Soldadura TIG

Más recientemente, el proceso de soldadura TIG se ha estado enfrentando a más y mayor competencia del proceso más perfeccionado MIG/MAG y sus proceso relativos. Estos procesos incrementan drásticamente la productividad sin hacer concesiones a la calidad. No importando su velocidad lenta de soldadura y fusión, el proceso TIG ha sido y lo es aún, la mejor garantía para los mejores resultados de la más alta calidad en muchas aplicaciones. Finalmente, y no por ello menos importante, la fuente de corriente asegura un futuro sostenido para la soldadura TIG. Los siguientes comentarios tienen la intención de una discusión más detallada de los fundamentos.

El núcleo de una boquilla de soldadura TIG es un electrodo no consumible de tungsteno resistente a la temperatura. El arco que viene de él, calienta y derrite el material. Según se requiera, un alambre de relleno es alimentado manualmente o mediante una unidad de alimentación de alambre. En muchos casos, una ranura estrecha no requiere de material de relleno en absoluto mientras es soldada. La ignición del electrodo normalmente ocurre sin que el electrodo de tungsteno toque la pieza de trabajo. Esto requiere de una fuente de alto voltaje que se enciende temporalmente durante la ignición. Para la mayoría de los metales, la soldadura en si se lleva a cabo usando corriente directa. El aluminio, sin embargo, se suelda utilizando corriente alterna.
La boquilla para el gas protector es colocada alrededor del electrodo de tungsteno. El gas que fluye hacia afuera, protege el materia calentado de reacciones químicas con el aire circundante, asegurando por tanto la fuerza requerida y la durabilidad del material de soldadura. Gases inertes, tales como el argón, helio o sus compuestos son utilizados como gases protectores. Hasta el hidrógeno se utiliza ocasionalmente. Todos estos gases son inactivos, que es a lo que se refiere el término científico "inerte", tomado del griego. La denominación del proceso, como soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), proviene del tipo de gas protector y del material del electrodo utilizado.
El gas más utilizado para protección en la soldadura TIG es el argón. Optimiza las propiedades de ignición, así como la estabilidad del arco, y ayuda a obtener una mejor zona de limpieza que el helio. Esto a su vez asegura una penetración de fusión especialmente ancha y profunda, gracias a su conductividad térmica, que es nueve veces mayor que la del argón. Usado en conjunto con el aluminio, la formación de poro es menos pronunciada. Más aún, el hidrógeno se utiliza algunas veces para aceros austeníticos, en porcentaje de sólo 2 a 5%, el resto consiste de argón. La conductividad termal del hidrogeno es aun once veces más alta que el argón, lo que permite una gran penetración de fusión y una remoción efectiva de salida de gas.
Al soldar materiales resistentes a la corrosión, por ejemplo, aceros inoxidables, las orillas calientes se oxidan por el contacto con el oxigeno en el aire, que no siempre se puede evitar por completo.  Entonces aparecen los llamados colores del recocido. Estos pueden removerse con retrabajo, lo que restablece la resistencia a la corrosión. Es preferible sin embargo, el evitar que se formen los colores desde el principio. Esto sucede utilizando los gases llamados “forming gas”. Los forming gases mantienen el aire separado de las orillas de la costura de soldadura y en algunos casos hasta tienen influencia en la raíz de la formación de la costura. Los forming gases están compuestos principalmente de hidrógeno y nitrógeno, pero también se usa el argón.

La soldadura TIG es un proceso versátil que puede utilizarse en todo material soldable y sus aplicaciones. El área de aplicación principal son aceros inoxidables, aluminio y aleaciones de níquel. El arco concentrado y estable, provee una alta calidad de material soldadura y una costura pareja, sin salpicaduras o escoria. Para aplicaciones con una demanda de calidad, por ejemplo ductos en la construcción de reactores, este proceso es la primera elección. Adicionalmente, el uso de metal de relleno es innecesario. Para un grosor de lámina de menos de 4mm, la alimentación mecanizada de alambre produce velocidades económicas de soldadura. Solamente la soldadura de láminas de mayor grosor tiene menor efectividad de costo, por tanto, sólo se recomienda el soldar la pasada de la base. El soldar las corridas de relleno es mejor con procesos potentes tales como MIG/MAG o soldadura de arco sumergido.
Para muchas aplicaciones, una corriente pulsada de soldar ayuda a evitar un sobre derretimiento del metal base y el correspondiente goteo. En el caso de láminas de calibre ligero especialmente, es más fácil el lograr el cordón de soldadura, ya que el metal base sólo se derrite en secciones y luego se vuelve a solidificar.
Cuando el aluminio se expone al aire, se forma inmediatamente una capa de oxido en la superficie. La capa tiene un punto de derretimiento de 2015 °C. El aluminio en sí, se derrite a los 650 °C. Si la capa de oxido permanece sólida, el aluminio derretido de la capa de oxido se correría, por lo que una unión de soldadura sería imposible. Por tanto, la capa de oxido debe de quitarse, con la polaridad positiva del electrodo, por ejemplo. Una desventaja sin embargo sería el deterioro de las propiedades de soldadura, ya que el electrodo de tungsteno debe tener polaridad negativa en la soldadura TIG. La solución es soldar con corriente alterna. Durante la media onda positiva, la capa de óxido se rompe. La media onda negativa incrementa la penetración de fusión y genera el poder de soldar requerido.

Independientemente de la longitud de arco, una fuente de corriente ideal para TIG posee una salida constante de corriente. También se requiere un ajuste continuo de corriente para todos los grosores de lámina, esto es por lo que las fuentes convencionales con tiristor incluyen un rectificador a la salida del transformador de soldar. Una desventaja de las fuentes de corriente con tiristor es la baja eficiencia debido a la necesidad de un choque de salida grande para emparejar la corriente de soldar.
Las fuentes de corriente modernas con inversor están libres de tales desventajas, y ofrecen la ventaja adicional de una reacción más rápida a los cambios en el proceso de soldadura. Un voltaje pulsado con una frecuencia mucho más alta, en lugar del voltaje principal, llega al transformador.  Debido a la alta frecuencia, éste tiene un diseño más ligero y compacto que las fuentes de corriente de tiristor. La baja ondulación de la corriente de la salida del transformador permite un diseño más compacto, o desechar del todo la necesidad de un choque de salida. El rectificador simplemente consiste de diodos no controlados.
Para generar una corriente alterna (AC) para la soldadura de aluminio, fuentes de corriente compatibles con AC tienen un inversor a la salida del rectificador. Muchas fuentes de corriente permiten al usuario el elegir una corriente alterna senoidal o rectangular, así como también una combinación de ambas. Una corriente senoidal tiene un arco inestable, aunque muy suave. Con una corriente de soldar rectangular, la corriente estabiliza el arco. El ruido de operación muy audible requiere sin embargo que el usuario trabaje con protección de oído. Una combinación de corriente de soldar senoidal y rectangular es muy estable y extremadamente suave al mismo tiempo.
Los sopletes de soldar TIG están disponibles en versiones de enfriamiento por gas o por agua. Los sopletes enfriados por gas obtienen ésta por el gas de protección que fluye, mientras que los sopletes enfriados por agua obtienen enfriamiento líquido efectivo, utilizando una bomba y un intercambiador de temperatura. También hay sopletes de soldadura TIG con un dispositivo integrado para la alimentación mecanizada de alambre.

El proceso TIG definitivamente no es el proceso de soldadura más económico. Mejoras en el sector de fuentes de poder, así como las aplicaciones mecanizadas y automatizadas, califican a la soldadura TIG para producción de alto volumen. En cualquier caso, el proceso TIG ha sido y es la primera selección para una amplia gama de aplicaciones que requiere estándares altos.