¿Qué es la soldadura fuerte por arco?
En la soldadura fuerte por arco, un arco une chapas finas de acero con un alambre de base cobre, normalmente CuSi3Mn1 o CuAl8. El material de aporte funde a unos 1000 °C, el acero no lo hace hasta unos 1500 °C. Por eso el material base permanece sólido; el material de aporte líquido solo lo moja. El equipo es casi el mismo que para la soldadura MIG/MAG.
La forma más habitual es la soldadura fuerte MIG: el alambre de base cobre se alimenta como un alambre de soldadura a través del paquete de mangueras y se funde en el arco. Existen además la soldadura fuerte TIG y por plasma, en las que el alambre entra en el arco sin corriente, y, como proceso afín, la soldadura fuerte por haz láser. Ninguno de estos procesos necesita fundente, porque el propio arco limpia y activa la superficie.
Desde el punto de vista físico es una soldadura fuerte: la unión se forma por mojado y difusión en la interfaz, no a través de un baño de fusión común. Sin embargo, a diferencia de la soldadura fuerte en horno o con llama, apenas actúa la capilaridad. El material de aporte no rellena una ranura estrecha, sino que forma un cordón como en la soldadura, normalmente un cordón en ángulo en una unión a solape. Por lo general no hace falta preparar la unión.
Qué procesos existen y en qué se diferencian se explica en Los procesos de un vistazo.
¿Por qué se aplica soldadura fuerte a la chapa galvanizada en lugar de soldarla?
Porque el zinc funde a 419 °C y se evapora a 907 °C, muy por debajo de la temperatura de fusión del acero. Al soldar, el zinc se evapora en una zona amplia; el vapor perturba el arco y provoca poros y proyecciones. En la soldadura fuerte la temperatura es más baja y la capa de zinc solo se daña en una franja estrecha.
Junto a un cordón de soldadura fuerte sobre chapa galvanizada se distinguen, según DVS 0938-1, dos zonas: pegada al cordón, una zona sin zinc en la que el zinc se ha evaporado, y a su lado una zona oscura en la que solo se ha fundido y ha vuelto a solidificar. Con un buen ajuste, en el reverso de la chapa solo se forma la zona oscura. Allí la capa de zinc sigue cerrada y continúa protegiendo.
De ahí resultan las ventajas conocidas:
- La capa de protección contra la corrosión se conserva en gran parte, también en el reverso y en cavidades donde no se puede volver a proteger.
- Apenas hay proyecciones ni poros por vapor de zinc, menos retoque.
- Bajo aporte de calor, por lo que hay poca deformación y apenas perforaciones en chapa fina.
- El propio cordón no se corroe como el acero, porque es de una aleación de cobre.
- Buen puenteo de holguras, sobre todo con el arco pulsado.
Según DVS 0938-1, las chapas con recubrimientos de zinc de hasta 15 µm pueden someterse en general a soldadura fuerte sin problemas. Las capas más gruesas, por ejemplo en piezas galvanizadas en caliente por lotes, requieren ensayos propios. Más información en Materiales base y recubrimientos.
Soldadura fuerte o soldadura MAG: la comparación directa
| Característica | Soldadura fuerte por arco (soldadura fuerte MIG) | Soldadura MAG |
|---|---|---|
| Material de aporte | alambre de base cobre, p. ej. CuSi3Mn1 o CuAl8 | alambre de acero, p. ej. G3Si1 |
| Temperatura de fusión del aporte | unos 900 a 1070 °C | unos 1500 °C |
| Material base | no se funde o apenas se funde | se funde |
| Capa de zinc junto al cordón | zona estrecha, el reverso queda en gran parte protegido | se evapora en una zona amplia, hay que volver a proteger |
| Proyecciones, poros por vapor de zinc | pocos | bastantes más |
| Deformación | baja | mayor |
| Resistencia del cordón | limitada por el material de aporte, resistencia a la tracción superior a 340 MPa (CuSi3Mn1) | igual a la del acero |
| Espesor de chapa | hasta unos 3 mm | sin este límite |
| Color del cordón | de cobrizo a dorado | como el acero |
Valores orientativos. Intervalos de fusión y resistencia de los materiales de aporte según DVS 0938-1, tabla 5 (datos del fabricante para el material de aporte depositado puro). Cuánto sufre la capa de zinc depende sobre todo de los parámetros de ajuste.
¿Dónde están los límites de la soldadura fuerte por arco?
En la resistencia, la temperatura y el espesor de chapa. El material de aporte es más blando que los aceros de alta resistencia, los materiales de aporte de base cobre sufren fluencia a temperaturas de servicio elevadas y el proceso está pensado para chapas de hasta unos 3 mm. Las zonas conformadas sometidas a tracción tienden a la fisuración en la soldadura fuerte.
- Resistencia: en el material de aporte depositado puro, CuSi3Mn1 alcanza un límite elástico superior a 200 MPa y una resistencia a la tracción superior a 340 MPa; CuAl7 (antes CuAl8), más de 380 MPa. Para los aceros blandos de embutición profunda es suficiente; en el ensayo de tracción-cizalladura falla entonces la chapa y no el cordón. Con aceros de mayor resistencia, el material de aporte es el eslabón más débil. DVS 0938-2 muestra ya con H260LA y 1 mm un caso límite que debe comprobarse sin falta.
- Temperatura de servicio: según DVS 0938-1, la resistencia a la fluencia de los materiales de aporte de base cobre está garantizada hasta unos 250 °C; por encima pueden sufrir fluencia. La hoja técnica DVS 0938-2, más antigua, todavía no recomienda la soldadura fuerte por arco por encima de 180 °C. Los materiales de aporte de base cobre resisten la oxidación hasta unos 450 °C. Para bajas temperaturas, en cambio, no hay límite: los materiales de cobre no se fragilizan.
- Espesor de chapa: ambas hojas técnicas DVS se aplican a chapas de hasta 3 mm. Por encima, la soldadura fuerte pierde su ventaja: el calor necesario daña el recubrimiento de todos modos.
- Fisuración en la soldadura fuerte: bajo tensión de tracción, el material de aporte líquido puede penetrar en el acero a lo largo de los límites de grano. Por eso la regla es: no aplicar soldadura fuerte en contornos conformados sometidos a tracción y dejar que el cordón contraiga libremente. En aceros austeníticos al CrNi con tensiones residuales, DVS 0938-2 desaconseja la soldadura fuerte por arco. Más información en Defectos y fisuración en la soldadura fuerte.
- Aspecto: el cordón es de color cobrizo a dorado. En superficies vistas de acero inoxidable o de acero sin pintar, llama la atención.
Un cordón de soldadura fuerte nunca debe soldarse por encima, ni siquiera después de amolarlo. El cobre en el baño de fusión del acero provoca fragilización y grietas (DVS 0938-2). El retoque se hace solo con el mismo material de aporte.
¿Dónde se aplica la soldadura fuerte por arco?
Allí donde se unen de forma permanente chapas finas galvanizadas y debe conservarse la protección contra la corrosión: en la construcción de carrocerías, en ventilación y climatización, en la fabricación de armarios eléctricos y contenedores, en barandillas, vallas y fachadas, en calefacción y sistemas de escape y en la construcción naval.
- Construcción de vehículos: aquí empezó el proceso y aquí siguen estando hoy la mayoría de las aplicaciones. DVS 0938-2 muestra un techo de carrocería de DC05 galvanizado de 0,8 mm unido con CuSi3 mediante soldadura fuerte por plasma automatizada. Los cordones visibles en la carrocería exterior se hacen hoy a menudo con soldadura fuerte por haz láser, véase Soldadura fuerte láser e híbrida.
- Sistemas de escape: un silenciador de acero inoxidable ferrítico 1.4510 con un espesor de pared de 0,4 a 0,8 mm se une mediante soldadura fuerte MIG automatizada, con CuAl5Ni2 bajo argón (ejemplo de DVS 0938-2).
- Construcción naval: en la Universidad de Rostock se unieron tuberías galvanizadas de agua de mar con manguitos solapados mediante soldadura fuerte MIG en lugar de soldadura. Dejó de ser necesario volver a proteger, la capa de zinc del interior del tubo no mostró anomalías en el ensayo de corrosión y los costes de fabricación bajaron en torno a un 30 % (Wanner, Henkel, Anders, Hein, DVS-Berichte 275, 2011).
- Ventilación, edificios, muebles: conductos de ventilación, jardines de invierno, barandillas, armarios eléctricos y estructuras de muebles de chapa o tubo galvanizado. Donde el cordón queda a la vista, a menudo se elige CuAl8, porque su color dorado resulta más uniforme.
¿Soldadura fuerte o soldadura? Una ayuda para decidir
La soldadura fuerte compensa cuando se unen chapas galvanizadas o con otro recubrimiento de hasta unos 3 mm, debe conservarse la protección contra la corrosión y la resistencia del material de aporte es suficiente. La soldadura es la mejor opción para piezas gruesas o de alta resistencia, temperaturas de servicio elevadas y allí donde el cordón tenga que ser tan resistente como el acero.
Mejor soldadura fuerte
- chapas finas galvanizadas, aluminizadas o con otro recubrimiento metálico
- espesor de chapa hasta unos 3 mm, cordón en ángulo en unión a solape, unión con borde rebordeado
- el reverso o la cavidad no se pueden volver a proteger
- se exige poca deformación y pocas proyecciones
- temperatura de servicio hasta unos 180 °C, con verificación hasta unos 250 °C
Mejor soldadura
- chapas y perfiles de más de 3 mm, piezas galvanizadas en caliente con capa de zinc gruesa
- aceros de alta resistencia en los que el cordón debe alcanzar la resistencia de la chapa
- temperaturas de servicio elevadas de forma permanente
- el cordón debe ser del mismo color y pasar desapercibido, sin pintura
En caso de duda decide un ensayo en el componente original: las probetas de tracción-cizalladura, de pelado o de doblado muestran si falla la chapa o el cordón. Según DVS 0938-2, una soldadura fuerte es adecuada si la rotura se produce en el material base y no en el cordón.
¿Qué alambre de soldadura fuerte es el adecuado?
Para chapa galvanizada, CuSi3Mn1 es el estándar y el más extendido en Alemania. CuAl8 se usa para chapa aluminizada, para acero inoxidable y cuando el cordón queda a la vista. Ambos se emplean normalmente en 1,0 mm.
- ML CuSi3: alambre de cobre-silicio para chapa de acero galvanizada, también como ML CuSi28L con la misma composición.
- ML CuAl8: bronce de aluminio para chapa aluminizada, acero inoxidable y cordones decorativos.
Todos los alambres de cobre de un vistazo: Hilo de soldadura y soldadura fuerte de cobre. Cómo están normalizados los materiales de aporte y para qué sirve cada uno se explica en Materiales de aporte y designaciones normalizadas.
Preguntas frecuentes
¿La soldadura fuerte por arco es soldadura fuerte o soldadura blanda?
Soldadura fuerte. Los materiales de aporte de base cobre funden a unos 900 a 1070 °C, muy por encima del límite de 450 °C a partir del cual se habla de soldadura fuerte.
¿Se necesita fundente en la soldadura fuerte MIG?
No. El arco limpia y activa la superficie, y el gas de protección protege el material de aporte líquido. Eso sí, las chapas deben estar limpias y libres de aceite, cera y adhesivo.
¿Puedo hacer soldadura fuerte con mi equipo MIG/MAG?
Normalmente sí. Pero la fuente de corriente debe trabajar de forma estable en el rango bajo, de unos 25 a 100 A, y el alambre de cobre, que es blando, necesita una guía de plástico y rodillos de arrastre adecuados. Los equipos modernos de arco pulsado ofrecen curvas características propias para CuSi3 y CuAl8. Más información en Soldadura fuerte MIG y Alimentación del alambre.
¿Qué resistencia tiene un cordón de soldadura fuerte?
El material de aporte depositado puro de CuSi3Mn1 alcanza más de 340 MPa de resistencia a la tracción. En chapas blandas de embutición profunda, en el ensayo de tracción-cizalladura suele romperse la chapa junto al cordón. Con aceros de mayor resistencia hay que comprobar la idoneidad.
¿Se puede soldar más tarde un cordón de soldadura fuerte?
No. Un cordón de soldadura fuerte no debe soldarse por encima, ni siquiera amolado, porque el cobre puede fragilizar el acero. Se repara con el mismo material de aporte.
Más información: artículos sobre la soldadura fuerte por arco
La serie sigue el orden en que surgen las preguntas en la práctica: del proceso al cordón terminado, pasando por el material de aporte, el gas y el material base. Para una visión general, véase Soldadura fuerte por arco.
- Los procesos de un vistazo
- Soldadura fuerte MIG
- Soldadura fuerte TIG y por plasma
- Soldadura fuerte láser e híbrida
- Materiales de aporte y designaciones normalizadas
- Gas de protección
- Materiales base y recubrimientos
- Alimentación del alambre
- Tipos de unión y geometría del cordón
- Defectos y fisuración en la soldadura fuerte
- Ensayos, retoque y seguridad laboral
Sobre el autor
Robert Lahnsteiner, Ing., es ingeniero internacional de soldadura (IWE) y director gerente de MIGAL.CO GmbH. Tras formarse en telecomunicaciones y electrónica en la HTL de Braunau, trabajó desde 1983 durante dieciocho años en tecnología de soldadura en Fronius. Desde 2001 dirige junto con Martin Erl MIGAL.CO, el fabricante de hilo de soldadura de aluminio con sede en Landau an der Isar. Sus áreas de especialización son los materiales de aportación de aluminio, la fabricación y la alimentación del hilo y la supervisión de los procesos de soldadura. En la DVS colabora desde hace unos 30 años en el comité técnico FA03 «Soldadura por arco» y preside el grupo de trabajo 2.4.4 «Soldadura MIG del aluminio».