GMAW vs. GTAW: Comparación exhaustiva de dos técnicas de soldadura por arco

La soldadura es una de las técnicas de unión populares que puede unir permanentemente dos o más materiales juntos con o sin la aplicación de calor, presión y material de aporte. La soldadura por fusión es aquel grupo de procesos de soldadura donde las caras de unión del componente base se funden por calentamiento para formar coalescencia. La soldadura por arco es el proceso de soldadura por fusión más popular donde el calor se aplica mediante un arco eléctrico constituido entre dos electrodos bajo la presencia de una diferencia de potencial suficiente. Existen diferentes procesos de soldadura por arco para unir una variedad de materiales de diversas maneras. La soldadura por arco con gas metálico (GMAW) y la soldadura por arco con gas de tungsteno (GTAW) son dos de esos procesos de soldadura por arco que ofrecen ciertas ventajas únicas.

La soldadura por arco con gas metálico (GMAW) es un proceso de unión económico en el cual la coalescencia se forma fundiendo las caras de unión y el metal de aporte mediante un arco eléctrico constituido entre un electrodo consumible y el metal base conductor. Dado que el electrodo es consumible, se alimenta continuamente a una tasa constante mediante un alimentador de alambre mecanizado. Por tanto, no puede realizarse en modo autogénico, ya que el electrodo consumible es una parte integral del proceso. Se puede utilizar un gas protector adecuado (inerte o activo) para proteger el baño de soldadura de la contaminación. Sin embargo, el metal de aporte puede depositarse en el cordón de soldadura a una tasa más rápida y, por tanto, este proceso es productivo y económico. Si se realiza correctamente usando un conjunto óptimo de parámetros, puede producir una unión sólida y fiable.

La soldadura por arco con gas de tungsteno (GTAW), popularmente conocida como soldadura de tungsteno con gas inerte (TIG), es un proceso de soldadura por fusión sofisticado donde la unión se realiza mediante la formación de coalescencia debido a la fusión de las caras de unión. Aquí el arco eléctrico se constituye entre el material base conductor y un electrodo de tungsteno no consumible. Dado que el electrodo no es consumible, el material de aporte debe aplicarse por separado cuando existe una abertura de raíz suficiente. También es favorable para el modo autogénico de soldadura donde no se aplica aporte. El gas protector, preferiblemente gas inerte como argón, también se aplica para proteger el baño de metal caliente durante la soldadura del oxígeno atmosférico. Aunque el proceso es comparativamente más lento, su capacidad de unir diversos metales y producir uniones fuertes y fiables lo convierte en un proceso favorable en muchas aplicaciones. La apariencia espléndida del cordón de soldadura y la unión libre de defectos son también dos ventajas importantes. GMAW difiere de GTAW en muchos aspectos y sus diferencias se presentan a continuación en forma de tabla.

Tabla: Diferencias entre procesos de soldadura GMAW y GTAW

Soldadura por Arco con Gas Metálico (GMAW)	Soldadura por Arco con Gas de Tungsteno (GTAW)
GMAW utiliza un electrodo consumible. Así, el material del electrodo se funde y deposita en el cordón de soldadura.	GTAW o soldadura TIG usa electrodo no consumible y, por tanto, el material del electrodo no se deposita en el cordón de soldadura.
La composición metalúrgica del material del electrodo es similar a la del componente base.	El electrodo está hecho de tungsteno (con elementos de aleación menores) únicamente.
No puede realizarse en modo autogénico, ya que la deposición de material del electrodo es inherente a este proceso.	Es un proceso de soldadura por arco favorable para el modo de soldadura autogénico.
Dado que el electrodo proporciona el aporte necesario para rellenar la abertura de raíz, no se aplica material de aporte externo.	El material de aporte, si se requiere, se aplica externamente generalmente en forma de varillas de pequeño diámetro.
El proceso GMAW puede utilizar un gas protector inerte o activo.	El proceso GTAW utiliza principalmente gas protector inerte.
El proceso GMAW es mucho más rápido, ya que el electrodo (o aporte) se alimenta continuamente por sistema mecanizado.	GTAW es un proceso comparativamente más lento. Por tanto, no es económicamente favorable.
El proceso GMAW produce salpicaduras, incluso si se usa un conjunto óptimo de parámetros para la soldadura.	GTAW es un proceso de soldadura libre de salpicaduras.
La apariencia del cordón de soldadura no es tan buena.	Proporciona un cordón de soldadura aparentemente espléndido.
Es un proceso comparativamente más fácil de realizar.	Se desea un soldador experimentado y atento para llevar a cabo este proceso.

Electrodo consumible y no consumible

Durante la soldadura por arco, el arco eléctrico se establece entre un electrodo y materiales de trabajo conductores. La alta densidad de calor de este arco funde las caras de unión de los componentes base, así como el metal de aporte si se aplica. Cuando un electrodo se funde y, en consecuencia, deposita en el cordón de soldadura durante la soldadura, se denomina electrodo consumible. En otras palabras, cuando el electrodo se consume para proporcionar aporte, se llama electrodo consumible. En la soldadura por arco con gas metálico (GMAW), el electrodo es de tipo consumible, ya que se funde debido al calentamiento del arco y posteriormente deposita en el cordón de soldadura. Contrariamente, en el proceso de soldadura por arco con gas de tungsteno (GTAW), el electrodo permanece intacto bajo el intenso calentamiento del arco. Dado que no se funde para depositar el metal de aporte necesario, es de tipo no consumible. Consecuentemente, la vida del electrodo GTAW es mayor que la del electrodo GMAW.

Composición del material del electrodo

En GMAW, la composición metalúrgica del electrodo (o aporte) es más o menos la misma que la de los componentes base que se van a unir. GTAW siempre utiliza un electrodo de tungsteno puntiagudo, independientemente de la composición del material base. Sin embargo, se añaden pocos elementos de aleación (por ejemplo, torio, óxido de lantano, óxido de cerio, zirconia, etc.) con el tungsteno para mejorar varias características de soldadura como la emisividad de electrones, la erosión del electrodo, etc.

Posibilidad de realizar en modo autogénico

Un modo autogénico de soldadura se realiza sin aplicar ningún metal de aporte. Aquí la abertura de raíz se mantiene mínima, generalmente cero. Durante la soldadura, solo las caras de unión se funden por calentamiento mediante arco eléctrico y se dejan enfriar. El material fundido de las dos superficies se mezcla y al enfriarse crea el cordón de soldadura. El proceso GMAW deposita inherentemente metal de aporte en el cordón de soldadura, ya que utiliza un electrodo consumible. Por tanto, no puede realizarse en modo autogénico. Dado que la soldadura TIG utiliza un electrodo no consumible, puede realizarse ventajosamente en modo autogénico. De hecho, es uno de los procesos de soldadura preferidos para la unión en modo autogénico.

Aplicación de metal de aporte externamente

No se requiere aplicar metal de aporte desde una fuente externa en el proceso GMAW, ya que el electrodo mismo actúa como metal de aporte. En la soldadura TIG, sin embargo, el aporte puede aplicarse por separado si se desea. Aunque TIG es preferido para la unión en modo autogénico, también puede realizarse en modo homogéneo o heterogéneo. El aporte en forma de varilla de pequeño diámetro puede alimentarse a la zona de soldadura debajo del arco eléctrico a una tasa pre-determinada constante. Esta varilla de aporte se funde debido al calentamiento del arco y deposita el aporte necesario. La composición de esta varilla de aporte puede ser similar a la del material de la pieza o puede ser diferente; sin embargo, debe ser compatible con el metal base; de lo contrario, se producirá una unión defectuosa.

Gas protector inerte y activo

El gas protector se utiliza para proteger el cordón de soldadura caliente del oxígeno atmosférico creando una capa protectora alrededor de toda la zona de soldadura. También, directa o indirectamente, ayuda a reducir el nivel de salpicaduras, estabilizar el arco y mejorar las propiedades del cordón de soldadura. Este gas protector puede ser inerte o un gas activo también. Un gas protector activo puede mostrar mejor capacidad en ciertas situaciones. Dichos gases también pueden inducir elementos químicos en el cordón de soldadura para mejorar varias propiedades mecánicas de la unión. El proceso GMAW puede utilizar ambos tipos de gas protector; y, en consecuencia, puede clasificarse en dos grupos: Metal Inert Gas (MIG) y Metal Active Gas (MAG). MIG utiliza solo gas inerte como argón, helio, etc. MAG utiliza gas activo como dióxido de carbono, oxígeno, etc., generalmente mezclado con gas inerte en diferentes proporciones. Por otro lado, el proceso GTAW o soldadura TIG usa gas inerte solo, predominantemente argón.

GMAW es un proceso más rápido comparado con TIG

En el proceso GMAW, el electrodo en forma de alambre de pequeño diámetro y enrollado en un carrete se alimenta continuamente mediante un arreglo mecanizado adecuado. Por tanto, el aporte puede depositarse a una tasa más rápida y, en consecuencia, este proceso de soldadura es altamente productivo en comparación con la soldadura TIG.

Nivel de salpicaduras y apariencia

La salpicadura son pequeñas gotitas de metal de aporte fundido que se producen debido a la dispersión del arco y salen de la zona de soldadura. Esta salpicadura causa pérdida de metal de aporte y, por tanto, una tasa de deposición de aporte no uniforme que a veces conduce a varios defectos de soldadura, incluyendo refuerzo negativo e inexactitud dimensional. También perjudica la apariencia y requiere rectificado después de la soldadura para su eliminación. Muchos procesos de soldadura por arco producen salpicaduras, incluyendo GMAW. No puede realizarse de manera libre de salpicaduras incluso si se usa un conjunto óptimo de parámetros de proceso y se emplea la técnica de soldadura adecuada. La soldadura TIG generalmente no produce salpicaduras a menos que la superficie del material de la pieza no esté limpia. El cordón de soldadura producido por la soldadura TIG es suave y superficialmente atractivo.

Pericia del soldador

GMAW es bastante fácil de realizar, ya que la mayoría de los movimientos están automatizados. Incluso el movimiento de la antorcha puede automatizarse usando un arreglo adecuado. Establecer el arco también es más fácil. Comparado con esto, la soldadura TIG es un proceso sofisticado y, por tanto, requiere un soldador experimentado para llevar a cabo la soldadura suavemente sin soplado de arco o terminación no deseada del arco. Establecer el arco es bastante crucial, ya que el electrodo de tungsteno puede pegarse a la superficie de la pieza, lo que conduce a defecto de inclusión de tungsteno.

En este artículo se presenta una comparación científica entre la soldadura por arco con gas metálico (GMAW) y la soldadura por arco con gas de tungsteno (GTAW). El autor también sugiere consultar las siguientes referencias para una mejor comprensión del tema.

• Tungsten inert gas (TIG or GTA) welding por TWI-Global.com.
• Gas Metal Arc Welding Handbook por W. H. Minnick (2007, Goodheart Willcox).
• Basic TIG & MIG Welding (GTAW & GMAW) por I. H. Griffin, E. M. Roden y C. W. Briggs (3ª edición, Delmar Cengage Learning).