de calibre delgado y para salvar huecos causados por un embotamiento deficiente. Si se mantiene la longitud (voltaje) del arco y la corriente de soldadura (subiendo el voltaje. en la fuente de potencia e incrementando la velocidad de alimentación del electrodo), el aumento en la extensión del electrodo elevará la tasa de deposición.
Con ciertos tipos de electrodos con núcleo de. Fundente y autoprotección, la polaridad recomendable es CCEN (corriente continua, electrodo negativo) (polaridad directa), ya que produce menor penetración en el metal base. Esto hace posible usar con éxito electrodos de diámetro pequeño [de 0.8 mm (0.030 pulg), 0.9 mm (0.035 pulg) y 1.2 mm (0.045 pulg)] para soldar materiales de calibre delgado. Se han desarrollado electrodos autoprotegidos específicamente para soldar los aceros recubiertos de cinc y aluminizados que se usan comúnmente en la actualidad para fabricar automóviles. En contraste, el método con escudo de gas es apropiado para la producción de soldaduras angostas y penetrantes. Se usan extensiones de electrodo cortas y corrientes de soldadura elevadas con alambres de todos los diámetros. Las soldaduras de filete hechas por FCAW son más angostas y de garganta mas profunda que las producidas con SMAW. El principio de extensión del electrodo no puede aplicarse al método con escudo de gas porque una extensión grande afecta adversamente la protección.

APLICACIONES PRINCIPALES

Las aplicaciones de las dos variantes del proceso FCAW se traslapan, pero las características específicas de cada una las hacen apropiadas para diferentes condiciones de operación. El proceso se emplea para soldar aceros al carbono y de baja aleación, aceros inoxidables y hierros colados. También sirve para soldar por puntos uniones traslapadas en láminas y placas, así como para revestimiento y deposición de superficies duras.
El tipo de FCAW que se use dependerá del tipo de electrodos de que se disponga, los requisitos de propiedades mecánicas de las uniones soldadas y los diseños y embotamiento de las uniones. En general, el método autoprotegido puede usarse en aplicaciones que normalmente se unen mediante soldadura por arco de metal protegido. El método con escudo de gas puede servir para algunas aplicaciones que se unen con el proceso de soldadura por arco de metal y gas. Es preciso comparar las ventajas y desventajas del proceso FCAW con las de esos otros procesos cuando se evalúa para una aplicación específica.
En muchas aplicaciones, el principal atractivo de la soldadura por arco con núcleo de fundente, en comparación con la de arco de metal protegido, es la mayor productividad. Esto generalmente se traduce en costos globales más bajos por kilogramo de metal depositado en uniones que permiten la soldadura continua y están fácilmente accesibles para la pistola y el equipo de de fabricación en general, recubrimiento, unión de metales FCAW. Las ventajas consisten en tasas de deposición elevadas, disímiles, mantenimientoy reparación.
Factores de operación altos y mayores eficiencias de deposición Las desventajas más importantes, en comparación con el (no se desechan "colillas" de electrodo). Proceso SMAW, son el mayor costo del equipo, la relativa
La FCAW tiene amplia aplicación en trabajos de fabricación en taller, mantenimiento y construcción en el campo. Se ha usado para soldar ensambles que se ajustan al Código de calderas y recipientes de presión de la ASME, a las reglas del American Bureau of Shipping y a ANSI/AWS D1.1, Código de soldadura estructural – Acero. La FCAW tiene categoría de proceso precalificado en ANSI/AWS D1. 1.
Se han usado electrodos de acero inoxidable con núcleo de fundente, autoprotegidos y con escudo de gas, para trabajos de fabricaron en general, recubrimiento, unión de metales disímiles, mantenimiento y reparación.
Las desventajas más importantes, en comparación con el proceso SMAW son el mayor costo del equipo, la relativa complejidad de la configuración y control de éste, y la restricción en cuanto a la distancia de operación respecto al alimentador del electrodo de alambre. El proceso puede generar grandes volúmenes de emisiones de soldadura que requieren equipo de escape apropiado, excepto en aplicaciones de campo. En comparación con el proceso GMAW, libre de escoria, la necesidad de eliminar la escoria entre una pasada y otra representa un costo de mano de obra adicional. Esta eliminación es necesaria sobre todo en las pasadas de raíz.

EQUIPO SEMIAUTOMATICO

El equipo básico para la soldadura por arco con núcleo de fundente autoprotegida y con escudo de gas es similar. La principal diferencia radica en el suministro y regulación del gas para el arco en la variante con escudo de gas. La fuente de potencia recomendada es la de cc de voltaje constante, similar a las que se usan para soldadura por arco de metal y gas. Esta fuente deberá ser capaz de trabajar en el nivel de corriente máximo requerido para la aplicación especifica. La mayor parte de las aplicaciones semiautomáticas usa menos de 500 A. El control de voltaje deberá poderse ajustar en incrementos de un voltio menos. También se usan fuentes de potencia de cc de corriente constante con la suficiente capacidad y controles y alimentadores de alambre apropiados, pero estas aplicaciones son poco comunes.
El propósito del control de alimentación del alambre es suministrar el electrodo continuo al arco de soldadura con una velocidad constante previamente establecida. La rapidez de alimentación del electrodo determina el amperaje de soldadura suministrado por una fuente de potencia de voltaje constante. Si se modifica esta rapidez, la máquina soldadora se ajustará automáticamente para mantener el voltaje de arco preestablecido. La velocidad de alimentación del electrodo se puede controlar por mediosmecánicos o electrónicos.
Este proceso requiere rodillos impulsores que no aplanen ni distorsionen de alguna otra manera el electrodo tubular. Se emplean diversos rodillos con superficies ranuradas y moleteadas para adelantar el electrodo. Algunos alimentadores de alambre tienen solo un par de rodillos impulsores, mientras que otros cuentan con dos pares en los que por lo menos uno de los rodillos de cada par está conectado a un motor. Si todos los rodillos están motorizados, el alambre se podrá adelantar ejerciendo menos presión con los rodillos.
Las pistolas típicas para soldadura semiautomática. Están diseñadas de modo que se sostengan cómodamente, sean fáciles de manipular y duren largo tiempo. Las pistolas establecen un contacto interno con el electrodo a fin de conducir la corriente de soldadura. La corriente y la alimentación del electrodo se accionan con un interruptor montado en la pistola.

Las pistolas soldadoras pueden enfriarse con aire o con agua. Se prefieren las pistolas enfriadas por aire porque no hay necesidad de un suministro de agua, pero las enfriadas por agua son más compactas y ligeras, y requieren menos mantenimiento que las enfriadas por aire. Además, suelen tener especificaciones de corriente más altas, que pueden Llegar a 600 A con ciclo de trabajo continuo. Las pistolas pueden tener boquillas rectas o curvas. El ángulo de la boquilla curva puede variar de 400 a
En algunas aplicaciones, la boquilla curva ofrece mayor flexibilidad y facilidad de manipulación del electrodo.
Algunos electrodos autoprotegidos con núcleo de fundente requieren una extensión de electrodo mínima específica para proveer una protección adecuada. Las pistolas que usan estos electrodos generalmente cuentan con tubos guía provistos de una extensión aislada que sustenta el electrodo y asegura que se extenderá al menos una distancia mínima. Los detalles de una boquilla de electrodo autoprotegido, incluido el tubo gula aislado, se ilustra en seguida.

EQUIPO AUTOMATICO

Para este tipo de operación se recomienda una fuente de potencia de cc de voltaje constante diseñada para un ciclo de trabajo del
100%. El tamaño de la fuente de potencia está determinado por la corriente que requiere el trabajo por realizar. Como pueden ser necesarios electrodos grandes, tasas de alimentación de electrodo elevadas y tiempos de soldadura prolongados, los alimentadores de electrodo por fuerza tienen motores impulsores de mayor capacidad y componentes para trabajo más pesado que en equipo similar para operación semiautomática.
Las boquillas pueden diseñarse de modo que formen un escudo lateral o concéntrico alrededor del electrodo. El escudo lateral permite soldar en surcos angostos y profundos y minimiza la acumulación de salpicaduras en la boquilla. Las unidades de boquilla pueden enfriarse con aire o con agua. En general, se prefieren las boquillas enfriadas por aire para soldar con corrientes de hasta 600 A. Si la corriente va a ser mayor, se recomienda usar una boquilla enfriada por agua. Es posible usar pistolas soldadoras en tándem con el fin de lograr tasas de deposición más altas con electrodos protegidos por gas.
En trabajos de recubrimiento a gran escala, se puede aumentar la productividad empleando equipo automático oscilante con múltiples electrodos. Estas instalaciones pueden incluir un manipulador montado sobre rieles que sostiene una cabeza soldadora oscilante de múltiples electrodos con alimentadores de electrodo individuales y un rodillo giratorio motorizado también montado en rieles, además de fuente de potencia, controles electrónicos y sistema de suministro de electrodo.