Los gases de protección son empleados en los procesos GTAW, GMAW Y FCAW La AWS no Brinda especificaciones generales para el uso los gases en los procesos de soldadura. En algunos países existen especificaciones federales, aunque la industria de la soldadura usualmente confía en el “grado soldadura” para describir la pureza requerida.
El propósito principal de un gas protector es la de preservar el metal de soldadura fundido de la contaminación por el oxígeno y el nitrógeno del aire. Los gases protectores de soldadura presentan influencia sobre las características del arco y de la transferencia del metal durante la soldadura, factores como la penetración la amplitud de la fusión y forma de la superficie mejoran la apariencia del cordón, también es relevante con respecto a las variables de velocidad de soldadura, y la tendencia a la socavación.
Entre los gases inertes se encuentran: Helio, Argón, Neón, Kriptón, y Xenón, los únicos suficientemente abundantes para uso práctico en soldadura son el helio y el argón. Estos gases proporcionan protección satisfactoria para los metales más reactivos, tales como el aluminio, magnesio, berilio, columbio, tántalo, titanio, y zirconio.
Aunque los gases inertes puros protegen el metal a cualquier temperatura de la reacción con los constituyentes del aire, ellos no son apropiados para todas las aplicaciones de soldadura.
Cantidades controladas de gases reactivos mezcladas con los gases inertes mejoran la acción del arco y las características de transferencia del metal cuando se sueldan los aceros, aunque tales mezclas no son empleadas para los metales reactivos.
El oxígeno, nitrógeno y el dióxido de carbono son gases reactivos. Con la excepción del dióxido de carbono, estos gases no son generalmente empleados solos para proteger el arco. El dióxido de carbono puede ser empleado sólo o mezclado con un gas inerte para soldar muchos aceros al carbono y de baja aleación. El oxígeno es empleado en pequeñas cantidades con uno de los gases inertes, usualmente argón especial para soldaduras en aceros inoxidables con proceso GMAW. El nitrógeno es ocasionalmente empleado sólo, aunque es mezclado usualmente con argón, como un gas protector para soldar cobre. El uso más extenso del nitrógeno es en Europa, donde el helio no se consigue tan fácilmente.
ARGÓN Y HELIO
Como se registró, la naturaleza inerte del argón y el helio no son las únicas características que los hacen apropiados como gases protectores. Las otras características son importantes y son factores decisivos en la escogencia del gas para la soldadura en procesos GTAW o GMAW con materiales específicos.
Para una longitud de arco y corriente dadas, la tensión de arco con helio es más alta que con argón. Por el poder de ionización mayor se genera más calor con helio que con argón, el helio es más efectivo para soldar materiales gruesos y con un grado alto de conductividad, particularmente metales como las aleaciones de cobre y de aluminio. El argón es más apropiado para soldar materiales delgados y aquellos con más baja conductividad del calor, especialmente en posiciones de soldadura diferentes de la plana.
Cuanto más pesado es un gas, más efectivo es para proteger el arco. El helio es muy liviano; el argón es aproximadamente 10 veces más pesado que el helio y casi 30% más pesado que el aire. Cuando el argón es descargado desde la tobera de soldadura, forma una cubierta protectora sobre el área de soldadura, mientras que el helio se eleva y dispersa rápidamente. Por esta razón, son requeridas tasas de flujo más altas con helio o con mezclas ricas en helio, que con la protección de argón.
La forma de un cordón de soldadura y el patrón de penetración son determinados, en gran extensión, mediante las características de la transferencia del metal, las cuales, son afectadas por el gas protector empleado.
El metal es generalmente depositado, o mediante transferencia tipo spray o por transferencia globular. La transferencia spray, usualmente la más deseable, produce una penetración relativamente profunda en el centro del cordón y penetración superficial en los bordes; la transferencia globular produce un patrón de penetración más ancha y más superficial a todo lo ancho del cordón el problema es su alto índice de salpicaduras.
El argón, generalmente promueve más la transferencia en spray que el helio y a niveles de corriente más bajas. Pero incluso con protección de argón, la transferencia en spray no siempre puede ser alcanzada a niveles de corriente usuales, este es uno de los problemas en la soldadura de metales ferrosos mediante el proceso GMAW.
GASES INERTES CON ADICIONES DE GAS REACTIVO
Para mejora la trasferencia de metal y tener un arco más estable y libre de salpicaduras, se logra con la adición de oxígeno o dióxido de carbono a un gas de protección inerte. Estas mesclas se usan cuando se sueldan aceros al carbono y de baja aleación, promueven además la humectación y el flujo del metal de soldadura, reduciendo o eliminando de esta manera, la socavación.
La adición de 5% de oxígeno o entre 10 y 25% de dióxido de carbono al argón, produce un efecto de trasferencia más suave generando un desprendimiento de gota sin que genere tanta salpicadura.
Dióxido de Carbono
El dióxido de carbono puede ser empleado como gas protector para la soldadura GMAW de los aceros al carbono y de baja aleación, aunque debido a que es un gas reactivo, los alambres electrodos empleados deben contener suficientes desoxidantes para contrarrestar los efectos del oxígeno. Los alambres electrodos de aceros inoxidables con gran contenido de silicio han sido desarrollados para emplearlos con mezclas argón + 25% de dióxido de carbono.
El bajo costo del dióxido de carbono hace que su empleo como un gas protector sea muy atractivo. Con el desarrollo de mejores alambres electrodos, pueden hacerse depósitos sanos de soldadura con buenas propiedades mecánicas.
Dos tipos de transferencia del metal ocurren con el dióxido de carbono como gas protector, globular y corto circuito. La transferencia spray experimentada con argón o mezclas argón + oxígeno, no ocurre.
La transferencia globular produce un arco áspero con excesivas salpicaduras, mediante el control de las condiciones de soldadura, es promovido el tipo de transferencia de metal en corto circuito.
Para promover el tipo de transferencia del metal en corto circuito cuando se sueldan los aceros al carbono y de baja aleación, el argón es a menudo empleado como el gas predominante en una mezcla, con el contenido de dióxido de carbono entre 20 y 30%. Otras mezclas con porcentajes más altos de dióxido de carbono también proporcionan transferencia en corto circuito, con sus ventajas de baja penetración, habilidad para todas las posiciones, y la capacidad de manipular acoples pobres en materiales de calibre delgado sin fusión a través del espesor