Sobre la polaridad y la penetración

[Rosana Romero]

Hasta la novena edición del Manual del Soldador, se mantuvo el siguiente error sobre la relación entre la polaridad y la penetración, " se obtiene mayor penetración con polaridad directa ( electrodo conectado al polo negativo ) ". Se ha realizado la corrección de dicho error, después de realizar las oportunas pruebas de taller que confirmaron lo expuesto tanto por la AWS ( Sociedad Americana de Soldadura ) como por la DVS ( Asociación Alemana de Soldadura ), " se obtiene mayor penetración con polaridad inversa, electrodo conectado al polo positivo "
Con polaridad inversa, los iones que son partículas de masa impactan sobre el metal base, penetrando debido al impacto sobre al baño de fusión. Por el contrario , con polaridad directa, los electrones no producen trasnferencia de masa, son cargas eléctricas que se desplazan a gran velocidad y que, a su paso impactan con las moléculas y átomos de los gas, así como sobre la superficie de la chapa.
Esto se ha demostrado con varios procesos de soldeo por arco con electrodo consumible, tanto con electrodos revestidos, como con alambres macizos y tubulares.
En cuanto al proceso TIG existe otra observación, conectando el electrodo no consumible al negativo hay más penetración que al positivo. La razón es sencilla , si tratásemos de soldadr con polaridad inversa con el proceso TIG, no se podría soldar con alta intensidad, esto tiene una explicación física y metalúrgica. El punto de fusión del volframio(tungsteno ) es de 3800 º C , conectado al polo positivo, donde la temperatura es superior a los 4200 º C , el electrodo se fundirá inevitablemente. Pero con polaridad directa es posible mantener el electrodo con la punta afilada, ya que la temperatura no pasa de 3600 º C en el polo negativo, pudiéndose soldadr con mayor intensidad de corriente.



Esperamos vuestros comentarios

[Villa]

Muchas gracias por esta aclaracion, ya que muchas veces nos agarramos a lo que leemos en publicaciones como la que mencionasy lo creemos con fe ciega como si en la biblia lo hubieramos leido; ahora bien, a esto se me ocurre preguntarte lo siguiente, por qué a la hora de hacer penetraciones con electrodos revestidos (basicos normalmente) se nos ha enseñado a hacerlo siempre con polaridad directa?, es por esa creencia que mencionas de que la penetracion es mayor, o porque simplemente es mejor hacerlo asi?.
Gracias de nuevo por la aclaracion y espero me puedas contestar esta duda surgida a raiz de ella.
SALU2.

[Charles Vega Schmidt]

Estimado Amigo,

¿Por qué se nos han enseñado a soldar las pasadas de raíz, con electrodo básico y con polaridad directa??.

Es una pregunta que yo también me hago, afortunadamente a mí no me enseñaron a soldar los electrodos básicos con polaridad directa, es mas, casi me prohibieron soldar con polaridad directa. Mi escuela fué el Instituto de Investigación y de Formación de Soldadura de Mannheim GmbH (Alemania). Además he realizado trabajos en Sudamérica, donde se emplean extensivamente los electrodos básicos y celulósicos más que los electrodos de rutilo, esto se debe a la implantación de los códigos ASME IX y AWS D1.1. Los inspectores de soldadura americanos (Certified Welding Inspector) obligan a soldar los electrodos básicos con polaridad inversa.

Los alemanes dedican una formación especial para los soldadores que deben cualificarse con electrodos básicos, realizan las pasadas de raíz y de relleno con polaridad inversa, pero el movimiento del electrodo en la ranura es muy diferente al que se realiza con los electrodos de rutilo. En posición plana la oscilación es muy leve, siendo el movimiento hacia adelante y hacia atrás, no hacia los lados de la ranura. El electrodo se mantiene sobre el baño de fusión y se debe mover hacia adelante ligeramente delante del baño de fusión, calentando los bordes de la ranura. En chapa de 10 mm no utilizan electrodos de 2,5 mm sino los de 3,25 mm de diámetro. En posición vertical ascendente, el movimiento oscilante es muy leve, en forma de zig zag hacia los lados de la ranura, el ángulo del electrodo es de aproximadamente 100º con respecto a la chapa vertical (10º con respecto a la perpendicular). El electrodo se mantiene ligeramente sobre el nivel del baño de fusión, fundiendo los bordes de la ranura, el talón debe ser de 2,5 mm para poder soldar con una intensidad de corriente de 90 a 100 amperios.

En ambas corrientes, la alemana y la americana, se recomienda el soldeo de los electrodos básicos en polaridad inversa. Es posible que en nuestro medio estemos arrastrando algunos hábitos en el soldeo que nadie ha sabido explicarnos correctamente con anterioridad. Es necesario fundamentar nuestros argumentos, dando una razón demostrable para cada afirmación que hagamos. No podemos decir que hacemos algo de una manera porque así es como nos han enseñado. Debemos decir que sabemos algo porque nos hemos convencido, a la vista de hechos y mediciones reales, de forma similar a los resultados de las pruebas físicas para la cualificación de las especificaciones de los procedimientos de soldeo, que nos sirven para verificar la aptitud de los parámetros y las variables de soldeo con los que se realiza la unión de un cupón de prueba.

Cordialmente,

[Claudio Martinez]

Distinguidos caballeros
Me gustaría compartir una experiencia relacionada con el efecto práctico del cambio de polaridades en la soldadura. Es común en la soldadura de cañería de presión a campo traviesa, para el pase de raíz usar electrodo celuloso de 70 o 80 ksi de resistencia máxima a la tracción, con polaridad directa, esto debido a que se utiliza la progresión descendente como técnica de soldeo y se controla la penetración evitando romper el delgado bisel con ésta técnica, disminuyendo la relación de calor en el electrodo y aumentando en el metal base.
En los pases siguientes se usa polaridad invertida para mejorar la penetración bajo el mismo principio.

Según alguna literatura la proporción de calor en ambas polaridades es de un 80 y 20 %, en el caso de polaridad invertida el 80% del calor en el electrodo.
Saludos cordiales

[Charles Vega Schmidt]

Estimado Claudio,

En efecto, con los electrodos celulósicos de la Norma AWS A5.1, tales como E6010 ó E7010, o los de la Norma AWS A5.5 E 7010-G ó E8010-G suele soldarse en posición descendente (5G y 6G), la primera pasada o la raíz con polaridad directa, luego las siguientes pasadas incluyendo la pasada en caliente sobre el cordón de raíz, con polaridad inversa.

Lo que explicas es cierto, además está así recomendado por los fabricantes de los electrodos celulósicos, algunos fabricantes dan esas pautas en las hojas técnicas de los electrodos celulósicos.

Sin embargo la Norma API 1104 sobre el soldeo de oleoductos y gasoductos no indica nada específico sobre el cambio de polaridad para una u otra pasada ni el soldeo en posición descendente. Lo que sí está establecido son los electrodos celulósicos, así como los requisitos de calidad para la cualificación de procedimientos de soldeo y de soldadores.

Gracias por tu participación en este FORO.

Cordialmente,

[Francisco Rebollo Doncel]

De todos es sabido que en los recargues y materiales disimilares, para evitar defectos físicos o estructuras metalúrgicas no deseables, en mas de una ocasión se recurre a la polaridad directa (-), en primera capa, para minimizar la dilución. La afirmación errónea del incremento de la penetración con polaridad directa, puede venir dada, por llamar con frecuencia a la pasada de raíz “pasada de penetración”.

Efectivamente, a igualdad de Intensidad (A), la penetración en el “material de base” es mayor con polaridad inversa (electrodo al +). Se demuestra, depositando varios cordones de soldadura sobre la superficie de una chapa, donde se parte de unos parámetros considerados idóneos y se va cambiando cada vez un solo parámetro (Intensidad, voltaje, velocidad, polaridad, inclinación del electrodo, inclinación de la chapa, longitud de arco, diámetro del electrodo, ….), estos cambios van produciendo distintos efectos, entre ellos, un cambio en la penetración que se puede medir cortando el cupón de prueba de forma transversal seguido de un simple ataque químico de la sección.

Otra cuestión es, la ejecución de la “pasada de raiz” en uniones desde una sola cara por ejemplo en tuberías, vigas cajón, etc., que, para asegurar que este doble cordón presente su reverso con “dimensiones regulares y dentro de tolerancias”, requiere una elección de parámetros muy precisa y, por su influencia, hay que tener en cuenta la clasificación del electrodo (incluso la marca comercial y dentro de esta, curiosamente, la “fabrica origen”).

Con la polaridad directa (-), en pasada de raíz, la gota es mas fría y esta característica permite subir la intensidad (similar al electrodo de tungsteno en TIG), reducir el espesor del talón y la separación, esto permite abrir la “lagrima” (ojo de cerradura) y mantenerla con la misma dimensión en toda la longitud de la soldadura, con solo variar la inclinación, la longitud de arco y movimiento del electrodo, según lo vaya pidiendo la dimensión de la lagrima. Si no se hace lágrima y se mantiene idéntica en toda la longitud de la unión, no es posible asegurar un doble cordón por el reverso uniforme en espesor y anchura.

Con polaridad inversa (+), en raíz, el electrodo tiende a fundir en forma de cuña, se produce un efecto de soplo hacia el baño de fusión y la gota es mas errante, con lo se dificulta mantener la lagrima con la misma dimensión e incluso dificulta empujar físicamente el baño de fusión en los empalmes y cierres de cordón o prácticamente en continuo en posición techo, y mas aún si el electrodo indicado en el procedimiento es de revestimiento grueso (E-7018 en lugar de E-7016). Por otro lado para evitar una fusión excesiva e incontrolada de los bordes en raíz, se especificaría mayor talón y requeriría mayor separación, lo que daría lugar a un mayor espesor de cordón y mayor efecto de cierre.

Por el contrario, las pasadas de relleno y peinado son fáciles de realizar con una tolerancia basta de parámetros y polaridad inversa (+), que al ionizar mejor existe menor riesgo de defectos tales como faltas de fusión, porosidad e inclusión de escoria.