Como variante de los aportes utilizados en el proceso MIG/MAG se da un caso especial de aportes que no consisten en alambres sólidos desnudos, sino en alambres en forma de tubo que contienen dentro de sí un polvo metálico, o un material fundente que, dependiendo de su composición, puede servir de revestimiento para el proceso o no. Éstos son los conocidos como «alambres tubulares».
De acuerdo con lo dicho antes, los alambres tubulares pueden ser de tres tipos: con núcleo de polvo metálico, conocidos como alambres metal cored; con núcleo de fundente; y con núcleo de fundente autoprotegido, estos dos últimos conocidos como alambres flux cored. El primero y el segundo deben utilizar revestimiento gaseoso para la soldadura, no así el último, que se comportaría de forma similar a un electrodo. Por otro lado, los procesos de soldadura que constituyen estos alambres tubulares son parecidos, y hasta confundibles, con el proceso de soldadura MIG/MAG, dado que, fuera de unas mínimas variaciones, utilizan los mismos componentes éste.
El proceso en el que se emplean los alambres flux cored se denomina FCAW –Flux Cored Arc Welding–, y éstos fueron creados como una alternativa de los utilizados en MMA, y para mejorar ciertos aspectos de la soldadura MIG/MAG con aportes sólidos, como el control del baño de fusión y la velocidad de deposición; también para reducir la posibilidad de que ocurra porosidad en los cordones de soldadura. El hecho es que los alambres flux cored, al tener menor cantidad de aporte o material a depositar por unidad de volumen, por estar relleno éste con elementos no conductores, presentan una mayor densidad de corriente que provoca que la gota a transferir durante la soldadura se forme y desprenda mucho más rápido que en los alambres sólidos, lo que da cuenta de una elevación en la llamada velocidad de deposición[1] y una penetración mucho más profunda. Esto último, a su vez, hace que el FCAW sea el proceso preferido para la unión de metales de gran grosor.
Asimismo, el arco de soldadura en los alambres flux cored es más visible gracias al fundente, lo que, unido a la protección y estabilidad adicionales que este último brinda al primero, y a que, dada la mayor densidad de corriente dicho arco de soldadura es más «suave»[2], genera un mayor control del baño de fusión, que se aprecia de mejor manera durante soldaduras en posiciones forzadas[3]. Esto puede traducirse, por supuesto, en que el proceso FCAW no requiere un soldador demasiado habilidoso para ser ejecutado; claro que esto es así únicamente cuando se cuenta con el equipamiento necesario y el valor adecuado de las variables para ejecutar la soldadura, puesto que, en caso contrario, el resultado final será peor que en la soldadura con alambre sólido. Dicho de otra manera, un mal soldador obtiene peores resultados en FCAW que en MIG/MAG.
Lo anterior se debe fundamentalmente a que, en FCAW, es necesario tener, entre otras variables, una intensidad de corriente, voltaje y ángulo de soldadura –de la antorcha por donde se mueve el alambre– adecuados, para que el fundente no se introduzca a la fusión antes que el material de aporte, y quede atrapado en ella una vez el último solidifique, ya que esto ocasiona un cordón defectuoso y lleno de porosidades. Por otro lado, si la parametrización de variables es correcta, la presencia de porosidad en el cordón final va a depender sólo del contacto de los metales fundidos con el aire, cosa que la función protectora del fundente se encarga de impedir. En este sentido es que se dice que los alambres flux cored reducen la posibilidad de porosidad, o defectos en general, en el cordón de soldadura. De hecho, los buenos cordones de soldadura con FCAW son más estéticos que los buenos ejecutados con MIG/MAG.
Otra ventaja del uso de alambres flux cored es que, con éstos, por producirse gotas de menor cantidad de material de aporte, se genera menor salpicadura, lo que provee cordones finales más limpios y puede significar una mayor comodidad para el soldador durante la operación. Asimismo, la limpieza de los materiales a soldar no es tan determinante para el éxito de la unión en FCAW como en MIG/MAG, ya que el fundente en el primero se encarga de deshacerse de las impurezas.
A pesar de que las funciones del fundente en los alambres flux cored están bastante bien especificadas –o al menos eso es lo que parece–, la composición de dicho fundente normalmente varía de un fabricante a otro; a decir verdad, y en palabras de la American Welding Society[4], «la variedad de ingredientes que se pueden usar en FCAW es enorme». Aún así, podemos definir en términos generales los elementos que con frecuencia contiene dicho fundente y la función que cumplen:
Ahora bien, pese a que todo lo dicho hasta ahora sobre los alambres flux cored aplica tanto para aquellos que necesitan protección gaseosa, como para los que no, entre estos dos existen notables desigualdades que los hacen muy distintos; para empezar, el proceso de soldadura con alambre flux cored autoprotegido se denomina FCAW-S, y el proceso en el que se emplea alambre flux cored que necesita revestimiento gaseoso, FCAW-G. Luego, el hecho de que en FCAW-S no se necesite protección gaseosa, indica que los alambres autoprotegidos contienen en su núcleo un mayor porcentaje de los elementos que, según la tabla anterior, se encargan de formar el gas y la escoria protectores de la fusión de los metales.
En este orden de ideas, los alambres de FCAW-S son más costosos, y ocasionan más humo y salpicaduras que los de FCAW-G; esto último debido a que dichas salpicaduras no están constituidas únicamente por material de aporte. También sucede que la capa de escoria final en FCAW-S, por ser más densa que la que se deja en FCAW-G, es un tanto más difícil de quitar, lo que implica una mayor pérdida de material de aporte durante dicha extracción –mientras más densa sea la capa de escoria, más se une ésta a la superficie del cordón final compuesta por material de aporte; superficie que, en cierto porcentaje, termina siendo removida junto con la capa de escoria–, y en consecuencia, una menor eficiencia de deposición[5] de los alambres flux cored autoprotegidos en comparación con los que requieren revestimiento gaseoso.
En esencia, podemos decir que los alambres autoprotegidos son una extensión de los electrodos usados en MMA, respecto a los cuales ofrecen enormes ventajas: como mayores velocidad y eficiencia de deposición, menor requerimiento de habilidad de soldadura por parte del operario, y una mayor producción global, especialmente porque con un rollo de alambre autoprotegido, un soldador no tiene que detener su trabajo cada cierto tiempo para tomar y montar un nuevo electrodo en la pinza de su máquina; acción en la que, para variar, desperdicia el material de aporte que queda en retazos de electrodo que ya no desea usar por ser demasiado pequeños.
Así como sucede con el proceso MMA, la soldadura con FCAW-S suele llevarse a cabo en espacios abiertos y/o en empresas donde el soldador debe moverse constantemente entre lugares que están lejos unos de otros, o en donde, por alguna razón, está prohibido usar cilindros de gas –los necesarios para la soldadura FCAW-G o MIG/MAG–. Esto es así debido a que, en los mencionados espacios abiertos, el proceso de soldadura con FCAW-S no se ve afectado por las corrientes de aire que tienden a disipar los gases protectores en MIG/MAG y FCAW-G, y también porque moverse a grandes distancias de forma permanente resulta un obvio un problema si se tiene que cargar todo el tiempo con un cilindro de gas de más de 50 kg.
Dejando de lado las aplicaciones señaladas, ésas donde por alguna razón es ventajoso emplear el proceso FCAW-S, podemos entender por qué lo normal es que los soldadores prefieran usar alambres flux cored con protección gaseosa en lugar de los autoprotegidos: los primeros proporcionan una mayor eficiencia de deposición, generan menos salpicaduras, son más baratos, producen menos humo y polvo –que luego se traduce en suciedad para el área de soldadura–, y la capa de escoria que dejan es mucho más sencilla de retirar. Por otro lado, el hecho de que los aportes del proceso FCAW-G por lo general no necesiten otro revestimiento gaseoso más que CO2, es asimismo otra de las utilidades de este proceso en comparación con MIG/MAG, considerando que dicho gas es, por lejos, el más barato de los que en el mercado se emplean para soldadura.
La nomenclatura bajo la que se rigen, y determinan, tanto el flux cored con protección gaseosa como el autoprotegido, es la misma; una que difiere de aquella con que se identifican los alambres sólidos de MIG/MAG. Por su parte, los dos tipos de alambres tubulares flux cored, a diferencia de su homólogo sólido, hasta hoy, sólo pueden ser utilizados para soldar aceros de bajo y medio carbono, de baja aleación, al níquel, y un espectro bastante limitado de aceros inoxidable; ya que todavía no se ha podido crear un fundente para alambres cuya composición permita lograr en materiales no ferrosos, y en una gran cantidad de aceros inoxidables, lo que el fundente empleado en la soldadura de acero al carbono consigue. Esto vendría a ser una de las primeras limitaciones de la soldadura con alambres tubulares flux cored en comparación con los alambres sólidos.
Otras desventajas bastante importantes desde un punto de vista económico y productivo, es que los alambres flux cored, ambos, son más costosos que los sólidos; al generar mayores humo y suciedad requieren –suponiendo claro que la soldadura sea ejecutada dentro de espacios cerrados, como un taller– tanto de un sistema de ventilación –que se traduce en gastos y en una ralentización de los trabajos que se van a ver afectados por la construcción del mismo– como de un mayor esfuerzo en la limpieza; por último, al dejar siempre una capa de escoria, ocasionan que el soldador interrumpa su trabajo para poder extraer ésta del cordón final, consumiendo una buena parte del tiempo que podría estar empleando en continuar con la soldadura de metales y, por tanto, en incrementar su producción.
Lo anterior significa que los alambres tubulares flux cored poseen una menor eficiencia de deposición que los alambres sólidos, eficiencia que no sólo se ve reducida por la pérdida de material de aporte durante la extracción de la escoria, sino también por la menor cantidad de dicho aporte por unidad de volumen, y por el hecho de que éste tiende a no fusionarse bien con el metal base si alguna de las condiciones, o parámetros, del proceso varía, como el ángulo de la antorcha o la intensidad de corriente a la que se trabaja –casos en los que puede ser necesario «repasar[6]» la soldadura–. Esta «falta de fusión», a decir verdad, es uno de los problemas más recurrentes de la soldadura con FCAW, y por lo general se debe a la inclusión de fundente –para ser más específicos: de los elementos desoxidantes y desnitrificantes dentro del fundente y de los que se encargan de generar la escoria– en el baño de fusión, de aquí que, como se indicó antes, «un mal soldador obtenga peores resultados en FCAW que en MIG/MAG». De más decir que estos alambres tubulares no suelen ser utilizados en pases de raíz ni en rellenos o soldaduras de «multipasada[7]», aplicaciones en las que se requiere una fusión de gran calidad y/o la eliminación de escoria resulta una complicación; y donde, en consecuencia, se recomienda el empleo de los alambres sólidos del proceso MIG/MAG. La unión de cañerías mediante soldadura, para poner un ejemplo más específico, es otra aplicación en donde no es recomendable la utilización de alambres flux cored, por el cambio constante del ángulo de la antorcha que el proceso implica.
Como una respuesta a los problemas que presentan los alambres tubulares flux cored, pero sin dejar de lado los beneficios que brindan, es que se crean los alambres tubulares metal cored, con núcleo de polvo metálico. Alambres que –contrario a lo que podría pensarse– se definen de acuerdo con la misma nomenclatura que determina a los alambres sólidos MIG/MAG.
Al igual que ocurre con los flux cored, en los alambres metal cored, puesto que el núcleo tiene una conductividad muy baja debido a su naturaleza granular, la corriente se desplaza por la zona externa del alambre –donde se encuentra el material de aporte–, lo que se traduce en una mayor velocidad de formación de gotas, más finas que las que se forman con los alambres sólidos MIG/MAG y que a su vez implica tanto una mejor penetración como, por supuesto, una mayor tasa de deposición; en un arco eléctrico más ancho, en forma de cono y no tan fuerte como el que generan los alambres sólidos; y, debido a lo anterior, en un baño de fusión no tan agresivo, o con pocas salpicaduras. Hasta aquí los alambres metal cored presentan un comportamiento bastante similar a los flux cored.
Luego, la principal diferencia entre estos dos tipos de alambres tubulares es que los de núcleo de metal prácticamente no contienen los elementos encargados de formar la escoria protectora del cordón de soldadura, ni aquellos que se emplean para desoxidar y desnitrificar los metales fundidos, lo que depara en tres beneficios inmediatos: no es necesario que el soldador detenga su trabajo para remover la escoria; ya que ésta no se produce, el alambre se vuelve apto para soldaduras de multipasada y cordones de raíz, puesto que la inclusión de elementos que evita la adecuada fusión del material de aporte con el metal base desaparece; y, a partir de los dos puntos anteriores, se consigue una eficiencia de deposición tan alta como la de los alambres sólidos MIG/MAG. Asimismo, esta eficiencia de deposición se ve incrementada por la menor cantidad de salpicaduras que tiene la soldadura con alambres metal cored en comparación con los sólidos –por producir un arco eléctrico más suave– y con los flux cored –por no contener elementos que tienden a dificultar la ionización del aire y provocan que una mayor cantidad de material del alambre salga proyectado lejos del baño de fusión–, teniendo en cuenta, claro, que dichas salpicaduras conllevan la pérdida de aporte.
De lo antedicho es posible deducir que un alambre metal cored genera, a un mismo amperaje que uno sólido y uno flux cored, menor calor de soldadura que estos dos –con el flux cored se produce un calor más elevado porque los mismos elementos de su núcleo que tienden a obstaculizar la ionización, tienen una más alta resistencia eléctrica que los del núcleo del metal cored–, lo que lo hace la mejor opción para la soldadura de chapas finas[8] y reafirma una vez más su incremento de producción de uniones soldadas, puesto que la mencionada «menor generación de calor» también da cuenta de un alambre que alcanza la transferencia tipo spray[9] a un voltaje más bajo, y que con este tipo de goteo presenta un arco más sencillo de controlar para el operario. En este punto, podemos ver cómo la menor producción de calor, la no creación de escoria, la ausencia de problemas de fusión del material de aporte con los metales base, y la generación de un arco más suave, hace del metal cored, el alambre que mejor combina: altos ciclos de trabajo[10] con elevadas velocidades de soldadura –que no se pueden conseguir en los flux cored sin correr el riesgo de la perjudicial inclusión de fundente–.
Por otra parte, no podemos ignorar que, al no producir una protección adicional al baño de fusión, los alambres metal cored generan menos humo y suciedad en las estaciones de soldadura que los flux cored, lo que disminuye los requerimientos de limpieza final.
Como sucede con los alambres flux cored, la composición del núcleo de los alambres metal cored varía de un fabricante a otro, no obstante, podemos establecer, por la frecuencia con la que aparecen, los típicos elementos que componen al referido polvo metálico:
En cuanto a la variedad de metales que se pueden soldar con alambres metal cored, aunque ésta tampoco trasciende a los metales ferrosos, es mucho más amplia que la de aceros que pueden soldarse con FCAW; precisamente por la ausencia en los primeros de elementos que, siendo su función brindar protección al baño de fusión, reaccionan de forma negativa con algunos componentes de determinadas clases de aceros. Puede decirse que hay un alambre metal cored para casi todos los tipos de aceros, desde inoxidables hasta al níquel, incluyendo aceros al molibdeno, al manganeso y de baja aleación.
Como puede verse en la tabla 11, la gran mayoría de componentes del núcleo de los alambres metal cored son metales que se encargan de mejorar las propiedades de la unión soldada –resistencia, ductilidad, dureza y/o tenacidad–, lo que, junto a su arco eléctrico más amplio y menor generación de calor y salpicaduras en la transferencia tipo spray, explica por qué estos alambres dejan buenas uniones incluso en materiales base con ajustes deficientes[11], o con ángulos de antorcha más o menos inadecuados. Su arco extenso y poca generación de calor hacen que estos alambres sean usados esencialmente en la transferencia tipo spray, lo que, comparado con los otros dos tipos de alambres, resulta una ventaja para la soldadura de tubos o materiales propensos a ser perforados por excesivo calor.
Ahora bien, el alambre metal cored también supone algunas desventajas respecto a los sólidos y flux cored; la más apreciable de todas es que, en promedio, tiene un precio más alto que estos dos últimos, debido a la abundante presencia de los elementos de aleación antes indicados.
Aparte, no todas las consecuencias de la carencia de compuestos que protegen el baño de fusión son beneficiosas; algunas de ellas son negativas para los alambres metal cored en tanto reducen su campo de aplicación. Uno de dichos efectos limitantes es el de que estos alambres no suelen ser los más efectivos para soldaduras que implican permanecer en posiciones forzadas de forma constante –lo mismo sucede con los sólidos de MIG/MAG–; de hecho, sus mejores resultados se encuentran en las soldaduras plana, horizontal y vertical descendente –las más sencillas de todas–; otro es que, para su buen funcionamiento, no basta con la utilización de CO2 puro –como en FCAW–, cuando menos, es necesario mezclar este gas con un porcentaje importante de Ar, lo que eleva el costo de la soldadura.
Como sucede en el proceso MIG/MAG, si se pretende llevar a cabo una soldadura en una posición forzada con un alambre metal cored, lo recomendable es que se utilice una transferencia de corto circuito, sin embargo, los resultados que se obtienen de esto no son muy diferentes de los que se alcanzan con alambres sólidos, por lo que no justifican el uso del metal cored, sabiendo que éste es el más costoso de los alambres para soldadura. La única manera de lograr una buena soldadura en posición forzada con metal cored, sin que se pierdan las ventajas que este alambre brinda al proceso, es utilizando una máquina de soldar con arco pulsado[12], lo que supone un obstáculo, y una potencial gran inversión, para las empresas que no cuentan con este tipo de máquinas, que, a decir verdad, ni siquiera son demasiado conocidas, al menos no en el mercado latinoamericano.
Para aprovechar al cien por ciento las mejoras que los alambres metal cored proveen al proceso de soldadura en comparación con los sólidos y flux cored, los primeros deben utilizarse con sistemas automatizados o robóticos, lo que, a priori, parece ser una inversión muy grande para las empresas, en especial para las pequeñas y medianas. El punto es que, si esto no se hace, dado que los operarios no son capaces de mantener una soldadura constante por demasiado tiempo, como sí lo puede hacer un sistema automático o robotizado, no se podrá llegar a los máximos ciclos de trabajo y velocidades de soldadura que el metal cored ofrece, que constituyen los dos mayores provechos que este alambre confiere al proceso, por el aumento de productividad y reducción de costos globales que implican. Esto en algunos casos se traduce en un ahorro de tiempo de producción muy poco apreciable, que, a decir verdad, no podría justificar el empleo del metal cored en lugar del sólido de MIG/MAG.
Muy entrelazado con lo anterior, tenemos también que, puesto que el metal cored, aun para la unión de aceros al carbono, necesita un alto porcentaje de Ar para funcionar adecuadamente, en la transferencia tipo spray, la soldadura con él por lo general produce más luz radiante y calor adicional en las estaciones de soldadura; lo que abre paso a la necesidad de que los soldadores se protejan de una mejor forma, lo que a su vez causa que éstos se cansen más rápido y detengan el proceso con una frecuencia, cuando menos, un tanto más elevada.
[1] Cantidad de aporte depositado a la soldadura por unidad de tiempo
[2] Según la percepción de los soldadores, un «arco suave» es uno que parece no impactar muy fuerte el material base, y, por tanto, uno que no genera muchas salpicaduras, ni produce un sonido discontinuo, ni pierde estabilidad o potencia.
[3] Posturas en las que el soldador se encuentra incómodo, como por ejemplo: soldadura sobre cabeza, soldadura en espacios estrechos, o soldadura en la que se debe estar inclinado, o arrodillado.
[4] Organización internacional sin fines de lucro cuyo objetivo es desarrollar la ciencia, la tecnología y las aplicaciones detrás de la soldadura
[5] Cantidad de material depositado en la soldadura por cantidad de material utilizado para la misma.
[6] Repasar una soldadura es limpiar, normalmente con un esmeril angular, las impurezas del cordón, extrayendo éste tanto como se deba, y realizar la unión una vez más.
[7] Soldadura en la que se debe realizar un cordón sobre otro.
[8] Planchas de metales delgadas
[9] Tipo de transferencia de material de aporte, en el que se desprende de éste una mayor cantidad de gotas por unidad de tiempo, y en el que dichas gotas son finas y se depositan a gran velocidad. En esta transferencia se genera un mayor calor y cordones de soldadura más anchos
[10] Porcentaje del tiempo en que se suelda, por cada hora.
[11] De superficies a soldar no uniformes entre sí, o más separadas en un tramo que en otros.
[12] Arco intermitente, que por tal motivo mantiene la estabilidad y el control del baño de fusión.
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