Fundamentos del Arco Eléctrico en Soldadura: Polaridad, Control y Aplicaciones

¿Qué es el Arco Eléctrico?

Es una descarga eléctrica continua que se establece entre dos conductores separados ligeramente (como un electrodo y la pieza de trabajo), a través de la cual fluye la corriente eléctrica al hacerse conductor el aire o gas interpuesto.

¿Cómo se Vuelve Conductor el Gas?

Para que el gas se vuelva conductor, es necesario separar sus átomos en iones positivos y electrones libres. Este proceso se denomina ionización.

¿Cómo se Establece el Arco Eléctrico?

Se establece al crear un circuito eléctrico entre la pieza y el electrodo. Al pasar una corriente elevada, se produce un calentamiento muy intenso en la punta del electrodo (especialmente el negativo si es polaridad directa), facilitando la ionización del gas y el inicio del arco.

Zonas Características del Arco Eléctrico

Las zonas distintivas de un arco eléctrico de soldadura son:

• Cátodo: Electrodo negativo, emisor principal de electrones.
• Columna de plasma: Zona central del arco, compuesta por gas ionizado a muy alta temperatura.
• Ánodo: Electrodo positivo, receptor de electrones.

¿Qué Electrodo Alcanza Mayor Temperatura?

Generalmente, el ánodo (electrodo positivo) alcanza una mayor temperatura debido al intenso bombardeo de electrones que recibe.

Polaridad en Soldadura

¿Qué es la Polaridad?

La polaridad se refiere a la forma en que se conectan los polos positivo (+) y negativo (-) de la fuente de alimentación de corriente continua (CC) al electrodo y a la pieza de trabajo. Solo es aplicable en procesos de soldadura con CC. Se distinguen dos tipos principales:

• Polaridad Directa (DCEN - Direct Current Electrode Negative): El electrodo se conecta al terminal negativo (-) y la pieza (masa) al positivo (+).
• Polaridad Inversa (DCEP - Direct Current Electrode Positive): El electrodo se conecta al terminal positivo (+) y la pieza (masa) al negativo (-).

Conexión en Polaridad Inversa

En polaridad inversa (DCEP), el electrodo se conecta al terminal positivo (+) de la fuente de poder.

Polaridad para Mayor Intensidad

Generalmente, la polaridad directa (DCEN) permite utilizar una mayor intensidad de corriente para un mismo electrodo, ya que genera más calor en la pieza (ánodo), favoreciendo la penetración.

El Arco con Corriente Alterna (CA)

Con corriente alterna (CA), la polaridad cambia continuamente, siguiendo los ciclos de la red eléctrica (normalmente 50 o 60 Hz). El electrodo actúa alternativamente como positivo y negativo en cada semiciclo.

Estabilidad del Arco en CA

La dificultad para mantener el arco estable en CA (ya que la corriente y la tensión pasan por cero en cada ciclo) se compensa utilizando una tensión de vacío (voltaje en circuito abierto) suficientemente alta en la fuente de poder. Si la tensión cae por debajo de un cierto valor crítico durante el cruce por cero, el arco puede extinguirse momentáneamente, pero se reenciende rápidamente al aumentar la tensión en el siguiente semiciclo.

Soplo Magnético en Soldadura

¿Qué es el Soplo Magnético?

Es la desviación o deflexión no deseada del arco eléctrico durante el soldeo. Este fenómeno es causado por la interacción del campo magnético generado por la propia corriente de soldadura con otros campos magnéticos presentes (incluyendo el campo generado en la pieza y las conexiones).

¿Cuándo se Produce Principalmente?

El soplo magnético es más acusado y problemático cuando se suelda con corriente continua (CC), especialmente al trabajar con materiales ferromagnéticos (como aceros al carbono y algunos inoxidables).

Casos Comunes de Aparición del Soplo Magnético

El soplo magnético suele manifestarse con mayor intensidad en las siguientes situaciones:

• Al soldar cerca de los extremos de las piezas.
• Al soldar cerca de la conexión de masa (pinza de tierra).
• Al soldar en las proximidades de grandes masas ferromagnéticas ajenas a la unión.
• Al soldar en esquinas, ángulos o geometrías que concentran el campo magnético.

¿Cómo Puede el Soldador Corregir o Minimizar el Soplo Magnético?

El soldador puede aplicar varias técnicas para contrarrestar el soplo magnético:

• Colocar la conexión de masa (pinza) estratégicamente, a veces cerca del punto de soldadura, en el extremo final de la soldadura, o incluso usar dos pinzas para dividir el flujo de corriente.
• Reducir la intensidad de corriente de soldeo tanto como el proceso lo permita.
• Utilizar la longitud de arco más corta posible y estable.
• Ajustar el ángulo del electrodo, inclinándolo en dirección opuesta a la desviación del arco para que la propia fuerza del arco lo contrarreste.
• Cambiar a corriente alterna (CA) si el proceso y el material lo permiten, ya que el soplo magnético es significativamente menor o inexistente en CA.
• Utilizar técnicas de soldadura específicas (ej. soldadura por retroceso o "backstep").

Características Eléctricas del Arco

¿Qué es la Característica Voltaje-Intensidad del Arco?

Se denomina característica (estática) del arco a la relación existente entre el voltaje (tensión) a través del arco y la intensidad de corriente que fluye por él. Esta relación no es lineal.

Factores que Influyen en la Característica del Arco

La relación voltaje-intensidad del arco depende de varios factores:

• Tamaño, forma y material del cátodo (electrodo) y del ánodo (pieza).
• La naturaleza y composición del gas de protección (en TIG, MIG/MAG) o del recubrimiento del electrodo (en SMAW).
• La longitud del arco establecida por el soldador.
• La presión del ambiente gaseoso que rodea el arco.

Aplicaciones de Polaridad Específicas

Soldadura de Aleaciones de Aluminio

Las aleaciones de aluminio se sueldan frecuentemente con corriente alterna (CA) en el proceso TIG (GTAW), ya que el semiciclo de polaridad inversa (electrodo positivo) proporciona una acción de limpieza catódica esencial para eliminar la capa de óxido refractario (alúmina). En el proceso MIG (GMAW), se suele usar polaridad inversa (DCEP).

Soldadura de Aceros Inoxidables

Los aceros inoxidables se sueldan comúnmente con polaridad directa (DCEN) en el proceso TIG (GTAW), lo que concentra el calor en la pieza, permite mayor penetración y minimiza el calentamiento del electrodo de tungsteno. En procesos como SMAW (electrodo revestido) o MIG (GMAW), la polaridad puede variar según el tipo de consumible y la aplicación, siendo DCEP frecuente en MIG.

Polaridad para Corte por Plasma

En el proceso de corte por plasma, típicamente se utiliza polaridad directa (DCEN). En esta configuración, el electrodo (generalmente de tungsteno o hafnio, situado dentro de la antorcha) se conecta al negativo (-), y la pieza a cortar se conecta al positivo (+).

Ventajas CC vs CA para Soldar Aceros

¿Qué Equipo es Más Versátil para Aceros: CC o CA?

Generalmente, un equipo de soldadura que proporciona corriente continua (CC) ofrece más ventajas y versatilidad para soldar la mayoría de los aceros. La CC permite:

• Elegir entre polaridad directa (DCEN) y polaridad inversa (DCEP), lo cual es fundamental para controlar la penetración, la forma del cordón, el aporte térmico y adaptar el proceso a diferentes espesores y posiciones.
• Utilizar una gama más amplia de electrodos revestidos (SMAW), incluyendo los tipos básicos y celulósicos, que a menudo requieren CC para un rendimiento óptimo.
• Obtener un arco generalmente más estable y fácil de controlar en comparación con la CA (especialmente con fuentes de poder más antiguas).

Aunque el soplo magnético es un inconveniente de la CC, sus ventajas en control y versatilidad suelen prevalecer para muchas aplicaciones en acero.