miniatura|Soldadura per arc La soldadura per arc és el nom genèric d'un grup de processos de soldadura per fusió. Tots els processos d'aquest grup tenen en comú el mitjà pel qual s'aporta l'energia necessària per fondre els metalls base, i els metalls d'aportació en el cas que se n'emprin: la descàrrega per arc elèctric. Alguns dels processos de soldadura inclosos en aquest grup són:
soldadura per arc amb elèctrode revestit soldadura per arc amb filferro tubular autoprotegit soldadura per arc amb filferro tubular i protecció de gas actiu soldadura per arc amb filferro tubular i protecció de gas inert soldadura per arc amb gas actiu (soldadura MAG) soldadura per arc amb gas inert (soldadura MIG) soldadura per arc amb gas inert i elèctrode de tungstè (soldadura TIG) soldadura per arc microplasma soldadura per arc submergit amb addició de pólvores metàl·liques soldadura per arc submergit amb elèctrode de banda soldadura per arc submergit amb filferro tubular soldadura per arc submergit amb múltiples elèctrodes de filferro soldadura per arc submergit amb un elèctrode de filferro soldadura per arc-plasma soldadura per arc-plasma amb pólvores
La idea de la soldadura a l'arc elèctric va ser resolta a principis del pel científic anglès Humphrey Davy però ja en 1885 dos investigadors russos van aconseguir soldar amb elèctrodes de carboni.
Quatre anys més tard va ser patentat un procés de soldadura amb vareta metàl·lica. No obstant això, aquest procediment no va prendre importància en l'àmbit industrial fins que el suec Oscar Kjellberg va descobrir, a 1904, l'elèctrode recobert. El seu ús massiu va començar al voltant dels anys 1950. segons la història això va començar fa bastant de temps sent una de les millors eines per unir dos metalls.
Funcions dels recobriments Funció elèctrica del recobriment L'estabilitat de l'arc per a la soldadura depèn d'una àmplia sèrie de factors com és la ionització de l'aire perquè flueixi adequadament l'electricitat. Per aconseguir una bona ionització s'afegeixen al revestiment de l'elèctrode productes químics anomenats sals de sodi, potassi i bari els quals tenen una tensió de ionització baixa i un poder termoiònic elevat. El recobriment, també conté en la seva composició productes com els silicats, els carbonats, els òxids de ferro i òxids de titani que afavoreixen la funció física dels elèctrodes, que faciliten la soldadura en les diverses posicions d'execució del soldat.
Funció metal·lúrgica dels recobriments A més de les funcions d'estabilitzar i facilitar el funcionament elèctric de l'arc i de contribuir físicament a la millor formació del cordó, el recobriment té una importància decisiva en la qualitat de la soldadura. Una de les principals funcions metalúrgiques dels recobriments dels elèctrodes és protegir el metall de l'oxidació, primer aïllant-lo de l'atmosfera oxidant que envolta l'arc i després recobrir-los amb una capa d'escòria mentre es refreda i solidifica.
Tipus de soldadura Es distingeixen els següents processos de soldadura basats en el principi de l'arc elèctric:
Soldadura per arc manual amb elèctrodes revestits
miniatura|Elèctrodes revestits La característica més important de la soldadura amb elèctrodes revestits, en anglès Shield Metall Arc Welding (SMAW) o Manual Metall Arc Welding (MMAW), és que l'arc elèctric es produeix entre la peça i un elèctrode metàl·lic recobert. El recobriment protegeix l'interior de l'elèctrode fins al moment de la fusió. Amb la calor de l'arc, l'extrem de l'elèctrode fon i es crema el recobriment, de manera que s'obté l'atmosfera adequada perquè es produeixi la transferència de metall fos des del nucli de l'elèctrode fins al bany de fusió en el material base.
Aquestes gotes de metall fos cauen recobertes d'escòria fosa procedent de la fusió del recobriment de l'arc. L'escòria flota a la superfície i forma, per sobre del cordó de soldadura, una capa protectora del metall fos.
Com són els mateixos elèctrodes els que aporten el flux de metall fos, caldrà reposar-los quan es desgastin. Els elèctrodes estan compostos de dues peces: l'ànima i el revestiment.
L'ànima o vareta és filferro (de diàmetre original 5.5 mm) que es comercialitza en rotllos continus. Després d'obtenir el material, el fabricant ho decape mecànicament (per tal d'eliminar l'òxid i augmentar la puresa) i posteriorment el trefilar per reduir el seu diàmetre.
El revestiment es produeix mitjançant la combinació d'una gran varietat d'elements (minerals diversos, cel·lulosa, marbre, aliatges, etc.) Convenientment seleccionats i provats pels fabricants, que mantenen el procés, quantitats i dosificacions en rigorós secret.
La composició i classificació de cada tipus d'elèctrode està regulada per AWS ( American Welding Society ), organisme de referència mundial en l'àmbit de la soldadura.
Aquest tipus de soldadures poden ser efectuats sota corrent tant contínua com alterna. En corrent continu l'arc és més estable i fàcil d'encendre i les esquitxades són poc freqüents, en canvi, el mètode és poc eficaç amb soldadures de peces gruixudes. El corrent altern possibilita l'ús d'elèctrodes de major diàmetre, de manera que el rendiment a major escala també augmenta. En qualsevol cas, les intensitats de corrent oscil·len entre 10 i 500 ampere s.
El factor principal que fa d'aquest procés de soldadura un mètode tan útil és la seva simplicitat i, per tant, el seu baix preu. Tot i la gran varietat de processos de soldadura disponibles, la soldadura amb elèctrode revestit no ha estat desplaçada del mercat. La senzillesa fa d'ella un procediment pràctic, tot el que necessita un soldador per treballar és una font d'alimentació, cables, un portaelèctrodes i elèctrodes. El soldador no ha d'estar al costat de la font i no hi ha necessitat d'utilitzar gasos comprimits com a protecció. El procediment és excel·lent per a treballs, reparació, fabricació i construcció. A més, la soldadura SMAW és molt versàtil. El seu camp d'aplicacions és enorme: gairebé tots els treballs de petita i mitjana soldadura de taller s'efectuen amb elèctrode revestit, es pot soldar metall de gairebé qualsevol gruix i es poden fer unions de qualsevol tipus.
No obstant això, el procediment de soldadura amb elèctrode revestit no es presta per a la seva automatització o semiautomatización, la seva aplicació és essencialment manual. La longitud dels elèctrodes és relativament curta: de 230 a 700 mm. Per tant, és un procés principalment per a soldadura a petita escala. El soldador ha d'interrompre el treball a intervals regulars per canviar l'elèctrode i de netejar el punt d'inici abans de començar a utilitzar elèctrode nou. No obstant això, malgrat tot aquest temps mort i de preparació, un soldador eficient pot ser molt productiu.
Soldadura per elèctrode no consumible protegit
L'objectiu fonamental en qualsevol operació de soldadura és el d'aconseguir una junta amb la mateixa característica del metall base. Aquest resultat només es pot obtenir si el bany de fusió està completament aïllat de l'atmosfera durant tota l'operació de soldat. Si no és així, tant l'oxigen com el nitrogen de l'aire seran absorbits pel metall en estat de fusió i la soldadura quedarà porosa i fràgil. En aquest tipus de soldadura s'utilitza com a mitjà de protecció un raig de gas que impedeix la contaminació de la junta. Tant aquest com el següent procés de soldat tenen en comú la protecció de l'elèctrode per mitjà d'aquest gas. La soldadura per elèctrode no consumible, també anomenada Soldadura TIG (sigles de Tungsten Inert Gas ), es caracteritza per l'ús d'un elèctrode permanent que normalment, com indica el nom, és de tungstè.
Aquest mètode de soldadura es va patentar a 1920 però no es va començar a utilitzar de manera generalitzada fins a 1940, donat el seu cost i complexitat tècnica.
A diferència que en les soldadures d'elèctrode consumible, en aquest cas el metall que formarà el cordó de soldadura ha de ser afegit externament, llevat que les peces a soldar siguin específicament primes i no sigui necessari. El metall d'aportació ha de ser de la mateixa composició o similar que el metall base, fins i tot, en alguns casos, pot utilitzar satisfactòriament com a material d'aportació una tira obtinguda de les mateixes xapes a soldar.
La injecció del gas a la zona de soldat s'aconsegueix mitjançant una canalització que arriba directament a la punta de l'elèctrode, rodejant-lo. Donada l'elevada resistència a la temperatura del tungstè (fon a 3.410 °C), acompanyada de la protecció del gas, la punta de l'elèctrode amb prou feines es desgasta després d'un ús prolongat. És convenient, això sí, repassar la terminació en punta, ja que una geometria poc adequada perjudicaria en gran manera la qualitat del soldat. Pel que fa al gas, els més utilitzats són l'argó, l'heli, i barreges d'ambdós. L'heli, gas noble (inert, d'aquí el nom de soldadura per gas inert) és més utilitzat als Estats Units, ja que allà s'obté de forma econòmica en jaciments de gas natural. Aquest gas deixa un cordó de soldadura més aixafat i menys profund que l'argó. Aquest últim, més utilitzat en Europa pel seu baix preu en comparació amb l'heli, deixa un cordó més triangular i que s'infiltra en la soldadura. Una barreja dels dos gasos proporcionarà un cordó de soldadura amb característiques intermèdies entre els dos.
La soldadura TIG es treballa amb corrents continu i altern. En corrent continu i polaritat directa, les intensitats de corrent són de l'ordre de 50 a 500 amperes. Amb aquesta polarització s'aconsegueix major penetració i un augment en la durada de l'elèctrode. Amb polarització inversa, el bany de fusió és més gran però hi ha menys penetració, les intensitats oscil·len entre 5 i 60 A. El corrent altern combina els avantatges de les dues anteriors, però en contra dona un arc poc estable i difícil d'encebar.
El gran avantatge d'aquest mètode de soldadura és, bàsicament, l'obtenció de cordons més resistents, més dúctils i menys sensibles a la corrosió que a la resta de procediments, ja que el gas protector impedeix el contacte entre l'atmosfera i el bany de fusió. A més, aquest gas simplifica notablement el soldat de metalls no ferrosos, per no requerir l'ús de desoxidant, amb les deformacions o inclusions d'escòria que poden implicar. Un altre avantatge de la soldadura per arc amb protecció gasosa és la que permet obtenir soldadures netes i uniformes causa de l'escassetat de fums i projeccions, la mobilitat del gas que envolta l'arc transparent permet al soldador veure clarament el que està fent en tot moment, el que repercuteix favorablement en la qualitat de la soldadura. El cordó obtingut és per tant d'un bon acabat superficial, que pot millorar-se amb senzilles operacions d'acabat, el que incideix favorablement en els costos de producció. A més, la deformació que es produeix als voltants del cordó de soldadura és menor.
Com inconvenients hi ha la necessitat de proporcionar un flux continu de gas, amb la subsegüent instal·lació de canonades, ampolles, etc., I l'encariment que suposa. A més, aquest mètode de soldadura requereix una mà d'obra molt especialitzada, el que també augmenta els costos. Per tant, no és un dels mètodes més utilitzats sinó que es reserva per a unions amb necessitats especials d'acabat superficial i precisió.
Soldadura per elèctrode consumible protegit Aquest mètode és similar a l'anterior, amb l'excepció que en els dos tipus de soldadura per elèctrode consumible protegit, MIG ( Metal Inert Gas ) i MAG ( Metall Active Gas ), és aquest elèctrode l'aliment del cordó de soldadura. L'arc elèctric està protegit, com en el cas anterior, per un flux continu de gas que garanteix una unió neta i en bones condicions.