SOLDADURA DE ARCO POR NUCLEO FUNDENTE (FCAW)
INSTITUTO TECNOLOGICO METROPOLITANO
INGENIERIA MECATRONICA
PROCESOS DE INGENIERIA
MARZO 2021
Introducción
En la industria se ha hecho común ver grandes estructuras que facilitan procesos para
realizar más fácilmente una tarea en específico, como lo son las maquinarias en la manufactura,
la maquinaria de construcción para la elaboración de puentes y edificios, grandes obras como lo
son los barcos y aviones, los cuales permiten llevar carga y pasajeros dentro de ellos, entre otros
procesos que han permitido a la humanidad avanzar; para poder realizar estos grandes proyectos
es necesario unir dos materiales o piezas con el fin de conseguir algo mayor, por ejemplo la
carcasa de un avión, la cual está construida de varias láminas, dándole la forma que comúnmente
conocemos y esto se logra gracias a la soldadura.
La soldadura es uno de los métodos más eficaces para unir dos o más piezas metálicas, para
hacerlas funcionar como un solo elemento, una de las grandes ventajas que tiene la soldadura es
que es un método muy económico, además de permitir libertad y flexibilidad, este tipo de unión
se puede utilizar en metales que son muy delgados hasta metales que son muy gruesos, pasando
por diversos tipos de materiales como lo son el acero al carbono (que es muy común), aceros
aleados con otros metales, aluminio, acero inoxidable entre otros.
Una de las desventajas que tiene la soldadura es que se debe tener una destreza alta para
manejar los equipos de soldadura, ya que depende mucho del operador que la resistencia de la
soldadura quede firme, para eso se debe contar con personas especializadas y con basto
conocimiento a la hora de ejecutar la acción.
Existen muchas técnicas de soldadura (imagen 1, 2 y 3), todo depende de los materiales que
se vayan a unir por medio de esta método y para lo que se vaya a utilizar, ya que es diferente el
nivel de penetración de la soldadura y la resistencia que da cada aplicación; entre las técnicas
más conocidas están la soldadura de arco manual con electrodo revestido (SMAW), la cual es
muy común ver en las industrias manufactureras, como también la soldadura por arco eléctrico
con protección de gas (GMAW) la cual se utiliza comúnmente para soldar piezas muy delgadas,
cada una con diferente técnica, diferente cuidado y ventajas y desventajas a tener en cuenta a la
hora de utilizar.
En este documento veremos más específicamente la técnica de soldadura de arco por núcleo
fundente o cómo se conoce por sus siglas en inglés (FCAW), donde trataremos a profundidad su
uso, las ventajas y desventajas, materiales que se utilizan, equipos y detalles concretos.
Imagen 1. Tipos de soldadura por fusión
Imagen 2. Tipos de soldadura de estado sólido
Imagen 3. Tipos de soldadura fuerte por
capilaridad
Soldadura de Arco por Núcleo Fundente (FCAW)
La soldadura de arco por núcleo fundente (Flux Cored Arc Welding) (imagen 4) es un
proceso que utiliza el arco formado entre un electrodo tubular relleno de fundente (imagen 5)
alimentado continuamente, el cual es el material de aporte y el área de metal fundido, esta
técnica se puede utilizar con gas de protección o sin gas de protección, básicamente cuando se
utiliza sin gas de protección significa que el electrodo viene revestido (es autoprotegido) y
cuando se usa gas es una técnica similar a la que se usa en la soldadura GMAW en donde se
utiliza un gas (puede ser una mezcla de CO2 con argón) permitiendo que el arco sea más estable
y obtener buena penetración teniendo resultados mejores.
Imagen 4. Esquema del proceso FCAW
Imagen 5. Electrodo tubular relleno de fundente
Como la soldadura FCAW tiene dos modalidades se debe tener en cuenta la formulación
que se haga del alambre tubular ya que en la especificación del electrodo viene una sigla que
indica que el electrodo se debe utilizar con gas de protección (estas especificaciones del
electrodo las veremos más adelante en el documento), este proceso se designa FCAW-G (imagen
6).
Imagen 6. FCAW -G
Cuando los alambres tubulares que son el material aportante vienen especificados para
utilizar sin gas de protección el proceso se llama FCAW-S, los cuales vienen con electrodos
autoprotegidos (imagen 7).
Imagen 7. FCAW -S
Los equipos con los que se utiliza la soldadura FCAW (imagen 8) vienen construidos de tal
manera que en su unidad de alimentación hala la salida del alambre continuamente hacia el arco
a una velocidad constante, estos instrumentos tienen una fuente de poder que suministra corriente
continua, en las aplicaciones se emplea polaridad positiva (el alambre va conectado al borne
positivo de la fuente), en este lado positivo contiene la boquilla de contacto.
Es importante saber que cuando se utiliza gas de protección se emplea un cilindro que se
suministra externamente regulado por un flujómetro para trabajar a la presión deseada (imagen
9).
Imagen 9. Equipo de soldadura FCAW -G
Imagen 8. Equipo de soldadura FCAW -S
El arco generado por este tipo de equipos se especifica más detalladamente en la imagen 10
en donde se puede evidenciar cada una de las partes involucradas en el proceso.
Imagen 10. Arco generado por la soldadura FCAW
Los electrodos usualmente cuentan con una funda de acero de bajo carbono o de aleación
que rodea un núcleo de materiales fundentes y de aleación, el material de la fundente varia del de
acuerdo con la clasificación del electrodo y del fabricante como por ejemplo el uso de alambres
para soldar aceros recubiertos de zinc y aluminizados.
La mayoría de los electrodos con núcleo de fundente usado en este tipo de soldadura
(FCAW), SON Fabricados haciendo pasar una tira de acero por rodillos que la moldean hasta
formar una sección transversal en forma de u (imagen 11), seguidamente la tira moldeada se
rellena con una cantidad calculada de material de núcleo compuesto por aleaciones y fundente en
forma granular, para después cerrarse con los rodillos que la rodean comprimiendo con fuerza el
material del núcleo, seguidamente el tubo redondo pasa por troqueles de estiramiento que
reducen su diámetro y comprimen aún más el núcleo para lograr su tamaño final, luego se enrolla
en carretes.
Imagen 11. Sección transversal de alambres FCAW
Los electrodos cuentan con clasificación para los distintos tipos de soldadura (imagen 12), la
AWS inicia con la E que indica que es un electrodo, el primer número refiere a la mínima
resistencia a la tracción del metal de soldadura expresado en diez mil libras por pulgada
cuadrada, el segundo digito puede ser un 1 indicando un uso en cualquier posición y un 0 que
refiere a un uso en una posición plana o de forma horizontal, continuando se observa la letra T
haciendo referencia a que es un alambre tubular, finalmente sigue un guion y un sufijo que
denota la composición química del metal de soldadura, el tipo de corriente, polaridad de la
operación si se requiere o no protección gaseosa y si es idóneo para una o varias pasadas.
Imagen 12. Clasificación y significado del sufijo FCAW
La corriente de la soldadura es proporcional a la velocidad de alimentación del electrodo
para un electrodo características físicas específicas (imagen 13), esto significa que para cada uno
de los electrodos existe una velocidad de alimentación optima según el amperaje de trabajo.
Imagen 13. Corriente vs velocidad de alimentación
Ejemplo unión tipo T de dos placas de acero
Esta pieza con unión tipo T (imagen 14) será usada como soporte de una estructura en
madera (específicamente cielo raso). Primero se debe de identificar el uso del alambre que
genera su propia atmosfera de protección y por lo tanto no usa un gas exterior, luego se usa una
fuente de poder con voltaje constante y controlable, se usa una pistola para soldar con micro
alambre, la guía interior es especifica para el alambre que se va a utilizar y en este caso es de 35
a 45 milésimas de pulgadas.
Imagen 14. Ejemplo tipo T placas
Proceso:
Primero se debe de ubicar el carretel de alambre tubular en la maquina soldadora (POWER
MIG 210 MP), luego se ubica la guía para el alambre y también el rodillo con estrías (usado para
no deformar el alambre), después se hace pasar el alambre por la guía y se ajustan los rodillos de
presión, posteriormente en el interruptor de la maquina soldadora se selecciona el tipo de pistola
y en este caso es la Magnum pro 175L.
Después de realizar los ajustes internos para el cable se procede a realizar los ajustes
electrónicos para la selección de dicho alambre, se logra identificar una perilla para la selección
de alambre tubular, luego se ubica el cable de la maquina en el terminal negativo y la tierra en el
positivo (imagen 15). Se selecciona la medida del alambre, en este caso 35 milésimas de pulgada
con calibre 10 mm, la misma pantalla de a la fuente indica el rango de velocidad y voltaje para
esta aplicación para finalmente conectar la pistola.
Imagen 15. Panel frontal, conexiones y pantalla
Se deben de tener en cuenta los elementos para la protección del cuerpo humano las cuales
son los lentes, careta, guantes, y camisa con mangas de carnaza.
El alambre para esta practica es el Innershield NR-211-MP, este puede soldar sobre oxido o
cascarilla en las superficies y también, como genera su propia atmosfera no tiene restricciones al
soldar a la intemperie con corrientes de aire.
Ubicando la mano adelante del arco eléctrico se inicia con el proceso, tendiendo en cuenta el
ángulo entre las dos piezas se ubica en la mitad y en este caso 45 grados respecto a la vertical,
también una distancia de la punta de contacto al material base de media pulgada a tres octavos de
pulgada. Después de soldar se debe de remover la escoria y en este caso es fácil removerla con
un cepillo de alambre. Para repetir el proceso de soldadura se rompe la punta del alambre la cual
es fácil de romper.
Técnica
consultad
a
SMAW
GTAW
GMAW
OAW
RSW
Nivel
de
destreza del
soldador
(Alto, medio,
bajo)
Alto
Medio
Alto
Alto
Alto
Medio
Requiere
atmosfera de
protección
Si
Si
Si
Si
Si
No
Posibilidad de
ser
automatizado
(alta, media,
baja)
Media
Baja
Alta
Alta
Alta
Alta
Herramientas
o equipos
auxiliar que
utiliza la
técnica
Soldador
inversor,
pistola,
cepillo.
Fuente,
porta
electrodo,
pinza,
cepillo
Fuente,
pedal,
antorcha,
pinza de
masa, gas
Fuente de
energía,
filtro,
cilindro
de gas,
electrodo.
Boquillas,
cilindros
de
oxígeno y
acetileno,
fuente de
poder.
Ventajas
No
requiere
gas,
velocidad
de
deposició
n, menos
salpicadur
as. Etc.
Portátil,
poco
sensible al
viento
Fácil uso en
lugares de
difícil
acceso,
protección
gaseosa
Mejor
acabado
de los
cordones,
velocidad
de
soldadura
Se puede
soldar con
o sin
material
de aporte,
es portátil
Rapidez y
automatización
Desventajas
Vulnerabl
e al aire,
el
alambre
tubular
tiene un
alto costo.
El
resultado
final es un
poco más
sucio que
otros
procesos
Difícil uso al
aire libre,
enfriamiento
rápido de la
soldadura
Difícil de
utilizar en
lugares
de difícil
acceso,
alto costo
Alto
consumo
de gases.
Tipos de unión
limitada, Alto
costo
Electrodos,
fuente.