Gases para Soldadura: Importancia, Tipos y Aplicaciones Esenciales

¿Qué son los gases para soldadura?

El gas de soldadura se utiliza de diversas formas. Estas incluyen: proteger el arco de impurezas como aire, polvo y otros gases; mantener las soldaduras limpias en la parte inferior de la costura opuesta al arco (o purga); y calentar metal. Los gases de cobija también se usan para proteger el metal después del proceso de soldadura.

Los gases utilizados en procesos de soldadura y corte incluyen:

• Gases de protección como dióxido de carbono, argón, helio, etc.
• Gases combustibles como acetileno, propano, butano, etc.
• Oxígeno, usado con gases combustibles y también en pequeñas cantidades en algunas mezclas de gases de protección

Mientras que los soldadores tradicionales con electrodo sabían muy poco sobre gases en su soldadura, el auge de las máquinas de soldadura MIG y TIG en los últimos 70-80 años ha traído la necesidad de gas de soldadura como una mercancía común en la mayoría de talleres.

Al adentrarnos en los gases y mezclas líderes utilizados en el mundo de la soldadura, es fascinante aprender cuánto hemos progresado en el corto tiempo desde que se implementaron por primera vez. La progresión es enorme, y lo que nos depara el futuro para nuevos gases o nuevas formas de usar estos gases es emocionante.

En este artículo, exploraremos los diferentes tipos de gas de soldadura y sus usos.

¿Cuál es el propósito del gas en la soldadura?

Hay una gama de diferentes usos para el gas en la soldadura. Esto puede incluir: mantener el arco libre de impurezas (como polvo, otros gases, suciedad, etc.),

También se usa para ayudar a la estabilidad del arco y asegurar una transferencia de metal adecuada para muchos procesos de soldadura. Asegurarse de que el baño de soldadura se mantenga limpio debajo de la costura (esto se conoce como purga), para cobija y calentamiento también.

Si no usa gas correctamente en la soldadura, puede terminar con una soldadura débil o porosa o descubrir que hay demasiadas proyecciones durante la soldadura. Las proyecciones no arruinarán la soldadura, pero reducen la productividad ya que requieren esfuerzo para limpiarlas.

1. Gases Inertes y Reactivos

Hay dos tipos de gas aplicables a la soldadura:

Gases inertes. Un gas inerte es un gas que no cambia bajo un conjunto dado de condiciones. Los gases inertes se usan a menudo en soldadura, sellado o aplicaciones de marcado en un esfuerzo por evitar reacciones químicas no deseadas que puedan degradar una pieza. Estas reacciones no deseadas incluyen oxidación e hidrólisis, que son reacciones con oxígeno y la humedad en el aire.

El nitrógeno purificado y el argón son los más comúnmente usados como gases inertes debido a su alta abundancia natural (78% N2, 1% Ar en el aire) y costo relativamente bajo.

Gases reactivos. También conocidos como gases activos, son gases que reaccionan químicamente bajo condiciones específicas, como la oxidación. Estos incluyen argón, dióxido de carbono, helio y nitrógeno.

Los gases de protección reductores en tecnología de soldadura son siempre gases mezclados que consisten en argón o nitrógeno con hidrógeno. El argón con hidrógeno se usa, por ejemplo, en soldadura TIG de acero inoxidable. El nitrógeno e hidrógeno se aplican como gases de respaldo. Atención: Si la proporción de hidrógeno es superior al 10%, debe quemarse con antorcha debido a riesgos de incendio y explosión.

2. Gas de protección

Cuando el aire entra en el arco mientras suelda, causa la formación de burbujas de aire dentro del metal fundido, creando una soldadura débil y muy fea. No puede soldar MIG o TIG sin un gas de protección a menos que el material de aporte utilizado sea con fundente (flux-cored) o recubierto de fundente. Esto sirve el mismo propósito que un gas de protección, manteniendo las impurezas fuera, pero de una manera diferente.

La mayoría de los gases de protección son inertes, lo que los hace ideales para proteger un proceso de soldadura ya que permanecen estables bajo las condiciones extremas de la soldadura. También nutren la soldadura de diferentes maneras, dependiendo del gas utilizado, incluyendo mayor penetración, mayor fluidez cuando está fundido y una superficie más suave en el cordón.

3. Gas de purga

Los gases de purga se usan para cubrir la parte inferior del material que está soldando de la misma manera que lo hace un gas de protección, solo que se hace por separado del proceso natural de la soldadura.

Mientras suelda la parte superior de una junta, la parte inferior de la junta está sellada y tiene un flujo de gas purgándola. Se usa frecuentemente con artículos de acero inoxidable, y puede ser el mismo tipo de gas o un gas diferente al que se usa en la parte superior de la junta.

4. Gas de calentamiento

Cierta soldadura, como la soldadura por gas y el brasado, requiere gas para calentar el metal o las varillas de aporte para lograr la soldadura. Esto reemplaza la necesidad de un arco.

Tipos específicos de soldadura requieren que el metal se precaliente antes de soldar, para lo cual se usa este gas. El gas es simplemente un combustible mezclado con aire u oxígeno, que se enciende con una llama para calentar o fundir el metal.

5. Gas de cobija

La cobija es un proceso donde los tanques y espacios confinados se llenan con gas después de completarse para mantener el aire y otros contaminantes lejos de dañar o manchar el producto terminado.

A veces se usa para llenar los proyectos completados por completo. Otras veces, el gas se añade al tanque lleno de aire, creando una mezcla para mantener el tanque puro contra otros gases o reacciones.

Los diferentes tipos de gas utilizados para soldadura

Los primeros dos gases de protección, argón y helio, son inertes, mientras que los otros cuatro —hidrógeno, oxígeno, dióxido de carbono y nitrógeno— son semi-inertes.

Asegúrese de evaluar los objetivos de su proyecto para seleccionar el gas adecuado para la soldadura en cuestión. Cosas a tener en cuenta al seleccionar son el costo, lo que implica la preparación, el material base que soldará, las propiedades de la soldadura terminada y lo que debe hacerse durante la limpieza posterior a la soldadura.

Los cuatro gases de protección más comunes utilizados en soldadura MIG son Argón, Helio, Dióxido de Carbono y Oxígeno. Cada uno proporciona beneficios y desventajas únicos en cualquier aplicación dada.

Argón (Ar)

El argón permite una penetración más estrecha, lo que es útil para soldaduras a tope y en ángulo. También presume de un arco suave y relativamente fluido. Si va a soldar metales no ferrosos, como titanio, aluminio o magnesio, necesitará usar argón puro.

El argón también se mezcla a menudo con hidrógeno, helio u oxígeno. Esto ayuda a intensificar las características del arco y ayudar en la transferencia de metal.

Si la calidad y estética de la soldadura son importantes, los gases mezclados son buenos para usar. Tiene varias opciones que varían entre 75-95% argón y 5-25% CO2. Producen mejor estabilidad del arco y reducen las proyecciones en comparación con 100% CO2.

Los gases mezclados también pueden usarse en el proceso de transferencia por spray que, a su vez, proporciona soldaduras más atractivas visualmente así como mayor productividad. Las mezclas Argón/CO2 son buenas para soldar aceros de baja aleación, algunos aceros inoxidables y metales de carbono. Tenga en cuenta, sin embargo, que niveles más altos de CO2 pueden causar proyecciones aumentadas.

Helio (He)

Generalmente usado en metales no ferrosos, el helio también puede usarse en acero inoxidable. Funciona bien con metales gruesos debido a sus capacidades de penetración amplia y profunda. Generalmente se usa en proporciones de 25-75% helio a 75-25% argón.

Al ajustar estas proporciones, puede alterar la penetración y el perfil del cordón. Cuando se usa en aceros inoxidables, el helio generalmente se usa en una combinación tri-mix de gas con CO2 y argón. El helio también se usa para prevenir la oxidación durante la soldadura de metales como acero inoxidable, aluminio, magnesio y aleaciones de cobre.

El helio crea un arco más caliente, lo que proporciona velocidades de avance más rápidas y, por tanto, mayor productividad. Dicho esto, el helio es más caro y requiere un caudal más alto que el argón. Sopesar el valor del costo del gas contra las tasas de productividad es importante tener en cuenta al considerar el uso de helio.

Dióxido de Carbono (CO2)

El CO2 es, con mucho, el más común y es uno de los pocos gases que puede usarse en su forma pura sin necesidad de adición de gas inerte, como argón o helio. Por esto, el CO2 es la opción más rentable y una buena elección si los costos del proyecto son una prioridad.

CO2 puro, también conocido como 100% CO2, proporciona una penetración de soldadura profunda, lo que lo hace útil cuando se necesita soldar materiales gruesos. Dicho esto, el CO2 puro está limitado solo al proceso de soldadura por cortocircuito y produce un arco menos estable así como más proyecciones que cuando se combina con otros gases (también conocidos como «gases mezclados»).

El CO2 puro es bueno para proyectos donde la estética de la soldadura no es importante, o la soldadura no se puede ver, como en la parte inferior de un auto. La limpieza posterior a la soldadura también es un poco más involucrada.

Oxígeno (O2)

Un gas reactivo, el oxígeno se usa típicamente en pequeñas cantidades cuando se añade a gases de protección, usualmente entre 1-9%. Esto mejora la fluidez del baño de soldadura, así como la estabilidad del arco y la penetración en acero inoxidable, acero al carbono dulce y metales de baja aleación.

No se recomienda usar oxígeno con aluminio, cobre, magnesio u otros metales exóticos ya que puede causar oxidación.

Las mezclas Oxígeno/Argón se usan típicamente en acero inoxidable y metales de carbono simples. Producen un arco estable con proyecciones limitadas. Niveles más altos de oxígeno, sin embargo, pueden hacer la soldadura fuera de posición difícil debido a que aumentará la fluidez del baño.

Nitrógeno (N)

Otro gas de protección económico, el nitrógeno aumenta la penetración de la soldadura y la estabilidad del arco cuando se mezcla con otros gases. Estas mezclas también pueden mejorar las propiedades químicas de aleaciones que contienen nitrógeno.

El nitrógeno se usa como gas de purga para soldar tubos de acero inoxidable. Añadido al argón en pequeñas cantidades, también puede usarse como gas de protección para acero inoxidable.

Hidrógeno (H)

Cuando se añade al argón, el hidrógeno proporciona mayor penetración y velocidades de soldadura más rápidas. La mezcla de hidrógeno, argón y dióxido de carbono puede mejorar la penetración de la soldadura. Sin embargo, si se usa mal, el hidrógeno puede causar porosidad.

El hidrógeno sirve como gas de protección en aplicaciones de alta temperatura, como acero inoxidable. A menudo se mezcla con argón para usar en acero inoxidable austenítico.

Los diferentes tipos de gases mezclados usados en soldadura

Argón y CO2

El gas mezclado más común para protección en soldadura es una Mezcla CO2 Argón. Puede variar de 95% – 80% Argón y 5% – 20% CO2. En la mayoría de aplicaciones, esto creará una soldadura agradablemente suave y mantendrá la cantidad de proyecciones al mínimo.

Cuanto más grueso sea el acero que busca soldar, más Dióxido de Carbono requerirá en la mezcla y más delgado sea, más Argón necesitará.

Los soldadores usan estas mezclas de gases en:

• Soldadura por arco metálico con gas (GMAW) en acero al carbono
• Soldadura por arco con fundente (FCAW) en acero al carbono
• Soldadura por arco con fundente (FCAW) en acero inoxidable

Argón, CO2 y Oxígeno

Si busca un poco más de fluidez en el baño de soldadura, probablemente esté buscando una mezcla de Argón, CO2 y Oxígeno. Obtiene propiedades bastante similares a la mezcla de Argón, Dióxido de Carbono cuando se trata de la soldadura terminada.

Sin embargo, además de la fluidez mejorada, también puede mejorar la velocidad de avance del proceso de soldadura y hacer al soldador mucho más productivo. Lo usamos en los siguientes procesos:

• Soldadura por arco metálico con gas (GMAW) en acero al carbono
• Soldadura por arco metálico con gas (GMAW) en acero inoxidable en algunos casos

Argón, Helio, CO2

Hay una amplia gama de mezclas diferentes disponibles cuando su gas de soldadura elegido es una mezcla de Argón, Helio, Dióxido de Carbono. Dependiendo de para qué se usará, la mezcla será dominada por Helio o Argón.

Los gases utilizados hacen que esta mezcla sea adecuada para soldar desde acero al carbono hasta acero inoxidable, e incluso puede usarse como gas para soldar aluminio. (una buena mezcla para soldar acero inoxidable con máquinas MIG)

Argón/Helio/CO2 es mejor para los siguientes procesos:

• Soldadura por arco metálico con gas (GMAW) en acero inoxidable
• Soldadura por arco con fundente (FCAW) en acero al carbono
• Soldadura por arco con fundente (FCAW) en acero inoxidable

Helio y Argón

Si busca gas para soldar Aluminio, probablemente vaya con Helio y Argón mezclados. Además de Aluminio, también es adecuado para soldar aleaciones.

¿Por qué? Porque la mezcla proporciona un nivel más profundo de penetración y también entrega un acabado ancho en la soldadura misma.

Usamos esta mezcla más comúnmente en:

• Soldadura por arco metálico con gas (GMAW) en aluminio
• Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) en acero inoxidable o aluminio

Argón y Oxígeno (O2)

Esta mezcla de gases no es adecuada para acero inoxidable y si está soldando acero con ella, normalmente será acero de calibre ligero. Su propósito es ayudar con la fusión del material del acero.

Normalmente no encontrará mucho Oxígeno en esta mezcla de gas argón porque de lo contrario quemaría demasiado caliente y la soldadura con gas argón es para cosas más finas y materiales más delgados.

Use mezclas argón/O2 para los siguientes procesos de soldadura y metales:

• Soldadura por arco metálico con gas (GMAW) en aceros inoxidables
• Soldadura por arco metálico con gas (GMAW) en acero al carbono

Argón e Hidrógeno

Si está soldando TIG con gas, una mezcla de Hidrógeno y Argón es ideal cuando necesita una soldadura limpia. El hidrógeno previene que cualquier oxígeno en el aire entre en la soldadura y cause oxidación.

El producto de desecho de esta reacción es agua que se evapora rápidamente bajo el calor de la soldadura. Ayuda a mantener un arco estrecho y preciso mientras aumenta la transmisión de calor.

• Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) en acero austenítico

Nitrógeno e Hidrógeno

Esta mezcla tiene un uso bastante especializado y es un gas de protección para la preparación de aceros inoxidables austeníticos (es decir, altos en cromo y níquel con bajo carbono).

Permite un nivel más alto de penetración mientras hace que el proceso de soldadura vaya más rápido. También ayuda a mejorar las propiedades mecánicas del producto final de acero inoxidable.

Gases en soldadura Oxi-combustible

Los tres gases siguientes —acetileno, propano y propileno— se usan en soldadura oxi-combustible y son extremadamente inflamables.

1. Acetileno

El acetileno es muy inflamable y altamente combustible en el aire. Es muy fácil de hacer y bastante barato de usar.

Se combina con oxígeno y se usa como fuente de combustible en ciertos tipos de soldadura. Produce una llama muy caliente capaz de cortar o soldar la mayoría de los metales.

2. Propano

El propano también es muy inflamable y altamente combustible en el aire. Es mejor conocido como GLP (Gas Licuado de Petróleo) y se usa como fuente de combustible en muchos contextos.

Quemará la piel si entra en contacto con ella. Sorprendentemente, sin embargo, no puede usarse en soldadura por gas porque, a diferencia del acetileno, cuando lo quema en oxígeno no crea una zona reductora (que limpiaría la superficie del acero mientras suelda).

Se usa principalmente para brasado después de que termina la soldadura.

3. Propileno

El propileno no es realmente un gas puro, es una mezcla con Oxígeno. Quema a un calor mucho más alto que el Propano y Oxígeno y está completamente adaptado para soldadura por fusión no estructural, brasado, calentamiento y más.

Sin embargo, generalmente se suministra en pequeñas latas desechables que no son lo suficientemente grandes para permitir el calentamiento durante la soldadura de artículos grandes.

4. Aire comprimido

Como podría esperar, el aire comprimido es el más barato de los gases utilizados en soldadura porque es aire. (Aunque a menudo se purifica un poco). Cuando mezcla aire comprimido con otro combustible, puede producir una llama fuerte a una temperatura más baja que una llama oxi-combustible. Para los soldadores, esto significa que pueden obtener mayor control sobre el espesor del recubrimiento de carbono que aplican a la soldadura.

Seguridad en soldadura con gas

Almacenamiento y manejo

• Mantenga los cilindros alejados de daños físicos, calor y manipulación.
• Asegure el equipo con cadenas para evitar caídas.
• Almacene lejos de materiales inflamables y combustibles.
• Almacene los cilindros de gas extra y oxígeno por separado.
• Almacene en posición vertical.
• Cierre las válvulas de los cilindros antes de moverlos.
• Las tapas protectoras o reguladores deben mantenerse en su lugar.
• Desplace los cilindros por los bordes inferiores — No los arrastre.
• Permita muy poco movimiento al transportar.

Consejos generales de seguridad en soldadura con gas

• Inspeccione el equipo para detectar fugas en todas las conexiones usando solución aprobada para prueba de fugas.
• Inspeccione mangueras para fugas y lugares desgastados.
• Reemplace mangueras malas.
• Proteja mangueras y cilindros de chispas, llamas y metal caliente.
• Use un encendedor de piedra para encender la llama.
• Párese al lado (alejado de los reguladores) al abrir las válvulas de los cilindros.
• Abra las válvulas de los cilindros muy lentamente para evitar que presiones repentinas altas hagan explotar los reguladores.
• Abra solo la válvula del cilindro de acetileno ¼-¾ de vuelta; deje la llave en su lugar para que el cilindro pueda cerrarse rápidamente en una emergencia.
• Abra y encienda el acetileno primero, luego abra y ajuste el oxígeno a una llama neutra.
• Siga las recomendaciones del fabricante para apagar la antorcha. Si las pautas no están disponibles, la práctica comúnmente aceptada es cerrar primero la válvula de oxígeno.
• Al terminar, cierre las válvulas de los cilindros, purgue las líneas para quitar presión de los reguladores, enrolle las mangueras ordenadamente y guarde el equipo.
• Tenga un extintor de incendios fácilmente accesible en el sitio de soldadura.