Electrodos de Soldadura: Tipos, Usos y Funcionamiento Explicados

¿Qué son los electrodos de soldadura?

Los electrodos de soldadura son longitudes de alambre que se conectan a la máquina de soldar para crear un arco eléctrico. La corriente pasa a través de este alambre produciendo un arco que genera mucho calor para fundir y fusionar metal en la soldadura.

Un electrodo es un alambre metálico recubierto. Está hecho de materiales similares al metal que se va a soldar. Para empezar, existen electrodos consumibles y no consumibles. En la soldadura por arco con electrodo revestido (SMAW), también conocida como soldadura con electrodo, los electrodos son consumibles, lo que significa que el electrodo se consume durante su uso y se funde con la soldadura.

En la soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), los electrodos son no consumibles, por lo que no se funden ni pasan a formar parte de la soldadura. Con la soldadura GMAW (Gas Metal Arc Welding) o MIG, los electrodos son alambre alimentado continuamente. La soldadura por arco con fundente (FCAW) requiere un electrodo tubular consumible alimentado continuamente que contiene fundente.

MÁS: ¿Qué es la soldadura?

¿Cómo elegir electrodos de soldadura?

Los electrodos revestidos están disponibles en una amplia gama de tipos, cada uno de los cuales proporciona diferentes propiedades mecánicas y funciona con un tipo específico de fuente de alimentación de soldadura. Hay varios factores a considerar en la selección del electrodo:

1. Propiedades del metal base
2. Resistencia a la tracción
3. Corriente de soldadura
4. Espesor, forma y preparación de la junta del metal base
5. Posición de soldadura
6. Especificaciones y condiciones de servicio
7. Condiciones ambientales del trabajo

Antes de encender su máquina y tomar el portaelectrodos, conozca más sobre cada uno de estos factores.

Propiedades del metal base

El primer paso para elegir un electrodo es determinar la composición de su metal base. Su objetivo es igualar (o aproximar lo más posible) la composición del electrodo al tipo de metal base, lo que ayudará a garantizar una soldadura fuerte. Si tiene dudas sobre la composición de su metal base, hágase estas preguntas:

• ¿Qué aspecto tiene el metal? Si está trabajando con una pieza o componente roto, verifique si la superficie interna es gruesa y granular, lo que generalmente significa que el material base es metal fundido.
• ¿Es magnético el metal? Si el metal base es magnético, lo más probable es que sea acero al carbono o acero de aleación. Si el metal base no es magnético, el material podría ser acero al manganeso, acero inoxidable austenítico serie 300, o una aleación no ferrosa como aluminio, latón, cobre o titanio.
• ¿Qué tipo de chispas produce el metal al tocarlo con una amoladora? Como regla general, más destello en las chispas indica un mayor contenido de carbono, como en el acero grado A-36.

¿Un cincel «muerde» el metal base o rebota? Un cincel morderá un metal más blando, como acero dulce o aluminio, y rebotará en metales más duros, como acero de alto carbono, cromo-molibdeno o hierro fundido.

Resistencia a la tracción

Para prevenir grietas u otras discontinuidades en la soldadura, iguale la resistencia mínima a la tracción del electrodo a la resistencia a la tracción del metal base. Puede identificar la resistencia a la tracción de un electrodo revestido consultando los dos primeros dígitos de la clasificación AWS impresa en el lateral del electrodo.

Por ejemplo, el número «60» en un electrodo E6011 indica que el metal de aporte produce un cordón de soldadura con una resistencia mínima a la tracción de 60,000 psi y, como resultado, funcionaría bien con acero de resistencia a la tracción similar.

Corriente de soldadura

Algunos electrodos solo pueden usarse con fuentes de alimentación CA o CC, mientras que otros son compatibles con ambas. Para determinar el tipo de corriente correcto para un electrodo en particular, consulte el cuarto dígito de la clasificación AWS, que representa el tipo de recubrimiento y el tipo de corriente de soldadura compatible.

El tipo de corriente que use también influye en el perfil de penetración de la soldadura resultante. Por ejemplo, un electrodo compatible con DCEP, como un E6010, proporciona una penetración profunda y produce un arco extremadamente cerrado.

También tiene la capacidad de «excavar» a través de óxido, aceite, pintura y suciedad. Un electrodo compatible con DCEN, como un E6012, proporciona una penetración suave y funciona bien al tender puentes entre dos juntas o soldar cordones en posición horizontal a alta velocidad y alta corriente.

Un electrodo compatible con CA, como un E6013, produce un arco suave con penetración media y debe usarse para soldar chapa metálica nueva y limpia.

Espesor, forma y preparación de la junta del metal base

Los materiales gruesos requieren un electrodo con máxima ductilidad y bajo hidrógeno para prevenir grietas en la soldadura. Los electrodos con números de clasificación AWS que terminan en 15, 16 u 18 proporcionan excelentes propiedades de bajo hidrógeno y buena tenacidad (valores de impacto altos) para acomodar tensiones residuales.

Para materiales delgados, necesitará un electrodo que produzca arcos suaves, como un 6013. Además, electrodos de menor diámetro proporcionarán una penetración superficial para ayudar a prevenir la quema en materiales más delgados.

También querrá evaluar el diseño y la preparación de la junta. Si está trabajando en una junta con preparación ajustada o que no está biselada, use un electrodo que proporcione un arco excavador para asegurar una penetración suficiente, como un E6010 o E6011. Para materiales con aberturas de raíz amplias, seleccione un electrodo, como un E6012, que cree una cara de soldadura cóncava adecuada para tender puentes y realizar soldaduras en V.

Posición de soldadura

Para determinar en qué posición(es) califica un electrodo en particular, consulte el tercer dígito en la clasificación AWS. Así es como descifra la posición calificada del electrodo:

• 1 = plano, horizontal, vertical y sobre cabeza
• 2 = solo plano y horizontal

Por ejemplo, un electrodo 7018 puede usarse en posiciones plana, horizontal, vertical y sobre cabeza.

Especificaciones y condiciones de servicio

Asegúrese de evaluar las condiciones que la pieza soldada encontrará durante su servicio. Si se usará en entornos de alta temperatura o baja temperatura sometidos a cargas de choque repetitivas, un electrodo de bajo hidrógeno con mayor ductilidad reducirá la posibilidad de grietas en la soldadura.

Además, verifique las especificaciones de soldadura si está trabajando en aplicaciones críticas como fabricación de recipientes a presión o calderas. En la mayoría de los casos, estas especificaciones de soldadura requerirán que use tipos específicos de electrodos.

Condiciones ambientales del trabajo

Para lograr los mejores resultados, siempre debe eliminar la calamina excesiva, óxido, humedad, pintura y grasa. Los metales base limpios ayudan a prevenir la porosidad y aumentan las velocidades de avance.

Si no es posible limpiar su metal base, los electrodos E6010 o E6011 proporcionan un arco de penetración profunda que tiene la capacidad de cortar a través de contaminantes.

Cómo leer el código en electrodos revestidos

La Sociedad Americana de Soldadura (AWS) tiene un sistema de numeración que ofrece información sobre un electrodo específico, como para qué aplicación se usa mejor y cómo debe operarse para máxima eficacia.

Dígito	Tipo de Recubrimiento	Corriente de Soldadura
0	Celulosa alta en sodio	CC+
1	Celulosa alta en potasio	CA, CC+ o CC-
2	Titania alta en sodio	CA, CC-
3	Titania alta en potasio	CA, CC+
4	Polvo de hierro, titania	CA, CC+ o CC-
5	Bajo hidrógeno en sodio	CC+
6	Bajo hidrógeno en potasio	CA, CC+
7	Óxido de hierro alto, polvo de potasio	CA, CC+ o CC-
8	Bajo hidrógeno potasio, polvo de hierro	CA, CC+ o CC-

La «E» indica un electrodo de soldadura por arco. Los dos primeros dígitos de un número de 4 dígitos y los tres primeros dígitos de un número de 5 dígitos representan la resistencia a la tracción. Por ejemplo, E6010 significa 60,000 libras por pulgada cuadrada (PSI) de resistencia a la tracción, y E10018 significa 100,000 psi de resistencia a la tracción.

El penúltimo dígito indica la posición. Así, «1» representa un electrodo para todas las posiciones, «2» para electrodo plano y horizontal, y «4» para electrodo plano, horizontal, vertical descendente y sobre cabeza. Los dos últimos dígitos especifican el tipo de recubrimiento y la corriente de soldadura.

E	60	1	10
Electrodo	Resistencia a la tracción	Posición	Tipo de Recubrimiento y Corriente

¿Qué es el recubrimiento del electrodo de soldadura?

Los recubrimientos de electrodos deben proporcionar protección gaseosa para el arco, fácil arranque y estabilidad del arco, una escoria protectora, buena forma de soldadura y, lo más importante, un escudo gaseoso que consuma el oxígeno circundante y proteja el metal de soldadura fundido.

Existen varios tipos de electrodos, el tipo a menudo definido por la naturaleza del recubrimiento.

El recubrimiento del electrodo está cubierto con un recubrimiento de calidad relativamente alta aplicado en una capa de 1 a 3 mm de espesor. El peso de dicho recubrimiento es del 15 al 30% del peso del electrodo. La mayor parte de la soldadura se realiza con electrodos recubiertos. Esto restringe el proceso a una operación manual lenta. Si el recubrimiento de fundente se coloca dentro de un tubo largo, el electrodo puede ser un alambre desnudo en forma de bobina.

Entonces, el proceso de arco protegido puede hacerse continuo y automático. El propósito principal de un recubrimiento ligero es aumentar la estabilidad del arco; el recubrimiento también se llama recubrimiento ionizante. Dado que el recubrimiento del electrodo es frágil, solo se pueden usar electrodos rectos.

Funciones de los recubrimientos de electrodos

• Mejorar la estabilidad del arco proporcionando ciertos químicos que tienen esta capacidad al ionizar la trayectoria del arco
• Proporcionar una atmósfera gaseosa protectora para prevenir la captura de oxígeno, hidrógeno y nitrógeno por el metal fundido
• Escoria protectora sobre el metal caliente
• Proporcionar fundente, que ayuda a eliminar óxidos y otras impurezas de los metales fundidos
• Reducir la proyección de metal de soldadura: cuando el recubrimiento se quema más lento que el núcleo
• Actúa como desoxidante
• Ralentizar la velocidad de enfriamiento de la soldadura (debido a la capa protectora de escoria) para prevenir el endurecimiento
• Los recubrimientos son normalmente aislantes de electricidad y por eso impiden el uso de electrodos en ranuras estrechas, etc.

Tipos de recubrimientos:

Aunque existen características universales dentro de cada tipo de recubrimiento de electrodo, la composición química única de cada recubrimiento individual proporcionará diferentes propiedades. Asegúrese de investigar las mejores aplicaciones de cada recubrimiento para elegir uno que se adapte bien a su proyecto.

Celulosa:

Estos recubrimientos están compuestos aproximadamente de un tercio de celulosa y dos tercios de otros materiales orgánicos. Cuando se exponen al arco de soldadura, los materiales se descomponen para formar tres gases separados: hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono que fortalecen el arco. Esta fuerza añadida permite que la corriente penetre más profundamente en el metal, resultando en soldaduras más fuertes.

Los recubrimientos de celulosa también emiten una capa de gas para proteger el baño de soldadura de impurezas. La capa de gas crea una barrera entre el metal y otros elementos, como oxígeno, nitrógeno e hidrógeno, que pueden crear porosidad en una soldadura. La porosidad es veneno para una soldadura, por lo que usar electrodos con recubrimiento de celulosa puede ayudar a garantizar uniones de soldadura de mayor calidad.

Los recubrimientos de celulosa vienen en una variedad de mezclas químicas, cada una con sus propias propiedades únicas y mejores aplicaciones. Mientras que el componente de celulosa de la receta es una regla general, los materiales orgánicos adicionales varían enormemente.

Mineral:

Los recubrimientos minerales dejan una capa de escoria sobre la soldadura. Aunque la escoria pueda parecer un efecto secundario molesto, en realidad sirve un propósito muy útil. La escoria de un electrodo recubierto con mineral se enfría mucho más lentamente que un electrodo recubierto de celulosa y el material soldado debajo.

Esto permite tiempo para que las impurezas filtren a la superficie del metal, evitando que comprometan la estructura de la soldadura.

Mezcla:

Los recubrimientos de electrodos con una combinación de celulosa y minerales son una opción popular entre los fabricantes porque proporcionan lo mejor de ambos mundos. Dado que estos recubrimientos pueden tener desde solo unos pocos componentes hasta más de 10 ingredientes diferentes, la diversidad química de estos recubrimientos proporciona una gama de beneficios significativos.

Tener tanto gas de protección como protección de escoria en una soldadura puede ser increíblemente útil al trabajar con metales base particularmente difíciles.

Recubrimientos de electrodos más comunes:

Aunque hay ciertas aplicaciones que requieren recubrimientos y características específicas de electrodos, estos son cinco de los recubrimientos de electrodos de soldadura más comunes que probablemente verá.

Electrodos de celulosa:

Bien adaptados para posicionamiento vertical, los electrodos de celulosa dejan una capa de escoria muy delgada y muy fácil de eliminar. Los recubrimientos de celulosa se descomponen en hidrógeno y dióxido de carbono al calentarse. Esto proporciona una capa de gas protectora efectiva sobre el baño de soldadura.

Sin embargo, esto también puede poner la soldadura en riesgo de fragilización por hidrógeno. En su forma más pura, los recubrimientos de celulosa funcionan mejor con CC. Sin embargo, la adición de diferentes elementos al recubrimiento puede permitir su uso con CA también. Los electrodos de celulosa le dan toda la facilidad de un recubrimiento rutilo, pero con mayor penetración y escoria menos problemática.

Electrodos rutilo:

Casi idénticos a la celulosa, la principal diferencia es que el rutilo tiene un porcentaje más alto de dióxido de titanio. Esto crea un escudo gaseoso de oxígeno, nitrógeno, carbono e hidrógeno, lo que hace que los electrodos rutilo sean adecuados para soldar acero de bajo carbono.

Sin embargo, la escoria de los electrodos rutilo puede tender a dejar rastros de titanio en el metal depositado. La adición de celulosa a los recubrimientos de electrodos rutilo proporciona protección añadida sobre el baño de soldadura. Estos electrodos emiten niveles más bajos de proyecciones y emisiones de humos y son excelentes para usar en todas las posiciones.

Electrodos de óxido de hierro:

Buenos para usar con corriente CA y CC, los electrodos de óxido de hierro producen escoria que es muy fácil de eliminar de la soldadura. La composición química de este recubrimiento es alta en oxígeno y puede tender a causar depósitos de soldadura más débiles en resistencia general.

El riesgo de fragilización por hidrógeno, sin embargo, es significativamente menor que con los electrodos de celulosa. Los electrodos de óxido de hierro proporcionan gran control del arco y permiten una colocación precisa y limpia del cordón.

Electrodos básicos:

También conocidos como electrodos de hidrógeno controlado, estos electrodos requieren un poco más de cuidado antes de soldar. Los electrodos deben almacenarse en un lugar seco y hornearse antes de usarlos. No hacerlo puede crear una composición química inestable en el recubrimiento resultando en una estructura de soldadura comprometida.

Los electrodos básicos depositan un nivel bajo y controlado de hidrógeno que minimiza el riesgo de porosidad y grietas en una soldadura. Si se almacenan y mantienen adecuadamente, estos electrodos son una gran opción para trabajar con acero.

Electrodos de polvo de hierro:

Estos electrodos son variaciones de otros recubrimientos de electrodos resultantes de la adición de polvo de hierro a una mezcla. Los polvos metálicos se están volviendo una adición cada vez más popular a las mezclas de recubrimiento de electrodos ya que pueden ayudar a aumentar la eficiencia y la calidad general de la soldadura. Los electrodos de polvo de hierro son una variación común de los electrodos de celulosa que permiten el uso del electrodo con CA.

Al trabajar con un tipo de soldadura que requiere electrodos recubiertos separados, tomarse el tiempo para comprender las diferentes opciones disponibles puede hacer o deshacer un proyecto. Recuerde considerar factores adicionales, como posición, resistencia a la tracción y metales base, al decidir sobre un electrodo.

Tipos de electrodos de soldadura

Las varillas utilizadas para soldadura MIG y electrodo son ejemplos de electrodos consumibles. Tienen material de aporte, que se funde para crear uniones de soldadura.

La soldadura TIG, por otro lado, emplea electrodos no consumibles. Estos electrodos consisten principalmente en tungsteno, que no se funde (a diferencia de los electrodos consumibles) debido a su alto punto de fusión. Simplemente suministra un arco eléctrico para soldar. El material de aporte se proporciona usando un alambre que se alimenta manualmente.

Por lo tanto, la principal diferencia entre los dos es que los electrodos consumibles se funden, mientras que los electrodos no consumibles no lo hacen.

Las dos categorías tienen varios tipos de electrodos, también.

Electrodos consumibles

Los electrodos consumibles son la clave para la soldadura con electrodo, MIG y arco con fundente. Los electrodos consumibles utilizados para soldadura con electrodo se llaman electrodos revestidos. Estos incluyen electrodos de recubrimiento pesado, arco protegido y electrodos de recubrimiento ligero.

1. Electrodos de recubrimiento ligero

Como su nombre indica, los electrodos de recubrimiento ligero tienen un recubrimiento delgado en su superficie, que se aplica mediante métodos como pulverización y cepillado.

Estos electrodos y sus recubrimientos están hechos de varios materiales diferentes. El material de aporte guarda muchas similitudes con el metal base que se está soldando.

El recubrimiento ligero también cumple otro propósito vital. Este recubrimiento reduce impurezas, como azufre y óxido, para dar una soldadura de mejor calidad. También permite una fusión más consistente del material de aporte para que pueda crear un cordón de soldadura suave y confiable.

Dado que el recubrimiento es delgado, la escoria producida no es demasiado gruesa. Los electrodos de arco protegido guardan algunas similitudes con los electrodos de recubrimiento ligero. La principal diferencia es que tienen un recubrimiento más grueso. Estos electrodos de servicio pesado son adecuados para aplicaciones de soldadura más exigentes, por ejemplo, la soldadura de hierro fundido.

2. Electrodos desnudos

El uso de electrodos desnudos puede ser complicado porque el arco es algo inestable y difícil de controlar. El recubrimiento ligero aumenta la estabilidad del arco eléctrico, facilitando su manejo. Los electrodos desnudos tienen aplicaciones limitadas. Por ejemplo, se usan para soldar acero al manganeso.

3. Electrodos de arco protegido

Los electrodos de arco protegido tienen tres tipos diferentes de recubrimientos, que sirven para diferentes propósitos. Un tipo de recubrimiento contiene celulosa y utiliza una capa de gas protectora para proteger la zona de soldadura. El segundo tipo de recubrimiento tiene minerales que producen escoria. El tercer tipo de recubrimiento tiene una combinación de minerales y celulosa.

Los electrodos de arco protegido generan una capa de gas protectora, que forma una barrera efectiva para proteger la zona de soldadura caliente de la contaminación y corrosión por el aire circundante. Esto resulta en soldaduras más fuertes y confiables. La zona de soldadura calentada debe mantenerse a salvo de gases atmosféricos como nitrógeno y oxígeno, que reaccionan con el metal a alta temperatura para producir soldaduras frágiles, porosas y débiles.

Los electrodos de arco protegido minimizan el azufre, óxidos y otros tipos de impurezas dentro del metal base para dar soldaduras regulares, suaves y limpias. Estos electrodos recubiertos también producen un arco eléctrico más estable en comparación con los electrodos desnudos, lo que hace que la soldadura sea más manejable y reduce las proyecciones.

Los electrodos de arco protegido también producen escoria debido al recubrimiento mineral. Esta escoria parece ser una molestia para eliminar, pero sirve un propósito beneficioso. Se enfría mucho más lentamente en comparación con los electrodos de arco protegido. Este proceso extrae las impurezas y las envía a la superficie. En consecuencia, obtendrá soldaduras de alta calidad que son limpias, duraderas y fuertes.

Electrodos no consumibles

Los electrodos no consumibles son más simples de entender no solo porque no se funden, sino también porque solo hay dos tipos.

1. Electrodos de carbono

El primer tipo es el electrodo de carbono que se usa tanto para corte como para soldadura. Este electrodo está hecho de grafito de carbono. Puede estar recubierto con una capa de cobre o dejarse desnudo.

La Sociedad Americana de Soldadura no ha emitido especificaciones para este tipo de electrodo. Sin embargo, existen especificaciones militares para electrodos de carbono.

2. Electrodos de tungsteno y sus diferentes tipos

El segundo tipo de electrodo no consumible es el electrodo de tungsteno, que se usa para soldadura TIG. Estos electrodos consisten en tungsteno puro (que tienen marcas verdes), tungsteno que contiene 0.3 a 0.5 por ciento de circonio (éstos tienen marcas marrones), tungsteno con 2 por ciento de torio (que tienen marcas rojas) y tungsteno que contiene 1 por ciento de torio (que tiene marcas amarillas).

Los electrodos no consumibles hechos de tungsteno puro tienen uso limitado y son adecuados para trabajos de soldadura ligeros. Hay dos razones para esto. Primero, el tungsteno puro no posee la durabilidad y resistencia de las aleaciones de tungsteno. Segundo, el tungsteno puro puede sufrir problemas con corrientes altas.

Los electrodos de tungsteno con 0.3 a 0.5 por ciento de circonio ofrecen excelentes resultados con corriente alterna. Son una mejora sobre el tungsteno puro, pero no tan buenos como los electrodos de tungsteno con contenido de torio.

Los electrodos de tungsteno con 1-2% de contenido de torio son algunos de los electrodos no consumibles más ampliamente utilizados ya que duran más y tienen una mayor resistencia que otros tipos de electrodos de tungsteno. Pueden usarse para corrientes más altas en comparación con los electrodos de tungsteno puro. Estos electrodos también proporcionan mayor control del arco y son más fáciles de iniciar.

Al usar un electrodo de tungsteno, es mejor usar la corriente máxima permitida si tienen forma cilíndrica simple, o de lo contrario se vuelve difícil controlar el arco y sostenerlo.

Para mejor control y estabilidad del arco, debe afilar las puntas de estos electrodos en punta, es decir, hacer las puntas cónicas. Si hace esto, tendrá que seleccionar arranque por contacto en lugar de máquinas de soldar CC.

Recuerde que los electrodos de tungsteno con torio y circonio tendrán mayor durabilidad que los electrodos de tungsteno puro si opta por electrodos cónicos usando arranque por contacto.