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El papel de la mezcla de fluidos en el rendimiento de electrodos y la calidad de la soldadura
El recubrimiento de flujo es un componente crítico en soldadura de arco de metal blindado (SMAW) y otros procesos de soldadura basados en flujos. Determina directamente cómo un electrodo se alinea, qué estable permanece el arco, y en última instancia la integridad de la junta de soldadura. Un recubrimiento de flujo mal formulado o dañado puede llevar a la porosidad, la enclavadura de escoria, la apariencia de malla, y la composición de la mezcla.
¿Qué es el revestimiento de Flux en electrodos de soldadura?
El revestimiento de fluidos se refiere a la capa de compuestos minerales, metálicos y orgánicos que rodean el alambre central de un electrodo de soldadura consumible. Durante el proceso de soldadura, el flujo se derrite y sufre reacciones químicas que sirven múltiples funciones protectoras y metalúrgicas. El revestimiento se aplica mediante la extrusión, el deslizamiento o la rociación sobre el alambre, luego secado y horneado para lograr las propiedades mecánicas deseadas y resistencia a la humedad.
La formulación exacta de revestimientos de flujo varía ampliamente dependiendo de la clasificación de electrodos (por ejemplo, E6010, E7018) y la posición de soldadura prevista, tipo de metal base y propiedades mecánicas requeridas. Los ingredientes comunes incluyen celulosa, rutilo (dióxido de titanio), sílice, carbonato de calcio, fluorespa, polvo de hierro y varios deoxidantes y agentes de aleación.
Contexto histórico
Los electrodos de soldadura sin recubrimiento de flujo se utilizaron a principios del siglo XX, pero produjeron soldaduras frágiles y porosas debido a contaminación atmosférica. La invención de electrodos de recubrimiento de flujo revolucionó la industria permitiendo una estabilidad constante del arco, una penetración más profunda y articulaciones más fuertes. Hoy en día, los recubrimientos de flujo se han diseñado para cumplir con estándares estrictos de organizaciones como la Sociedad Americana de Soldadura (AWS) y StandardIS.
Funciones primarias de lavado de fluidos
El recubrimiento de flujo sirve varios roles indispensables que aumentan colectivamente el rendimiento de electrodos y la calidad final de soldadura. Cada función está interconectada y contribuye a un proceso estable de soldadura repetible.
Protección contra la contaminación atmosférica
El papel más fundamental del recubrimiento de flujo es proteger la piscina de soldadura fundida de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno en el aire circundante. A medida que el flujo se derrite, libera gases (como el dióxido de carbono y el monóxido de carbono) que crean un sobre protector alrededor del arco y la piscina de soldadura. Sin este blindaje, el metal de soldadura absorbería más oxígeno y nitrógeno, lo que conduce a la porosidad de sólidos
Estabilización de Arc
Un arco estable es esencial para una entrada de calor consistente, buena fusión y un espatrón mínimo. Los revestimientos de flujo contienen elementos ionizantes (como compuestos de potasio y sodio) que facilitan la huelga y el mantenimiento del arco. La conductividad eléctrica y las propiedades térmicas del revestimiento ayudan a promover un arco suave y concentrado que viaja uniformemente a lo largo de la articulación. Esto es especialmente importante en la soldadura posicional y al utilizar fuentes de corriente alterna.
Formación y protección de Slag
A medida que el flujo se derrite, crea una escoria de baja densidad que se eleva a la superficie de la piscina de soldadura fundida. La escoria se solidifica en una capa cristalina o cristalina sobre la granada recién depositada. Esta escoria sirve varios propósitos:
- Protección física: Escudriña la soldadura solidificante de la oxidación y el choque térmico.
- Contaminante absorción: Trampa óxidos y otras inclusiones, alejandolos del metal de soldadura.
- Eliminación de la cerda: Una escoria bien diseñada se corta fácilmente después de enfriar, dejando una superficie limpia de soldadura.
- Forma de cuentas: La tensión superficial de la escoria influye en el contorno y la convexidad de cuentas.
Aleación y desoxidación
Los revestimientos de flujo contienen a menudo elementos de aleación como manganeso, silicio, níquel, cromo y molibdeno. Estos elementos se transfieren a la piscina de soldadura durante el derretimiento, mejorando la resistencia del metal de soldadura, la resistencia a la corrosión. Los desoxidantes como silicio y manganeso también se combinan con oxígeno en la piscina para formar óxidos estables que disminuyen la resistencia a la resistencia a la eslagia.
Control de Penetración de Soldadura y Perfil de Carga
La composición y el espesor del revestimiento de flujo influyen en la fuerza de arco, la tensión superficial y la fluidez de metal fundido. Por ejemplo, los revestimientos celulósicos (E6010, E6011) producen un arco penetrante y vigoroso ideal para soldar verticalmente y sobrecarga en acero sucio o oxidado. Los revestimientos rútiles (E6013) ofrecen un arco más suave, una menor penetración y un efecto suave.
Composición de los revestimientos de fluidos
Los revestimientos de flujo modernos son mezclas complejas de compuestos minerales, metálicos y orgánicos. Las proporciones están cuidadosamente equilibradas para lograr las características de soldadura deseadas. A continuación se presentan las principales categorías de ingredientes:
Celulosa
La celulosa (harina de madera, algodón) se descompone durante la soldadura para producir grandes volúmenes de hidrógeno y gas monóxido de carbono. Esto crea una fuerte acción de blindaje y un arco profundo y penetrante. Los electrodos celulósicos (E6010, E7010) son favorecidos para la soldadura de oleoductos y los pases de raíz donde la limpieza es un problema.
Rutil (Dióxido de titanio)
El rútil estabiliza el arco, reduce el espaciador y produce una granada suave y finamente madura. Es el ingrediente principal de los electrodos de uso general diseñado para una fácil operación y soldadura estética. Los recubrimientos de flujo basados en el rútil suelen ofrecer baja generación de humo.
Carbonato de calcio y fluorespa
Estos ingredientes actúan como flujos en el sentido metalúrgico: bajan el punto de fusión de la escoria y promueven su fluidez. El carbonato de calcio se descompone para liberar CO2, agregando gas blindado. Fluorspar (fluoruro de calcio) ayuda a refinar las características de la escoria y mejorar la eliminación. Son comunes en electrodos de baja hidrógeno (E7018, E7016) que tienen como objetivo reducir las características inducidas por hidrógeno.
Silica y Silicates
Silica es un modificador de la escoria y viscosidad clave. Combinado con silicatos (como silicato de sodio o silicato de potasio), se une el revestimiento al alambre central e influye en la desprendimiento de escoria.
Polvo de hierro
Se añade a aumentar las tasas de deposición y mejorar la estabilidad del arco. El polvo de hierro también aumenta la recuperación de metal, permitiendo una menor configuración de amperaje para una tasa de deposición determinada. Estos electrodos se clasifican a menudo con un sufijo “-1” (por ejemplo, E7024) usado para soldaduras planas y horizontales de alta velocidad.
Deoxidantes y aditivos de aleación
Manganeso, silicio, y en algunos casos el aluminio o titanio se añaden a la escavenge oxígeno y nitrógeno. Los elementos de aleación como cromo, níquel o molibdeno se incluyen para grados especiales ( acero inoxidable, acero resistente al escapuldo, etc.).
Impacto en el rendimiento de electrodo
La calidad y consistencia del revestimiento de flujo rigen directamente cómo un electrodo realiza durante la soldadura.
- ]El encendido fácil: El contenido de humedad y la composición del revestimiento influyen en lo fácil que comienza el arco. Los revestimientos de bajo hidrógeno pueden requerir un almacenamiento precalentado o seco para garantizar huelgas fiables.
- La estabilidad del arco: Un flujo bien formado produce un arco estable y silencioso con un espaquete mínimo. La inestabilidad puede causar arc vagabundeo, una penetración desigual y mayores defectos.
- Eficiencia de la deposición: La relación de metal de soldadura depositado con electrodo consumido. Recubrimientos de flujo con polvo de hierro aumenta la eficiencia.
- Desapego de la escoria: Un buen revestimiento crea escoria que se quita fácilmente sin pegar, ahorrando tiempo de limpieza y mejorando la productividad.
- ]Susceptibilidad a la humedad: Los electrodos de bajo hidrógeno (por ejemplo, E7018) requieren un almacenamiento cuidadoso y re-secamiento porque la humedad en el revestimiento introduce hidrógeno en la soldadura, causando grietas. Otros tipos son más tolerantes a la humedad ambiente.
El contenido de humedad es un factor crítico. Incluso pequeñas cantidades de humedad en un recubrimiento de baja hidrógeno pueden aumentar los niveles de hidrógeno difusibles más allá de los umbrales seguros, especialmente en la soldadura de acero de alta resistencia. Por eso los hornos de electrodo y los persiguillos son equipos estándar en las tiendas de soldadura profesionales.
Influencia en calidad de soldada
La calidad de la soldadura es cuantificada por apariencia, solidez y propiedades mecánicas. El revestimiento de flujo influye directamente en los tres.
Aspecto de la soldadura
Los electrodos con revestimientos de base rutilo producen cuentas suaves y finas con espatillas mínimas. Los revestimientos celulósicos generan más espacias pero ofrecen una penetración más profunda. Largo que es difícil de eliminar puede ocultar defectos y crear un acabado inaceptable.
Porosidad e Inclusión
La inadecuada protección de la generación de gas o la mala cobertura de la escoria conduce a agujeros de gas (porosidad). La incrustación de escoria ocurre cuando la escoria no flota completamente antes de la solidificación. Ambos defectos debilitan la soldadura y a menudo son causados por la formulación de flujo impropio, recubrimiento dañado o técnica incorrecta de soldadura.
Propiedades mecánicas
La aleación y desoxidación alcanzadas a través del flujo afectan directamente la fuerza de la tensión, la resistencia al impacto, la dureza del impacto y la ductilidad. Por ejemplo, los electrodos de baja hidrógeno (E7018) producen soldaduras con una resistencia excelente a temperaturas sub-ceros debido al contenido controlado de hidrógeno y a la microestructura refinada.
Cracking inducido por hidrógeno (HIC)
Uno de los defectos más graves de soldadura es el crujido frío causado por el hidrógeno atrapado en el metal de soldadura. Los recubrimientos de fluidos que evolucionan el hidrógeno (celulósico) deben ser utilizados cuidadosamente en las articulaciones de alta resistencia o en aceros de alta carbono. Los recubrimientos de bajo hidrógeno (electros básicos) están formulados para minimizar la recolección de hidrógeno y son obligatorios para muchas aplicaciones críticas, como el recipiente de presión y la soldadura de acero estructural.
Clasificación de electrodos con recubrimiento de fluidos
La Sociedad Americana de Soldadura (AWS) clasifica electrodos cubiertos utilizando un sistema de cuatro o cinco dígitos. Los dos últimos dígitos a menudo especifican el tipo de recubrimiento de flujo y posición de soldadura.
- E60XX y E70XX:] La fuerza de la tensión de 60.000 o 70.000 psi. El "XX" indica el revestimiento y la posición.
- E6010 (sódium celulósico): Profundidad de penetración, alta salpicadura, para soldadura vertical y de tubería con DC+.
- E6011 (potásico celuloso):] Similar a E6010 pero puede funcionar en AC o DC.
- E6013 (potásico riguroso): Fácil operación, baja penetración, buena para las hojas delgadas y uso general.
- E7018 (polvo de baja hidrógeno, hierro): Excelente resistencia, hidrógeno bajo, utilizado para aceros de alta resistencia, requiere cuidado de almacenamiento.
- E7024 (polvo de hierro y de hierro): Alta tasa de deposición, para soldaduras planas y horizontales.
Las normas internacionales como ISO 2560 clasifican de forma similar los electrodos por tipo de recubrimiento, fuerza y contenido de hidrógeno.
Selección de la derecha de la caja de flujo para el trabajo
Elegir un electrodo requiere equilibrar la composición base de metal, el diseño conjunto, la posición de soldadura, fuente de alimentación y requisitos de calidad.
- El espesor y la limpieza de metales de base: Profundidad de penetración (celulósica) para material grueso o sucio; menor penetración (rutil) para láminas finas o superficies limpias.
- Posición de soldadura: La verticalidad o la sobrecarga exige electrodos con escoria de liberación rápida (E6010, E7018). Tipos de favorececión plana y horizontal de alta deposición como E7024.
- Fortaleza y resistencia: Los aceros de alta resistencia requieren electrodos de baja hidrógeno (E7018 o superior). La resistencia al impacto a bajas temperaturas es crítica para los buques de presión y las estructuras offshore.
- Control de humedad: Si las condiciones de almacenamiento no son ideales, seleccione electrodos rutiles que son menos sensibles a la humedad, o implemente horarios estrictos de horneado para tipos de bajo hidrógeno.
- Conformidad regulatoria: Para el trabajo en código (ASME, AWS D1.1), el electrodo debe estar calificado con el soldador y el procedimiento. Los electrodos de baja hidrógeno son a menudo obligatorios.
Defectos comunes vinculados a problemas de cocción de flujo
Cuando el revestimiento de flujo se ve comprometido o mal aplicado, pueden surgir varios defectos:
- Electrodo de estire: Si el revestimiento es demasiado grueso o conductivo, el electrodo puede pegarse al trabajo antes de que el arco se estabilice.
- Vuelta de arco: Uneven espesor de revestimiento o efectos magnéticos pueden causar deflecciones de arco.
- Excesiva salpicadura: A menudo debido a la inestabilidad del arco de la formulación o humedad del flujo pobre.
- Inclusión de la escoria: La sólida solidificación de la escoria lenta o la despreocupación de las hojas de escoria atrapadas en la soldadura.
- El agrietamiento de hidrógeno: De los revestimientos húmedos de baja hidrógeno o el manejo incorrecto.
- Perfil de la cuenta de púa: Las cuentas de convexa pueden indicar demasiado flujo, mientras que las cuentas de concave pueden indicar un flujo insuficiente.
Almacenamiento y manipulación de electrodos con flujo
Los recubrimientos de flujo son higroscópicos y pueden absorber humedad del aire. Los electrodos de bajo hidrógeno son especialmente vulnerables: la exposición a la humedad durante unas pocas horas puede elevar los niveles de hidrógeno por encima de los límites aceptables.
- Almacene electrodos en un ambiente seco y controlado por temperatura (normalmente 120–150°F o 49–66°C).
- Use los hornos de sujeción en el sitio de trabajo para mantener los electrodos calientes y secos.
- Si los electrodos se vuelven húmedos, re-bake ellos según las recomendaciones de tiempo y temperatura del fabricante.
- Dibuja electrodos que muestran signos de daño de recubrimiento o oxidación en el alambre de núcleo.
Avances en la tecnología de revestimiento de fluidos
Los recientes desarrollos incluyen recubrimientos de flujo que reducen las emisiones de gases (mejorable salud del operador), recubrimientos con mayor control de hidrógeno para aceros ultra-alta resistencia, y recubrimientos compuestos que combinan características de múltiples tipos. Algunos fabricantes están experimentando con carpetas solubles en agua para eliminar compuestos orgánicos volátiles (VOCs).
Para información técnica más detallada, consulte recursos como la Sociedad Americana de Soldadura] y La base de conocimientos de soldadura de Lincoln Electric. Los artículos revisados por los propios medios en La sección de ciencias de soldadura de Direct ofrecen una visión más profunda de la metalurgia.
Conclusión
El revestimiento de flujo es mucho más que una capa exterior simple en un electrodo de soldadura; es un sofisticado sistema de entrega para proteger gases, ex-esclavadores, desoxidantes y elementos de aleación. Su composición y calidad determinan directamente el rendimiento de electrodo, desde la estabilidad del arco y la tasa de deposición para reducir la desprendimiento y la resistencia a la humedad.