Tipos de electrodos y su importancia en la calidad de la soldadura

Introducción

La soldadura es un proceso fundamental en la fabricación y construcción de estructuras metálicas, y uno de los aspectos más importantes para garantizar la calidad de las juntas soldadas es la elección del electrodo adecuado lo cual asegurar una fusión eficiente y estable, repercutiendo en la resistencia, durabilidad y calidad visual de las soldaduras realizadas. Existen diversos tipos de electrodos, cada uno diseñado para aplicaciones específicas y condiciones de soldadura particulares. Estos varían en composición, revestimiento, metal base (sustrato), las posiciones de soldadura requeridas y el comportamiento en función de su propósito.

En este artículo, se realiza una exposición de los diferentes tipos de electrodos para soldaduras de arco eléctrico, sus características y cómo influyen en la calidad de la soldadura.

¿Qué es un electrodo de soldadura?

Es uno de los elementos utilizados para establecer el arco eléctrico necesario para fundir y unir metales. Su función principal es conducir la corriente eléctrica al punto de soldadura, creando un arco eléctrico con el calor necesario para fundir tanto el metal base como el material de aporte (en caso de que el electrodo sea consumible). El electrodo puede ser con revestimiento, con núcleo fundente (FCAW) y varilla desnuda 

Clasificación de los electrodos según su propósito 

Se pueden clasificar en consumibles y no consumibles:

• Electrodos consumibles: Durante el proceso de soldadura estos electrodos se funden , formando parte del material de aporte. Entre ellos se encuentran los electrodos revestidos, que son ampliamente utilizados en procesos de soldadura manual por soldadura SMAW (Shielded Metal Arc Wheeling). Estos electrodos tienen un revestimiento que ayuda a estabilizar el arco, proteger el metal fundido de la contaminación y añadir elementos aleantes que mejoran las propiedades mecánicas de la soldadura.
• Otros ejemplos de electrodos consumibles, son los utilizados en soldadura MIG/MAG (Metal Inert Gas / Metal Active Gas), donde un alambre continuo sin revestimiento alimenta el arco y se convierte en el material de aporte y los electrodos tubulares con un núcleo fundente, también conocido como alambre tubular o FCAW (Flux-Cored Arc Welding), es un tipo de electrodo consumible utilizado en la soldadura por arco eléctrico que consiste en un alambre hueco que contiene en su interior un núcleo compuesto por materiales que, al fundirse, generan gases y escoria que protegen el charco de soldadura del aire. 
• Electrodos no consumibles: En este caso, el electrodo no se consume durante la soldadura y solo sirve de conductor de la electricidad para generar el arco eléctrico que funde el material base y la varilla no revestida que aplica el soldador de forma manual. Un ejemplo típico es el electrodo de tungsteno utilizado en el proceso TIG (GTAW). Este tipo de electrodo permite un control preciso del arco y se utiliza en aplicaciones donde se requiere alta calidad y precisión en las uniones, como en la soldadura de materiales como el aluminio y el acero inoxidable.
• Electrodos de carbono: Son empleados en procesos de cortado, perforaciones y para eliminar material en piezas metálicas. Estos electrodos son útiles en trabajos de mantenimiento y reparación, especialmente en operaciones donde se requiere la remoción rápida de material. Las industrias que emplean con frecuencia estos electrodos incluyen la fabricación de estructuras metálicas y el mantenimiento de equipos pesados, donde se necesita una solución efectiva para desbastar metales.

Clasificación según el revestimiento

El revestimiento de los electrodos es determinante en la calidad de la soldadura, ya que influye en la estabilidad del arco, la protección del baño de fusión y las características mecánicas de la soldadura final. Existen varios tipos de revestimientos, y cada uno de ellos tiene un propósito específico:

• Revestimiento celulósico: Contiene celulosa y otros materiales orgánicos, este tipo de revestimiento proporciona un arco penetrante y es ideal para soldar en todas las posiciones, especialmente en soldadura vertical descendente. Es común en la soldadura de tuberías y estructuras donde la movilidad es crucial.
• Revestimiento rutílico: Estos electrodos revestidos contiene principalmente dióxido de titanio (rutilo), son fáciles de manejar y proporcionan una buena apariencia del cordón de soldadura. Son adecuados para soldaduras en posiciones horizontales y verticales ascendentes, y su uso es frecuente en estructuras ligeras.
• Revestimiento básico: Contiene carbonato de calcio y fluoruro de calcio. Este tipo de electrodo, también conocido como de bajo hidrógeno, es esencial en aplicaciones críticas de soldadura estructural, ya que minimiza la posibilidad de fisuras y defectos. Es especialmente útil en la soldadura de aceros de alta resistencia.
• Revestimiento ácido: Formado por óxidos de hierro y otras sustancias ácidas. Facilita un arco estable y suave, con buen acabado en el cordón y es usado en trabajos donde se requiere una buena apariencia del cordón y facilidad de limpieza, pero de baja penetración.
• Revestimiento oxidante: Compuesto por óxidos de hierro que promueven la oxidación durante el proceso de soldadura. Proporciona un buen control del charco de soldadura y se utiliza en trabajos específicos donde se requiere un control preciso de la oxidación del metal.

Clasificación de los electrodos no consumibles (Tungsteno)

Se pueden clasificar en distintos tipos en función de las siguientes composiciones:

• Tungsteno al 2% de torio (WT20): Utilizado para soldadura TIG con corriente continua para acero inoxidable, aleaciones de níquel, titanio y cobre. El torio es un material que puede generar polvo dañino para la salud durante el afilado del electrodo si no se toman las precauciones adecuadas
• Tungsteno al 2% de cerio (WC20): Se caracterizan por un arranque del arco eficiente a bajos amperajes y son adecuados tanto para corriente alterna (AC) y corriente continua (DC), lo que los hace versátiles para soldar diversos metales, como acero inoxidable y aleaciones no ferrosas.
• Tungsteno al 2% de lantano (WL20): Se utiliza en procesos de soldadura automatizados. debido a su mayor durabilidad y menor desgaste en comparación con otros tipos de tungsteno. Funciona bien con corriente alterna (AC) y corriente continua (DC).
• Tungsteno al zirconio (WZ8): Ideal para soldadura TIG en corriente alterna (AC), especialmente cuando se sueldan metales como aluminio y magnesio. Ofrece una excelente resistencia a la contaminación y proporciona un arco estable en soldadura con AC.
• Tungsteno puro (W): El más utilizado para soldadura AC especialmente para soldar aluminio, magnesio, níquel y sus aleaciones. Aunque no es tan duradero ni eficiente como los electrodos con aditivos, proporciona un arco estable y una buena capacidad de fusión en soldadura AC.

Electrodos y su aplicación en funcion del metal base

La elección del electrodo también depende del metal base que se va a soldar. Por ejemplo, para soldar acero al carbono, se suelen utilizar electrodos que contengan elementos como el manganeso y el silicio, que ayudan a desoxidar el metal y mejorar las propiedades mecánicas de la unión. En el caso de aceros inoxidables, los electrodos con un contenido adecuado de cromo y níquel son necesarios para mantener la resistencia a la corrosión.

En las aleaciones de aluminio, se utilizan electrodos de tungsteno no consumibles en el proceso TIG, ya que permiten un control preciso y evitan la contaminación del material base. Además, en la soldadura estructural de grandes construcciones, como puentes o edificios, la selección del electrodo es crítica para asegurar que las uniones tengan la fuerza y ductilidad necesarias para soportar las cargas y tensiones estructurales.

Factores que influyen en la calidad de la soldadura

Está influenciada por diversos factores relacionados con los electrodos de soldadura. Estos incluyen:

• Composición del electrodo: La proporción de elementos químicos en el electrodo, como el carbono, el cromo o el níquel, influye en la resistencia y ductilidad de la soldadura. Es crucial seleccionar un electrodo compatible con las propiedades del metal base para evitar defectos como fisuras o falta de fusión.
• Revestimiento y posición de soldadura: El revestimiento del electrodo afecta la estabilidad del arco y la fluidez del metal fundido, aspectos que son críticos para asegurar una soldadura sin defectos. 
• Posición de soldadura: La posición en la que se realiza la soldadura (horizontal, vertical, sobre cabeza) afecta la selección del electrodo, ya que algunos recubrimientos están diseñados específicamente para estabilizar el arco en posiciones complejas.
• Corriente y polaridad: El tipo de corriente utilizada (corriente alterna (CA) o corriente continua (CC)) y la polaridad influyen en cómo se comporta el electrodo durante la soldadura.
  • CC con electrodo negativo (CCEN) proporciona una penetración más superficial y se usa en materiales más delgados.
  • CC con electrodo positivo (CCEP) ofrece una penetración más profunda y es más adecuado para materiales más gruesos.
  • CA para electrodos diseñados específicamente para trabajar con corriente alterna, lo que permite una operación más flexible en ambientes de taller donde se dispone de este tipo de corriente.
• Condiciones de almacenamiento del electrodo: Los electrodos deben ser almacenados correctamente para evitar la absorción de humedad. Los electrodos revestidos higroscópicos, como los de bajo hidrógeno, pueden absorber agua del ambiente, lo que puede provocar porosidad y otros defectos en la soldadura. Es importante considerar las siguientes recomendaciones:
  • Electrodos de bajo hidrógeno: Deben almacenarse en hornos especiales o en contenedores herméticos para mantenerlos libre de humedad.
  • Electrodos humedecidos: Si un electrodo ha absorbido humedad, debe ser secado antes de su uso para evitar formación de poros en el cordón de soldadura.
• Condiciones del entorno: La humedad, el viento, la temperatura y la contaminación del entorno de trabajo afectar la calidad de la soldadura. 
• Espesor del material base y el diámetro del electrodo: El diámetro del electrodo debe ser seleccionado de acuerdo con el espesor del material base para asegurar una penetración adecuada, evitar defectos y mantener la estabilidad del proceso. La relación es a mayor espesor, utilizar un electrodo de mayor diámetro tomando en consideracion los siguientes puntos:
  • Para espesores menores de 3 mm: Electrodo de Ø 1.6 a 2.5 mm.
  • Para espesores entre 3 y 6 mm: Electrodo de Ø 2.5 a 3.2 mm.
  • Para espesores mayores a 6 mm: Electrodo de Ø 3.2 a 5 mm o más.
  • En juntas con acceso limitado o en soldaduras de raíz (primera pasada), puede ser necesario ajustar el diámetro del electrodo para asegurar una buena penetración sin quemar los bordes del material base.

Conclusión

Los tipos de electrodos y su correcta selección desempeñan un papel fundamental en la calidad de la soldadura. Conocer las propiedades y aplicaciones de cada tipo de electrodo, así como las características de sus revestimientos, es esencial para optimizar el proceso de soldadura y asegurar que las uniones sean seguras y duraderas, especialmente en aplicaciones estructurales críticas. Los electrodos deben seleccionarse en función del metal base, las condiciones del entorno y la posición de soldadura, factores que, en conjunto, determinan la eficacia y calidad del proceso de soldadura.

Referencia

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