Fundamentos físicos y eléctricos de la soldadura

1. ¿Qué es la soldadura?

La soldadura es un proceso mediante el cual se unen dos o más piezas de metal (o a veces termoplásticos) a nivel molecular, usando calor —y, en algunos casos, presión— para fundir o unir sin fusión. El resultado es una unión resistente y duradera conocida como cordón de soldadura.

2. Principio físico central: el arco eléctrico

En la soldadura por arco eléctrico, se genera un arco eléctrico entre un electrodo y la pieza de trabajo. Este arco produce calor intenso necesario para fundir los metales y formar el baño de soldadura.

El arco se forma cuando la energía eléctrica ioniza el aire, convirtiéndolo en conductor de electricidad. La energía se convierte en calor y luz mediante la descarga entre los puntos electrificados.

3. Parámetros eléctricos esenciales

• Corriente (Amperaje, A): mide el flujo de electrones. A mayor corriente, mayor penetración y fusión del metal.

• Voltaje (V): actúa como presión eléctrica, fundamental para iniciar y mantener el arco. El voltaje en circuito abierto (OCV) es mayor que el voltaje cuando se establece el arco (voltaje de arco).

• Corriente continua (DC) vs alterna (AC):

  • DC funciona en una sola dirección; su polaridad determina dónde se concentra la mayor parte del calor (positivo o negativo) .

  • AC cambia de dirección cíclicamente (ej. 50 Hz o 60 Hz) y aunque menos usado por riesgos de electrocución, se emplea en TIG y ciertas aplicaciones específicas .

4. Fuentes de alimentación y control eléctrico

Existen dos tipos de fuentes más comunes:

• Corriente constante (CC): mantiene la corriente estable; el voltaje varía según el arco (usada en SMAW y GTAW).

• Voltaje constante (CV): mantiene el voltaje estable; la corriente varía según el arco (común en GMAW/MIG).

5. Temperatura del arco y efecto térmico

El arco eléctrico alcanza temperaturas entre 3 700 °C y 4 500 °C, suficientes para fundir metales rápidamente.

El calentamiento ocurre por el efecto Joule, donde la corriente eléctrica libera calor al atravesar el material (útil, por ejemplo, en soldadura por resistencia).

6. Procesos principales y su enfoque físico-eléctrico

Varios procesos de soldadura aplican estos fundamentos de maneras específicas:

• SMAW (Stick welding): electrodo consumible con revestimiento que estabiliza el arco y crea una atmósfera protectora.

• GMAW (MIG/MAG): electrodo en alambre continuo y gas protector (inert o activo) que protege el arco.

• GTAW (TIG): electrodo de tungsteno no consumible, con gestiones precisas de corriente, voltaje y aporte de material externo.

• SAW (Submerged Arc Welding): el arco se cubre completamente con un flujo granular, lo que reduce salpicaduras y mejora la eficiencia térmica.

• Otros procesos físicos especiales:

  • Soldadura por haz de electrones: acelera electrones en vacío, convirtiendo energía cinética en calor muy concentrado.

  • Soldadura por resistencia (puntos): genera calor por resistencia eléctrica aplicada bajo presión.

7. Importancia en calidad y control del proceso

Controlar parámetros como amperaje, voltaje, distancia del arco (elongación), tipo de corriente o polaridad, es fundamental para asegurar estabilidad del arco, adecuada penetración del cordón y calidad de la soldadura.

8. Aplicaciones, seguridad y formación

• La formación técnica y cursos como el de AWS cubren teoría eléctrica, terminología y calidad en soldadura.

• Seguridad: la manipulación de corrientes y capas de calor extremo implica riesgos eléctricos, físicos y de inhalación. Se deben respetar protocolos de protección, ventilación, y uso de equipo adecuado.

En conclusión la soldadura eléctrica es una fusión entre física, electricidad y control térmico:

• El arco eléctrico convierte electricidad en calor extremo.

• Se controlan parámetros clave: corriente, voltaje, tipo de corriente y polaridad.

• Las fuentes de poder (CC o CV) adaptan la energía al proceso elegido.

• La materia se funde por el efecto Joule y el control preciso de estos parámetros.

• Diversos procesos (SMAW, MIG, TIG, SAW, haz de electrones, puntos por resistencia) aplican estos fundamentos según la aplicación industrial.

• El entendimiento físico-eléctrico es esencial para optimizar calidad y seguridad.