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La soldadura por arco es un tipo de proceso de soldadura por fusión en el que los metales base se funden aplicando calor para formar la coalescencia. El calor necesario es suministrado por un arco eléctrico constituido entre los terminales positivo y negativo de un circuito eléctrico incorporado con una fuente de energía. Para soldar el metal de trabajo se hace un terminal y el electrodo otro, y así el arco se constituye entre ellos en el circuito externo. Dado que los electrones siempre fluyen desde el terminal negativo al positivo de cualquier circuito externo, en función de la conexión realizada, son posibles dos casos:

1. El electrodo se conecta con el terminal negativo de la fuente de alimentación; mientras que los metales base se conectan con el terminal positivo.
2. Los metales base se conectan con el terminal negativo de la fuente de potencia; mientras que, el electrodo se conecta con el terminal positivo.

Sin embargo, si la fuente de potencia proporciona corriente alterna (CA), entonces ambas condiciones se producen una tras otra en cada ciclo. Básicamente, las fuentes de potencia de soldadura por arco pueden proporcionar corriente de tipo DC o AC. Algunas fuentes de potencia modernas también contienen la posibilidad de convertir una de otra (integradas con un convertidor AC-DC), por lo que estas fuentes pueden suministrar tanto corriente AC como DC. Por lo tanto, la soldadura por arco puede llevarse a cabo en cualquiera de las tres polaridades siguientes; sin embargo, cada una de ellas tiene ciertas ventajas sobre las demás, como se explica en las secciones sucesivas.

La polaridad indica la dirección del flujo de la corriente (en otras palabras, de los electrones) entre las placas base y el electrodo en el circuito externo. Recuerde, la dirección del flujo de corriente se considera opuesta al flujo de electrones.

• La polaridad de la corriente directa ocurre cuando el electrodo se hace negativo y las placas base se hacen positivas. Así, los electrones fluyen de la punta del electrodo a las placas base.
• Polaridad inversa de corriente directa: se produce cuando el electrodo se hace positivo y las placas base se hacen negativas. Así, los electrones fluyen desde las placas base hacia el electrodo.
• Polaridad de corriente alterna: si la fuente de alimentación proporciona corriente alterna, los dos casos anteriores se producirán uno tras otro en cada ciclo. En una mitad del ciclo, el electrodo será negativo (por lo que las placas base serán positivas) y en la siguiente mitad, el electrodo será positivo (por lo que la placa base será negativa). El número de ciclos por segundo depende de la frecuencia de la alimentación. Por ejemplo, con un suministro de 60 Hz, se producen 60 ciclos por segundo.

Polaridad positiva del electrodo de corriente continua (DCEP) en la soldadura por arco

Con el suministro de corriente continua (DC), cuando el electrodo está conectado con el terminal positivo y las placas base con el terminal negativo, entonces se denomina Electrodo Positivo de Corriente Directa (DCEP) o Polaridad Inversa de Corriente Directa (DCRP). Entonces los electrones se liberan de la placa base y fluyen hacia el electrodo a través del circuito exterior. El flujo continuo de la avalancha de electrones en un pequeño pasaje produce el arco (fuente de calor).

Los electrones, que salen de las placas base (polaridad negativa), se aceleran debido a la presencia de la diferencia de potencial y se permiten golpear el electrodo (polaridad positiva) a una velocidad muy alta. Al chocar, la energía cinética de los electrones se convierte en energía térmica, lo que finalmente da lugar a una gran generación de calor en las proximidades de la punta del electrodo. Como regla general, se considera que dos tercios (66%) de todo el calor del arco se genera en el electrodo, mientras que sólo un tercio (33%) del calor se genera en la placa base. Como resultado, el electrodo se funde rápidamente y la tasa de deposición de metal aumenta (sólo para los electrodos consumibles). Por otra parte, las placas base no se funden correctamente debido a la falta de calor suficiente y, por tanto, surgen diversos defectos, como la fusión insuficiente, la falta de penetración, el refuerzo elevado, etc. Sin embargo, el flujo de electrones de la placa base elimina el aceite, el revestimiento, la capa de óxido o las partículas de polvo presentes en la superficie de la placa base (lo que se denomina acción de limpieza de óxido).

• Leer más: Polaridad inversa de corriente directa (DCRP) en la soldadura por arco.

Ventajas de la polaridad DCEP en la soldadura por arco

• Mejor acción de limpieza del arco, por lo que hay menos posibilidades de que se produzcan defectos de inclusión.
• Alta tasa de deposición de volumen para el electrodo consumible, por lo que la soldadura es más rápida.
• Mejor rendimiento para la soldadura de chapas finas. Reduce el nivel de distorsión, la tensión residual, el corte completo, etc.
• Adecuado para unir metales con puntos de fusión bajos, como el cobre y el aluminio.

Desventajas de la polaridad DCEP en la soldadura por arco

• Vida útil del electrodo más corta para los electrodos no consumibles.
• Nivel de refuerzo más alto si la velocidad no se ajusta adecuadamente.
• Fusión insuficiente y penetración incompleta.
• No se pueden fundir correctamente chapas gruesas o metales con alto punto de fusión.

Polaridad del Electrodo de Corriente Directa Negativo (DCEN) en la soldadura por arco

Al contrario que el DCEP, cuando el electrodo se conecta con el terminal negativo y las chapas base con el terminal positivo, entonces se denomina Electrodo de Corriente Directa Negativo (DCEN) o Polaridad Directa Recta (DCSP). Así, los electrones fluyen del electrodo a las placas base. En consecuencia, se genera más calor en la placa base en comparación con el electrodo, por lo que la tasa de deposición de metal se reduce. También se eliminan varios defectos causados por una fusión insuficiente del metal base. Pero el DCEN carece de acción limpiadora, por lo que pueden surgir defectos de inclusión si las placas base no se limpian adecuadamente antes de la soldadura. Los pros y los contras de la polaridad DCEN se discuten a continuación.

• Leer más: Polaridad de corriente directa (DCSP) en la soldadura por arco.
• Lea más: Diferencia entre DCEN y DCEP en la soldadura por arco.

Ventajas de la polaridad DCEN en la soldadura por arco

• Se puede lograr una fusión suficiente de los metales base y, por tanto, una penetración adecuada.
• Menos posibilidades de inclusión de tungsteno (con la soldadura TIG) y también un bajo refuerzo.
• Mejor elección para soldar metales con alto punto de fusión, como el titanio, el acero inoxidable, etc.
• También se pueden unir correctamente las chapas gruesas.

Desventajas de la polaridad DCEN en la soldadura por arco

• No hay acción de limpieza del arco por lo que hay posibilidades de defectos de inclusión.
• Alto nivel de distorsión.
• Alta generación de tensiones residuales en los componentes soldados.
• Zona afectada por el calor (ZAC) más amplia.
• Menor productividad debido a la menor tasa de deposición.
• No es adecuado para soldar chapas finas.

Polaridad de corriente alterna (AC) en la soldadura por arco

La polaridad AC ofrece las ventajas de la DCEN y la DCEP; sin embargo, sólo hasta cierto punto. Con la fuente de corriente alterna, en la mitad del ciclo el electrodo se vuelve negativo y en la siguiente mitad del ciclo, el electrodo se vuelve positivo. Este ciclo se repite 50 o 60 veces en un segundo dependiendo de la frecuencia de la alimentación (50Hz o 60Hz). Algunas fuentes de alimentación también proporcionan disposiciones para alterar esta frecuencia.

• Leer más: Polaridad de CA en la soldadura por arco.
• Lea más: Comparación entre las polaridades DCEN, DCEP y AC de la soldadura.

Ventajas de la polaridad AC en la soldadura por arco

• Moderada acción de limpieza del arco.
• Compatible con la mayoría de los tipos de electrodos (pero no con todos).
• Mejor fusión y penetración del metal de soldadura.
• Adecuado para una amplia gama de espesores de chapa.

¿Cómo afecta la polaridad al rendimiento de la soldadura por arco?

La polaridad es uno de los factores cruciales que influyen en la calidad de las uniones soldadas. Antes de soldar, el soldador debe seleccionar la polaridad adecuada en función de los requisitos, el tipo de relleno, el tipo de electrodo y el material base. La siguiente lista muestra los parámetros que suelen verse afectados por la polaridad de la soldadura. Para más detalles, lea: ¿Cómo afecta la polaridad al rendimiento de la soldadura por arco?

• Deposición de relleno-Con el electrodo consumible, la polaridad DCEP aumenta la tasa de deposición de metal. Leer: ¿Qué polaridad proporciona la máxima tasa de deposición en la soldadura por arco y por qué?
• Penetración de la soldadura-La polaridad DCEP aumenta la penetración de la soldadura. Leer: ¿Qué polaridad da mejor penetración en la soldadura por arco y por qué?
• Limpieza de la placa base-DCEP ayuda a limpiar las placas base durante la soldadura, reduciendo así la posibilidad de defectos de inclusión. Leer: ¿Qué polaridad proporciona una mejor limpieza de óxido en la soldadura por arco y por qué?
• Refuerzo-DCEP provoca un modo globular de transferencia de metal, por lo que aumenta la anchura del cordón de soldadura.
• HAZ-La polaridad DCEN calienta rápidamente las placas base y si no se ajusta la velocidad, la HAZ se ensancha.
• Aspecto del cordón de soldadura-AC, depende en gran medida de muchos otros factores.

¿Cómo seleccionar correctamente la polaridad de la soldadura?

Hay que tener en cuenta que la selección de la polaridad de la soldadura requiere la consideración de un gran número de factores; sin embargo, a continuación sólo se discuten algunos factores básicos. Si el metal base es aluminio o magnesio, el DCEP es la mejor opción porque puede romper la capa de óxido (alúmina-Al2O3) presente en la superficie de la placa. Además, el punto de fusión del aluminio es bastante pequeño (660ºC), por lo que no se requiere una alta generación de calor cerca de la placa base.