¿Qué son?
Tal como indicamos en un artículo anterior, los materiales de aporte –o simplemente: «aportes»–, en la soldadura por arco eléctrico, son esos elementos que tienen la función de acelerar, o facilitar, el proceso de soldadura y producir una unión más fuerte a través de la añadidura de un tercer material fundido a alta temperatura. En el caso de los procesos de soldadura MMA y MIG/MAG, el aporte es el mismo electrodo, o alambre, respectivamente, encargado de cerrar el circuito con los materiales a soldar; en el proceso TIG, por su parte, el aporte es externo al circuito.
Datos de relativo interés sobre los aportes utilizados en los tres procesos de soldadura por arco eléctrico más conocidos, se expresan en la siguiente tabla:
La cuestión es que soldar dos metales a partir, únicamente, de la fundición y fusión de sus capas externas –lo que se denomina: soldadura autógena–, puede ser bastante complicado si dichos metales están separados entre sí, o si están dispuestos de tal manera que las superficies a unir no se funden de forma homogénea, o lo hacen, pero no son capaces de hacer un buen contacto y fusionarse sin que se deforme demasiado uno de los metales. El aporte entonces soluciona estos inconvenientes al establecer una suerte de «puente» entre los metales a soldar, para que las capas superficiales de éstos no tengan que desplazarse de sus sitios; y consiste, esencialmente, en una varilla, o alambre, metálico delgado, preferiblemente de características similares a las de los metales base, y que, por ser parte del circuito de corriente –en los procesos MMA y MIG/MAG– o recibir de manera directa el calor generado por la soldadura –en el proceso TIG–, y contener ciertos aditivos en su composición, se funde con mayor facilidad que cualquier otro metal y produce gotas que son las que realizan la unión de los materiales base.
Es específicamente la adición o transferencia de dichas gotas lo que acelera el proceso de soldadura y produce uniones más fuertes con una deformación y cambio de propiedades del metal base nulos, o mínimos –por supuesto, en dependencia de ciertas características de dicho metal base–.
Composición de los aportes
La composición química de los aportes en la soldadura eléctrica no es siempre la misma; éstos se fabrican con distintas composiciones para expandir su campo de aplicación y mantener un alto nivel de calidad en cada sector de dicho campo; teniendo en cuenta siempre que, por regla general, un aporte debe tener una composición semejante a la del metal base para que este último no pierda sus propiedades durante el proceso de soldadura –o las propiedades que lo hacen idóneo para el trabajo en donde se va a emplear–, y para que la unión resultante tenga la menor cantidad posible de imperfectos –para que sea una buena unión, una que resista las condiciones más adversas–.
Dado que funcionalmente las composiciones de los aportes dependen de las composiciones de los materiales base, las primeras pueden clasificarse de acuerdo con los tipos de metales soldables que existen, dentro de los que los más comunes en el mercado de la soldadura eléctrica son: aceros al carbono, aleados, aluminio y aleaciones de aluminio. Así, se hace una primera clasificación de aportes según las mencionadas categorías de aceros y aluminio; los demás metales soldables –como cobre, bronce y latón– se dejan de lado por no ser comunes en la soldadura por arco eléctrico.
Para los aceros al carbono soldables –aceros de bajo y medio carbono–, los aportes suelen ser de acero AISI 1010[1] con un porcentaje de carbono entre 0.08-0.12%, aunque por supuesto, esto puede variar. Además –tal como los aceros en donde se utilizan–, los referidos aportes también contienen ciertos porcentajes de manganeso y silicio; aparte de muy pequeñas porciones de fósforo y azufre, presentes más por la dificultad de deshacerse de éstos que por que sean beneficiosos de alguna manera.
Los electrodos para aceros aleados, además de contener C, Mn y Si –y P y S–, también tienen porcentajes de níquel, molibdeno y cromo. Para el caso de los denominados «de baja aleación», los aportes tienen la misma nomenclatura que aquellos usados en aceros al carbono, además de sufijos adicionales que consisten en una letra, o en un número y una letra, que, de acuerdo con la norma AWS A5.5[2], indican los porcentajes de Ni, Mo y Cr que forman la composición.
Los conocidos como aceros «de alta aleación» –aquellos que son soldables, puesto que hay una buena variedad de éstos que no lo son–, por su parte, pueden dividirse en cuatro sub-categorías: 1) de alto contenido en manganeso, también llamados aceros resistentes a la abrasión; 2) de alto contenido en molibdeno o níquel, conocidos simplemente como aceros aleados; 3) de alto contenido en carbono, o aceros de alto carbono; 4) y de alto contenido en cromo, o aceros inoxidables. Normalmente el contenido de Mn para el primer tipo de aceros varía de 12% a 14%, por lo que el aporte en este caso suele ser de una composición específica, lo mismo para los aportes de los aceros con alto contenido en níquel, molibdeno o carbono; en cuanto a la soldadura de este último, los aportes suelen provenir de la familia de los utilizados en aceros de bajo y medio carbono –y, por tanto, regirse por la misma nomenclatura que éstos–.
Respecto a los aportes para aceros inoxidables, caracterizados, obviamente, por tener un alto contenido en cromo, éstos utilizan una nomenclatura o sistema de clasificación propia, y sus variantes pueden llegar a aplicarse en aceros con alto contenido en níquel o alto contenido en manganeso, aunque lo habitual sea que para estos dos se empleen aportes específicos cuya nomenclatura no se encuentra dentro de una clasificación general.
Hay que precisar que al decir «acero de alto contenido de “x” elemento», no me refiero a que el acero en cuestión posee el elemento “x” en un porcentaje determinado, sino a que dicho elemento es el que en mayor porcentaje se halla en el acero, por lo general, aunque no necesariamente, junto a los demás elementos que casi siempre conforman a los aceros aleados, y sumando con éstos un valor mayor al 5% de la composición total del acero –que es lo que define si éste es «de alta aleación» o «de baja aleación»–. Opuesto a los de baja aleación, a los aceros de alta aleación también se les conoce como «aceros de alto contenido de “x” elemento», porque, como veremos en el siguiente apartado, esto es un criterio concluyente para la selección de los aportes a la hora de soldarlos.
Finalmente, respecto a la soldadura del aluminio y sus aleaciones, pese a que el aporte a emplearse debe cumplir con la regla general de tener una composición similar a la de los metales base, éstos no varían principalmente en función de qué otros elementos contenga la aleación –como sí sucede en la soldadura de aceros–, sino según la propiedad final, de una lista de propiedades, que se desea que la unión soldada mantenga cuando vaya a ser utilizada. Esto lo detallaremos de mejor manera en el siguiente apartado. Con todo, dado que las aleaciones de aluminio que por lo general se encuentran en el mercado no varían demasiado en su composición, los aportes más comunes para la soldadura de aluminio son 2 o 3; de hecho, hay quienes apuntan que con sólo estos aportes se realiza el 85% de toda la soldadura de aluminio.
Además del aluminio, los elementos que siempre forman parte de la composición de los aportes para la soldadura de aluminio y sus aleaciones están entre: cobre, silicio, magnesio, manganeso y zinc; también hay una categoría de los mismos en la que los aportes clasificados en ella tienen un mínimo de 99% de Al. Por otro lado, los aportes para la soldadura de aluminio y sus aleaciones se ordenan según su propio sistema de nomenclatura, distinto al de los aceros.
Hay que precisar que todo lo dicho sobre los aportes para la soldadura de las distintas clases de aceros y aleaciones de aluminio, aplica para los tres más comunes procesos de soldadura por arco eléctrico: MMA, TIG, y MIG/MAG. Con la única salvedad de que, en lo que a aportes para soldadura de aceros al carbono se refiere, la nomenclatura entre MMA y MIG/MAG es distinta; hasta para aportes con exactamente la misma composición –cosa que, en verdad, nunca ocurre–. Otra diferencia notable, aunque poco relevante, entre los aportes de MMA y los de MIG/MAG, es que éstos últimos están recubiertos con una capa fina de cobre para mejorar su conductividad eléctrica.
Clasificación de aportes por su revestimiento y el proceso donde se utilizan
Por el daño que supone para la soldadura el contacto de los metales base, y del aporte, a alta temperatura, con el aire, el proceso –esto es el baño de fusión, o la fundición de y transferencia de aporte a, los metales base para su posterior unión– debe ser protegido por una atmósfera inerte; que es producida, en el proceso MMA, por revestimientos sólidos especiales que cubren a los materiales de aporte, y en los procesos TIG y MIG/MAG, por gases de composición variable. Puesto que la función tanto de los gases como de los revestimientos sólidos es la misma: proteger la soldadura del aire, aquí nos referiremos a ambos simplemente como revestimientos. Ahora, dichos revestimientos, como elementos del proceso, son tan fundamentales para el éxito de éste, que los aportes suelen distinguirse unos de otros por el tipo que utilizan.
En la soldadura MMA es donde hay una mayor variedad de revestimientos, y, como estudiaremos al detalle en el artículo que le dedicaremos a este asunto, la composición de éstos varía dado que, según los metales a soldar y –lo que es más importante– características del proceso como la posición del soldador, la penetración y estabilidad del arco, el tipo de unión, la intensidad de corriente empleada, etc., unos producen mejores resultados que otros. En el proceso mencionado los revestimientos suelen ubicarse en una de las siguientes cuatro categorías: celulósicos, ácidos, rutílicos o básicos; claro que, aunque no sea lo más común en el mercado, también podemos encontrar puntos medios entre estas composiciones como: rutílicos-medio y ácidos-rutílicos.
A pesar de que un material de aporte, a partir de su composición química, debe tener el revestimiento más idóneo para cumplir con su función, y de que, por tanto, unos revestimientos son más recomendables para ciertos metales que otros, al final, y en esencia, todos funcionan para cualquiera de las categorías de metales soldables indicadas antes, desde aceros al carbono hasta el aluminio y sus aleaciones; y esto es así porque el revestimiento no influye de forma directa en las propiedades finales de los metales a soldar, sino en las condiciones que permitirán obtener la soldadura más óptima posible. En este sentido, podemos relacionar los revestimientos más con la aplicación final donde los metales base van a ser utilizados después de la soldadura, que con la composición de los mismos. Con todo, hay quienes, no estando versados en los conceptos de soldadura, acostumbran a pensar que, por ejemplo, los aportes con revestimiento rutílico –o electrodos rutílicos– son para aceros inoxidables, y los que tienen revestimiento básico –o electrodos básicos–, son para aceros al carbono. Hay que precisar además que el término «electrodo» se refiere al metal de aporte cubierto con el revestimiento sólido, y que, en consecuencia, se utiliza sólo para los aportes utilizados en la soldadura MMA; también que el término «fundente» se usa como sinónimo de revestimiento.
Una descripción aproximada de la composición de los distintos revestimientos en la soldadura MMA, se expone en la siguiente tabla:
En el caso de los revestimientos gaseosos, empleados en los procesos TIG y MIG/MAG, no se asocia tanto el tipo de gas a utilizar con la composición del material base, debido a que lo normal es que el primero venga separado del aporte –una varilla desnuda para TIG y un rollo de alambre para MIG/MAG–. A decir verdad, el problema aquí suele ser todo lo contrario a la relación revestimiento-composición de material base que se hace en MMA: que los soldadores casi no reconocen las ventajas de un determinado gas, por encima de otro, en la soldadura de un metal específico y bajo condiciones determinadas. Más bien, lo común es que se piense que el argón es para el proceso TIG, en la soldadura de aluminio y acero inoxidable, y la mezcla argón-dióxido de carbono, para MIG/MAG en la soldadura de aceros al carbono; debiendo ser mayor el porcentaje de Ar cuando lo que se suelda con MIG/MAG es un acero inoxidable. De hecho, una enorme cantidad de personas cuyo trabajo se relaciona con la soldadura, piensan que los únicos gases que existen para los procesos referidos son CO2 y Ar; esto, en parte, porque rara vez conocen otro tipo de acero además del acero al carbono y del inoxidable.
Pero lo cierto es que, además de CO2, Ar y la mezcla de ambos, aunque estén mucho menos presentes en el mercado, los revestimientos gaseosos también pueden consistir en helio, nitrógeno, oxígeno e hidrógeno –claro que los tres últimos muy poco, o nada, utilizados para aceros al carbono; en especial por la reacción de éstos ante N, O y H–; y siempre, como sucede con los revestimientos sólidos, en función de lo que se desea alcanzar en la soldadura según las condiciones en que ésta va a ejecutarse. Vale destacar que lo más común es que gases como N y H –y O en la mayoría de los casos– se encuentren formando mezclas con argón en porcentajes bastante bajos, y que el Ar es el gas para soldadura preferido por la mayoría de los soldadores, de aquí que casi siempre esté contenido en todas las mezclas.
Respecto a los gases para los aportes en MIG/MAG, lo que sí podría considerarse acertado del conocimiento experimental por el que suelen regirse los soldadores, es el uso de mezcla Ar-CO2 para la soldadura con aportes de aceros al carbono, dado que éstos, por sus características, no necesitan mayor variedad.
[1] Acero de bajo carbono, de excelente soldabilidad y muy común en el mercado.
[2] Norma internacional bajo la que se rigen los aceros de baja aleación.
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