INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL                                                ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA 

                       UNIDAD AZCAPOTZALCO                                

 “GUÍA COMPARATIVA DE PROCESOS DE FUSIÓN

CON DEPÓSITO DE MATERIAL”    

TESIS  

  

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:  

INGENIERO MECÁNICO   

  

PRESENTA: 

PEDRO LUCIANO GARCÍA TLASECA  

   

 ASESORES: 

 

ING. ISMAEL JAIDAR MONTER M. EN C. ROCIO GARCÍA PEDRAZA 

   

MEXICO, D.F.  2009 

AGRADECIMIENTOS A DIOS, a CHUCHITO, a mi LUPITA… A mi Mamá que me dio la vida… A mi Papá por seguir aquí a mi lado… A mi hermana Lupis por escucharme y estar aquí… A mi hermano Pablou por ser tan chingón… A mi abuela que algún día volverá… A Sony que nunca se fue… A mis amigos presentes... A mis amigos ausentes… donde quiera que estén… A mi familia en general… A los que ya no están… A los que vendrán… A los que odié… A los que amé… A los que les lloré… A Sauron bikers… A colectivo quebradora A el Ska jamaiquino… A la Selección Mexicana… A las Chivas… A los hombres y mujeres del maíz… Al señor futbol… A mi tierra… A mi vida loca… A los que ayudaron a terminar: Ing. Ismael Jaidar y M. en C. Rocío Garcia… A las chicas que marcaron mi vida… Y a ti que te tomaste unos minutos para leer esta tesis… Pero sobre todo a la ESIME Azcapotzalco por la vida que me llevo a descubrir.

I

ÍNDICE INTRODUCCIÓN Pág. CAPITULO 1 FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGÍA DE SOLDADURA 1

1.1. CONCEPTOS DE LA TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA 2 1.1.1 SOLDADURA POR FUSIÓN 3 1.1.2 SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO 4

1.2 LA UNIÓN POR SOLDADURA 5 1.2.1 TIPOS DE UNIONES 5

1.2.2 TIPOS DE SOLDADURAS 6 1.3 CARACTERÍSTICAS DE UNA JUNTA SOLDADA POR FUSIÓN 7 CAPITULO 2 PROCESOS DE SOLDADURA 10

2.1 SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO 10 2.2 SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO Y GAS O SOLDADURA MIG 13 2.2.1 BENEFICIOS PARA SOLDAR MIG 16

2.2.2 EQUIPO PARA SOLDAR MIG 17 2.3 SOLDADURA CON ARCO SUMERGIDO 18

2.3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 19 2.3.2 VENTAJAS DEL PROCESO 21 2.3.3 DESVENTAJAS Y LIMITACIONES DEL PROCESO 22 2.3.4 APLICACIONES 22 2.3.5 EQUIPO PARA SOLDAR CON ARCO SUMERGIDO 23

2.4 PROCESOS DE SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO QUE USAN ELÉCTRODOS NO CONSUMIBLES

24

2.4.1 SOLDADURA DE TUNGSTENO CON ARCO ELÉCTRICO Y GAS

24

2.4.2 SOLDADURA POR ARCO DE PLASMA 27 2.4.3 OTROS PROCESOS DE SOLDADURAS CON ARCO ELÉCTRICO Y RELACIONADOS

28

2.5 SOLDADURA POR RESISTENCIA 30 2.6 SOLDADURA CON OXIGENO Y GAS COMBUSTIBLE 32

2.6.1 SOLDADURA CON OXIACETILENO 33 2.7 TECNOLOGÍA DEL ACERO 34

2.7.1 CLASIFICACIÓN DEL ACERO 34 2.7.2 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN LAS NORMAS MUNDIALES

36

CAPITULO 3 CLASIFICACIÓN DE ELECTRODOS Y LA SOLDADURA 41 3.1 METALES DE APORTACIÓN Y FUNDENTES PARA SOLDADURA 42 3.2 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE ELECTRODOS AWS 42 3.3 TIPO DE CORRIENTE Y REVESTIMIENTO 48 3.4 CLASIFICACIÓN AWS PARA LA SOLDADURA MIG 49 3.5 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DE ELECTRODOS 52 3.6 SOLDADURA COMPATIBLE CON METAL BASE 52

II

3.7 TIPOS DE SOLDADURA SEGÚN LA NORMA 53 3.8 DIMENSIONES EFECTIVAS DE LA SOLDADURA 53 3.9 TAMAÑO MÍNIMO DE SOLDADURAS PENETRACIÓN PARCIAL 54 3.10 TAMAÑOS MÍNIMOS DE LA SOLDADURA DE FILETE. 55 3.11 RESISTENCIA DE DISEÑO 56 CAPITULO 4 COMPARATIVA DE PROCESOS DE FUSIÓN 58 4.1 ENERGÍA GENERADA EN LOS PROCESOS 58 4.2 MATERIAL DE APORTE 59 4.3 PROTECCIÓN DEL ARCO 60 4.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS 61 4.5 APLICACIONES 69 4.6 PROCESOS RECOMENDADOS PARA LA SOLDADURA DE METALES Y ALEACIONES

71

4.7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN PROCESO SOBRE OTRO 72 CONCLUSIONES 73 BIBLIOGRAFÍA 75 SIGLAS Y ABREVIATURAS 76 ÍNDICE DE FIGURAS 89 ÍNDICE DE TABLAS 90 ANEXOS 91

III

INTRODUCCIÓN

Encontrar un proceso de soldadura adecuado a cualquier ámbito de la industria

metal mecánica o cualquier aplicación común puede parecer algo muy complicado

ya que cada proceso funciona y reacciona diferente con respecto a las

características propias del material a unir.

El objetivo de este proyecto es encontrar el punto en el cual, cualquiera de los

procesos puede ser aplicado en las mismas condiciones a diferentes materiales y

necesidades de fabricación.

La idea principal de este proyecto es mostrar los tipos y funcionalidades de los

procesos de soldadura existentes en el mercado, así como sus aplicaciones,

ventajas y desventajas, además de los factores que influyen en la elección de los

mismos.

1

CAPITULO 1 FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGÍA DE SOLDADURA

La soldadura es un proceso de manufactura en donde se realiza la unión de

dos materiales, esto es logrado a través de la fusión, en la cual las piezas se

unirán al ser derretidas o agregando un material de relleno derretido, este tiene un

punto de fusión menor al de la pieza a soldar, para conseguir un baño de material

fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fuerte.

La soldadura en un proceso de producción muy eficiente y altamente aplicable que

cuenta con características benéficas como:

La soldadura proporciona una unión permanente. Las partes soldadas se

vuelven una sola unidad.

• La unión soldada puede ser mas fuerte que los materiales originales

siempre y cuando se use un metal de relleno que tenga propiedades de

resistencia superiores a la de los materiales originales y se empleen las

técnicas de soldadura adecuadas.

• En general, la soldadura es la forma mas economica de unir componentes,

en términos de uso de materiales y costos de fabricación, los métodos

mecanicos alternativos de ensamble requieren alteraciones mas

complejas de las formas (por ejemplo, taladrado de orificios) y adición

de sujetadores (remaches o tuercas). El ensamble mecánico resultante por

lo general es más pesado que la soldadura correspondiente.

• La soldadura no se limita al ambiente de fábrica. Puede realizarse en

campo, y en algunos casos puede ser aplicada por personal sin mucha

experiencia.

2

Como todo proceso de manufactura siempre tendrá algunos inconvenientes como

los que a continuación se mencionan:

• La mayoría de las operaciones de soldadura se realizan en forma manual y

son elevadas en términos de costo de mano de obra.

• Muchas operaciones de soldadura se consideran cuestiones

especializadas y no son muchas las personas que las realizan.

• Casi todos los procesos de soldadura implican el uso de mucha energia, y

por consiguiente son peligrosos.

• Dado que la soldadura obtiene una union permanente, no es posible el

desensamble.

• La unión soldada puede padecer ciertos defectos de calidad que son

dificiles de detectar. Los defectos pueden reducir la resistencia de la union.

1.1 CONCEPTOS DE LA TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA

La soldadura implica la fusion o union de dos partes metalicas en sus

superficies empalmantes. Las superficies empalmantes son las superficies que

estan en contacto o estan muy cercanas para ser unidas. Por lo general, la

soldadura se realiza en partes del mismo metal, pero es posible usar algunas

operaciones para unir metales diferentes.

La American Welding Society (Sociedad Norteamericana de Soldadura) ha

Catalogado más de 50 tipos de operaciones distintas que utilizan diversos tipos o

combinaciones de energia para proporcionar la energia requerida. Estos los

podemos dividir en dos grupos principales:

a) SOLDADURA POR FUSIÓN y b) SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO

3

1.1.1. SOLDADURA POR FUSIÓN

Los procesos de soldadura por fusión usan calor para fundir los metales base. En

muchas operaciones de soldadura por fusión, se añade un metal de aporte

a la combinación fundida para facilitar el proceso de union y aportar volumen y

resistencia a la parte soldada. Una operacion de soldadura por fusion en la cual

no se añade un metal de aporte se denomina soldadura autógena.

Las categorías de soldadura por fusion de uso más amplio son:

• Soldadura con arco electrico, SAE (en ingles AW). La soldadura con arco

ele ctrico hace referencia a un grupo de procesos de soldadura en los

cuales el calentamiento de los metales se obtiene mediante un arco

ele ctrico. Algunas de las operaciones de soldadura con arco electrico

tambien aplican presion durante el proceso, y la mayoria utiliza un metal de

aporte.

• Soldadura por resistencia, SR (en ingles RW). La soldadura por resistencia

obtiene la fusion usando el calor de una resistencia electrica para el flujo

de una corriente que pasa entre las superficies de contacto de dos partes

sostenidas juntas bajo presion.

• Soldadura con oxigeno y gas combustible. SOGC (en ingles OFW). Estos

procesos de union usan un gas de oxigeno combustible, tal como una

mezcla de oxigeno y acetileno, con el propo sito de producir una flama

caliente para fundir la base metalica y el metal de aporte en caso de que se

utilice.

• Otros procesos de soldadura por fusion. Ademas de los tipos anteriores hay

otros procesos de soldadura que producen la fusio n de los metales unidos.

Los ejemplos incluyen la soldadura con haz de electrones y la soldadura

con rayo laser.

4

1.1.2 SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO

Los procesos de soldadura de estado solido usan presion o una combinación de

calor y presion. Si se usa calor, la temperatura del proceso esta por debajo del

punto de fusion de los metales que se van a soldar. Generalmente no se utiliza un

metal de aporte en estos procesos.

Los procesos más representativos son:

• Soldadura por difusion, SD (en ingles DFW). En la soldadura por difusion,

se colocan juntas dos superficies bajo presion a una temperatura elevada y

se produce la coalescencia de las partes por medio de fusion de estado

so lido.

• Soldadura por friccion, SF (en ingles FRW). En este proceso, la

coalescencia se obtiene mediante el calor de la friccion entre dos

superficies.

• Soldadura ultrasónica, SU (en ingles USW). La soldadura ultrasónica se

realiza aplicando una presion moderada entre las dos partes y un

movimiento oscilatorio a frecuencias ultraso nicas en una direccion

paralela a las superficies de contacto. La combinación de las fuerzas

normales y vibratorias produce intensas tensiones que remueven las

peliculas superficiales y obtienen la union atomica de las superficies.

Todos los procesos anteriores pueden ser aplicados en cualquier lugar además de

un complejo industrial ya que la mayoría de los equipos que se utilizan para su

aplicación son portátiles y fáciles de instalar.

5

1.2 LA UNIÓN POR SOLDADURA

La soldadura produce una unión sólida entre dos partes. Ya sea con un metal de

aporte (electrodo) o sin el. A continuación se enumeran y describen los tipos de

uniones y los diferentes tipos de soldaduras que se usan para unir las partes.

1.2.1 TIPOS DE UNIONES

Hay cinco tipos basicos de uniones para integrar dos partes de una junta, a

continuación se describe cada una de ellas y en la figura 1 se observan sus

características.

a) Unión empalmada. En este tipo de union, las partes se encuentran en el mismo

plano y se unen en sus bordes.

b) Unión de esquina. Las partes en una union de esquina forman un angulo recto y

se unen en la esquina del angulo.

c) Unión superpuesta. Esta union consiste en dos partes que se sobreponen.

d) Unión de bordes. Las partes en una unio n de bordes estan paralelas con al

menos uno de sus bordes en comun y la union se hace en el borde comun.

e) Unión en T. En la union en T, una parte es perpendicular a la otra en una forma

parecida a la letra T

FIGURA 1. TIPOS BASICOS DE UNIONES.

FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL

6

1.2.2 TIPOS DE SOLDADURAS

Es conveniente distinguir entre el tipo de unio n y el tipo de soldadura que se

aplica a la unio n. Las diferencias entre los tipos de soldadura estan en la

geometria y el proceso de soldadura.

La figura 2 muestra los cuatro tipos más representativos de soldadura: a) unión de

esquina con filete interno único, b) unión de esquina con filete externo unico, c)

unio n sobrepuesta con filete doble, y d) union en T con filete doble. Las lineas con

guiones muestran los bordes originales de las placas.

FIGURA 2. TIPOS DE SOLDADURAS.

FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL

Se usa una soldadura de filete para rellenar los bordes de las placas creadas

mediante uniones de esquina, sobrepuestas y en ‘T’. El metal de relleno (filete)

forma la figura de un triangulo en su sección trasversal y es comúnmente aplicado

a la soldadura con arco electrico y en la de oxigeno y gas combustible porque no

requiere la preparación de los bordes; se usan los bordes cuadrados basicos de

las partes. Las soldaduras de filete pueden ser sencillas o dobles (esto es,

soldarse en uno o ambos lados) y continuas o intermitentes (esto es, soldadas a lo

largo de toda la longitud de la union, o con espacio sin soldar a lo largo de una

orilla).

Las soldaduras con bisel o ranura generalmente requieren que se moldeen las

orillas de las partes con un bisel para facilitar la penetración de la soldadura. Las

7

formas de bisel incluyen un cuadrado en un lado, bisel en “V”, en U y en J, en

lados sencillos o dobles y se usa material de relleno para saturar la unión

generalmente por arco eléctrico y gas combustible. Es necesario preparar los

bordes más allá del cuadrado básico esto para permitir la fácil inserción del

material de aporte. Esto lo podemos ver mas detalladamente en la figura 3 que

muestra la descripción de los siguientes seis ejemplos: a) soldadura con bisel

cuadrado en un lado; b) soldadura con bisel u nico; c) soldadura con bisel en V

u nico; d) soldadura con bisel en U u nico; e) soldadura con bisel en J u nico; f)

soldadura con surco en X para secciones mas gruesas.

FIGURA 3. SOLDADURAS CON BISEL.

FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL

1.3 CARACTERÍSTICAS DE UNA JUNTA SOLDADA POR FUSIÓN

La mayoría de las uniones de soldadura consideradas anteriormente son fusiones

soldadas como se ilustra en la seccio n transversal de la figura 4; una junta

soldada por fusion comun a la cual se ha agregarlo un metal de aporte, consta de

varias zonas: 1) zona de fusion, 2) interfase de soldadura, 3) zona afectada por el

calor y 4) zona de metal base no afectada.

8

La zona de fusion consiste en una mezcla de metal de aporte y de metal base que

se ha fundido por completo. Esta zona se caracteriza por un alto grado de

homogeneidad entre los metales componentes que se han fundido durante la

soldadura. La solidificacion en la zona de fusio n se asemeja a un proceso de

fundicion. La diferencia significativa entre la solidificacio n en fundicion y la

soldadura es que en esta ultima ocurre un crecimiento de grano epitaxial

FIGURA 4. SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA JUNTA SOLDADA POR FUSIÓN.

FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL

La segunda zona en la union soldada es la interfase de soldadura, un estrecho

limite que separa la zona de fusion de la zona afectada por el calor. La interfase

consta de una banda completa y delgada de metal base fundido o parcialmente

fundido durante el proceso de fusion (el fundido se localiza dentro de los granos),

el cual se ha solidificado inmediatamente despues, antes de mezclarse con el

metal en la zona de fusion. Por tanto, su composición quimica es identica a la del

metal base.

La tercera zona en la soldadura por fusion comun es la zona afectada por el calor

(en ingles HAZ). En esta zona, el metal ha experimentado temperaturas menores

a su punto de fusion aunque lo suficientemente altas para producir cambios micro

estructurales en el metal solido. La composición química en la zona afectada por

el calor es igual a la del metal base, pero esta zona ha sido tratada con calor

debido a las temperaturas de soldadura, por lo que se han alterado sus

propiedades y estructura. La cantidad de dano metalúrgico en la HAZ depende de

9

factores tales como la cantidad de calor que ha ingresado y la maxima

temperatura alcanzada, la distancia de la zona de fusio n, el intervalo de tiempo al

que ha estado sujeto el metal a altas temperaturas, la velocidad de enfriamiento y

las propiedades termicas del metal. El efecto sobre las propiedades mecanicas en

la zona afectada por el calor por lo general es negativo y en esta region con

frecuencia ocurren fallas en la junta soldada.

Conforme aumenta la distancia de la zona de fusio n, se alcanza por fin la zona de

metal base no afectada, en la cual no ha ocurrido un cambio metalúrgico. No

obstante, es probable que el metal base que rodea la HAZ presente un estado de

alta tension residual, producido por la contracción en la zona de fusion.

10

CAPITULO 2 PROCESOS DE SOLDADURA

Los procesos de soldadura se dividen en dos categorias principales; la

soldadura por fusion, en la cual se obtiene una fusion derritiendo las dos

superficies que se van a unir, y en algunos casos añadiendo un metal de

aporte a la union; y la soldadura de estado so lido, en la cual se usa calor o

presion o ambas para obtener la fusion, pero los metales base no se funden ni se

agrega un metal de aporte.

La soldadura por fusion clasifica los siguientes métodos de unión:

• la soldadura con arco electrico,

• la soldadura con oxigeno y gas combustible

• la soldadura por resistencia y;

• otros procesos de soldadura por fusion (los que no pueden clasificarse en

alguno de los primeros tres tipos).

2.1 SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO

La soldadura con arco electrico, SAE (arc welding en ingles, AW), es un proceso

en el cual la union de las partes se obtiene por fusion mediante el calor de un arco

ele ctrico entre un electrodo y el material de trabajo.

En la figura 5 se muestra el funcionamiento de un proceso de AW. En un proceso

de AW, el arco electrico se inicia al acercar el electrodo a la pieza de trabajo,

después del contacto el electrodo se separa rápidamente de la pieza a una

distancia corta. La energia electrica del arco electrico así formado produce

temperaturas de 5500°C o mayores, que son lo suficientemente calientes para

fundir cualquier metal. Se forma un pozo de metal fundido, que consiste en

metal(es) base y metal de aporte (si se usa uno), cerca de la punta del electrodo.

11

En la mayoría de los procesos de soldadura con arco electrico, se agrega un

metal de aporte durante la operacion para aumentar el volumen y fortalecer la

unio n soldada. Conforme el electrodo se mueve a lo largo de la union, el pozo de

metal fundido se solidifica de inmediato.

FIGURA 5. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA CON ARCO ELECTRICO.

FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL

El movimiento del electrodo se consigue ya sea mediante una persona que suelda

(soldadura manual) o por medios mecanicos (soldadura automatica o soldadura

robotica). Un aspecto problematico de la soldadura manual con arco electrico es

que la calidad de la union fundida depende de la habilidad y etica de trabajo del

soldador.

PROTECCIÓN DEL ARCO ELECTRICO

En la soldadura con arco electrico, las altas temperaturas provocan que los

metales que se unen reacciones intensamente al oxigeno, nitrogeno e hidrogeno

del aire y las propiedades mecanicas de la unio n soldada pueden degradarse

seriamente por estas reacciones. Para proteger la operacion de soldadura de este

resultado no deseado, casi todos los procesos de soldadura con arco electrico

12

proporcionan algun medio para proteger el arco del aire en el ambiente. Esto se

logra cubriendo la punta del electrodo, el arco electrico y el pozo soldadura

fundida con un manto de gas o fundente o ambos, lo que inhibe la exposicion del

metal soldado al aire. Los gases de proteccio n comunes incluyen el argon y el

helio, pues ambos son inertes. En la soldadura de metales ferrosos con ciertos

procesos de AW se usan oxigeno y dio xido de carbono, por lo general en

combinación con argon o helio, para producir una atmosfera oxidante o para

controlar la forma de la soldadura.

FUNDENTE

Es una sustancia usada para evitar la formacio n de oxidos y otros contaminantes

no deseados o para disolverlos y facilitar su remocion. Durante la soldadura, el

fundente se derrite y convierte en una escoria liquida, que cubre la operacion y

protege el metal. La escoria se endurece despues del enfriamiento y debe

removerse con cincel o cepillo. Por lo general un fundente esta formado para

cumplir con varias funciones adicionales que incluyen: proporcionar una

atmosfera protectora para la soldadura, estabilizar el arco electrico y reducir las

salpicaduras.

El metodo de aplicacion del fundente es diferente para cada proceso. Entre las

técnicas de incorporación se encuentran: vaciando el fundente granular en la

operacion de soldadura, usando un electrodo de varilla cubierto con material

fundente, en el cual el recubrimiento se derrite durante la soldadura para cubrir la

operacion y usando electrodos tubulares que contienen fundente en el núcleo, el

cual se libera conforme se consume el electrodo.

13

2.2 SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO Y GAS O SOLDADURA MIG

Los diferentes metales en los que se usa la soldadura GMAW y las propias

variaciones del proceso han dado origen a diferentes nombres. La primera vez

que se introdujo el proceso a fines de los años cuarenta, se aplico a la soldadura

de aluminio usando un gas inerte (argon) para protección del arco eléctrico. Este

proceso recibió el nombre de soldadura metálica con gas inerte, SMGI (en ingles

MIG, metal inert gas welding). Es tambien conocida como Gas Arco Metal o MAG.

La soldadura metálica con arco electrico y gas. SMAEG (en ingle s gas metal arc

welding, GMAW) es un proceso en el cual el electrodo es un alambre metalico

desnudo consumible y la proteccion se proporciona inundando el arco electrico

con un gas. El alambre desnudo se alimenta en forma continua y automatica

desde una bobina a traves de la pistola de soldadura, esto se ilustra en la figura 6.

FIGURA 6. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA MIG.

FUENTE: WWW.GOOGLE.COM.MX/IMAGENES

Cuando este proceso de soldadura se aplico al acero, se encontro que los gases

inertes eran costosos y se uso CO2 como sustituto. Por tanto, se aplico el termino

14

de soldadura con CO2. Algunos refinamientos en el proceso para la soldadura del

acero condujeron, al uso de mezclas de gases, incluyendo dioxido de carbono y

argon, e incluso oxigeno y argon.

El proceso MIG opera en DC (corriente continua) usualmente con el alambre como

electrodo positivo. Esto es conocido como "Polaridad Negativa" (reverse polarity).

La "Polaridad Positiva" (straight polarity) es raramente usada por su poca

transferencia de metal de aporte desde el alambre hacia la pieza de trabajo. Las

corrientes de soldadura varian desde unos 50 Amperios hasta 600 Amperios en

muchos casos en voltajes de 15V hasta 32V, un arco auto-estabilizado es

obtenido con el uso de un sistema de fuente de poder de potencial constante

(voltaje constante) y una alimentación constante del alambre.

Continuos desarrollos al proceso de soldadura MIG lo han convertido en un

proceso aplicable a todos los metales comercialmente importantes como el acero,

aluminio, acero inoxidable, cobre y algunos otros. Materiales por encima de

0.76 mm de espesor pueden ser soldados en cualquier posicion, incluyendo

de piso, vertical y sobre cabeza.

En la GMAW se usan dia metros de alambre que van desde 0.8 a 6.4 mm, el

tamano depende del grosor de las partes que se van a unir y la velocidad de

deposicion deseada

Para protección se usan gases inertes como el argon y el helio y tambien gases

activos como el bioxido de carbono. La eleccio n de los gases (y sus mezclas)

dependen del material que se va a soldar, al igual que de otros factores. Se usan

gases inertes para soldar aleaciones de aluminio y aceros inoxidables, en tanto

que normalmente se usa CO2 para soldar aceros al bajo y mediano carbono. La

combinación del alambre de electrodo desnudo y los gases protectores eliminan el

recubrimiento de escoria en la gota de soldadura y, por tanto, evitan la necesidad

del esmerilado y limpieza manual de la escoria. Por tal razon, el proceso de

15

GMWA y gas es ideal para hacer múltiples pasadas de soldadura en la misma

unión. Es muy simple escoger el equipo, el alambre o electrodo, el gas de la

aplicacio n y las condiciones optimas para producir soldaduras de alta calidad a

muy bajo costo.

El proceso basico MIG incluye tres tecnicas muy distintas:

Transferencia por “Corto circuito”, transferencia “Globular” y la transferencia de

“Arco Rociado” (Spray Arc). Estas técnicas describen la manera en la cual el metal

es transferido desde el alambre hasta la soldadura fundida.

• En la transferencia por corto circuito, también conocido como "Arco

Corto", "Transferencia espesa" y "Micro Wire", la transferencia del

metal ocurre cuando un corto circuito electrico es establecido, esto ocurre

cuando el metal en la punta del alambre hace contacto con la soldadura

fundida.

• En la transferencia globular el proceso ocurre cuando las gotas del metal

fundido son lo suficientemente grandes para caer por la influencia de la

fuerza de gravedad.

• En la transferencia por rociado (spray arc) diminutas gotas de metal

fundido llamadas "Moltens" son arrancadas de la punta del alambre y

proyectadas por la fuerza electromagnética hacia la soldadura fundida.

Los factores que determinan la manera en que los moltens son transferidos son

básicamente la corriente de soldadura, el diámetro del alambre, la distancia del

arco (voltaje), las características de la fuente de poder y el gas utilizado en el

proceso.

16

CONTROL DE LA POROSIDAD

Un buen procedimiento de soldadura esta caracterizado por la poca presencia de

porosidad, buena fusion, y una terminación libre de grietas o quebraduras. La

Porosidad, es una de las causas mas frecuentemente citadas de una soldadura

pobremente ejecutada, es causada por el exceso de oxigeno de la atmosfera,

creada por el gas usado en el proceso y cualquier contaminación en el metal base,

que, combinado con el carbon en el metal soldado forma diminutas burbujas de

monoxido de carbono (CO). Algunas de estas burbujas de CO pueden quedar

atrapadas en la soldadura fundida despues que se enfria y se convierten en poros

mejor conocidos como porosidad. Para minimizar la formacion de monoxido de

carbono CO, algunos fabricantes han desarrollado alambres que contienen

elementos con los cuales el oxigeno se combina preferentemente al carbón para

formar escorias inofensivas. Estos elementos, llamados desoxidantes, son

manganeso (Mn), silicón (Si), titanio (Ti), aluminio (Al), y zirconio (Zr). Aluminio,

titanio y zirconio son los desoxidantes mas poderosos, quizás cinco veces más

efectivos que el manganeso y el silicon, no obstante estos ultimos dos elementos

afectan de manera especial el proceso y por eso no son utilizados.

2.2.1 BENEFICIOS PARA SOLDAR MIG

Hoy por hoy la soldadura MIG es una de las más utilizadas en la industria debido a

los factores tales como:

1. No genera escoria y hay mínima salpicadura, baja generacion de humos.

2. Alta velocidad y eficiencia de deposición y es aplicable a altos rangos de

espesores

3. La pistola y los cables de soldadura son ligeros haciendo más facil su

manipulacion.

4. Rapidez de deposicion.

17

Para conseguir una soldadura uniforme, tanto la tension como la longitud

del arco deben mantenerse constantes. En principio, esto podemos lograrlo de

dos formas; (1) Alimentando el hilo a la misma velocidad con que este se va

fundiendo; o (2), fundiendo el hilo a la misma velocidad con que se produce la

alimentacion.

2.2.2 EQUIPO PARA SOLDAR MIG En el mercado actual existen varios tipos de maquinas soldadoras para la

aplicación de la soldadura MIG. El equipo para soldar MIG está integrado por:

1. Una máquina soldadora.

2. Un alimentador que controla el avance del alambre a la velocidad requerida.

3. Una pistola de soldar para dirigir directamente el alambre al area de soldadura.

4. Un gas protector para evitar la contaminacio n del bano de fusion.

5. Un carrete de alambre del tipo y diametro especificado.

En la figura se observan más claramente estos componentes.

FIGURA 7. EQUIPO PARA SOLDAR MIG.

FUENTE: WWW.GOOGLE.COM.MX/IMAGENES

18

2.3 SOLDADURA CON ARCO SUMERGIDO

De los metodos de soldadura que emplean electrodo continuo, el proceso de arco

sumergido desarrollado simultaneamente en EE.UU. y Rusia a mediados de la

década de los 30´s, es uno de los más difundidos universalmente. La soldadora

con arco sumergido. SAS (en ingles submerged arc welding, SAW), es un

proceso que usa un electrodo de alambre desnudo consumible continuo, el arco

ele ctrico se protege mediante una cobertura de fundente granular.

El alambre del electrodo se alimenta automaticamente desde un rollo hacia dentro

del arco electrico. El fundente se introduce a la unión ligeramente adelante del

arco de soldadura, mediante gravedad, desde un tanque alimentador. El manto de

fundente granular cubre por completo la operación de soldadura con arco

ele ctrico, evitando chispas, salpicaduras y radiaciones que son muy peligrosas en

otros procesos de soldadura con arco electrico. Por tanto, el operador de la

soldadura no necesita usar la molesta mascara protectora que se requiere en

otras operaciones (pero los anteojos de seguridad y guantes protectores son

necesarios). FIGURA 8. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO.

FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL

19

La parte del fundente más cercano al arco se derrite y se mezcla con el metal de

soldadura fundido, que despues se solidifican en la parte superior de la union

soldada y forman una escoria con aspecto de vidrio. La escoria y los granos de

fundente no derretidos en la parte superior proporcionan una buena proteccion de

la atmosfera y un buen aislamiento termico para el area de soldadura. Esto

produce un enfriamiento relativamente bajo y una unio n de soldadura de alta

calidad cuyos parametros de resistencia y ductilidad son notables.

2.3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

La corriente electrica se conduce entre el electrodo y la pileta fundida a traves de

un plasma gaseoso inmerso en el fundente. La potencia la suministra un

generador, un transformador-rectificador o un transformador y se conduce al

alambre (electrodo) a traves del tubo de contacto, produciendose el arco entre

aquel y el metal base. El calor del arco funde el electrodo, el fundente y parte del

metal base, formando la pileta de soldadura que conforma la junta. En todos los

equipos de este tipo existe un mecanismo que fracciona el alambre y lo conduce a

traves del tubo de contacto y de la capa de fundente hasta el metal base. Los

alambres utilizados son generalmente aceros de bajo carbono y de composición

química perfectamente controlada; el alambre se encuentra usualmente enrollado

en una bobina. El fundente se va depositando delante del arco a medida que

avanza la soldadura. Cuando se solidifica, se extrae el exceso para utilizarlo

nuevamente y el fundido se elimina mediante un piqueteado. En los equipos

modernos existe una aspiradora que absorbe el excedente de fundente y lo

envia nuevamente a la tolva de alimentacion.

FUNDENTES Los fundentes para la soldadura por arco sumergido estan granulados a un

tamano controlado y pueden ser de tipo fundido, aglomerado o sinterizado.

20

Originalmente se utilizaban fundentes fundidos, machacados y calibrados;

atribuyéndoseles las ventajas de estar totalmente libres de humedad y no ser

higroscopicos. Tanto la composición química como el estado de divisio n de los

fundentes tienen una importante influencia sobre la forma de comportarse en la

soldadura. Los fundentes aglomerados se hacen mezclando los constituyentes,

finamente pulverizados, con una solucion acuosa de un aglomerante tal como

silicato so dico; la finalidad es producir particulas de unos pocos milimetros de

dia metro formados por una masa de particulas más finas de los componentes

minerales. Después de la aglomeración el fundente se seca a temperatura de

hasta 800°C. Los fundentes sinterizados se hacen calentando pellets

componentes pulverizados a temperaturas justo por debajo del punto de fusión de

algunos de los componentes. Las temperaturas alcanzadas durante la fabricación

limitan los componentes de los fundentes. Para fundir un fundente las

temperaturas deben ser tan altas que los carbonatos y muchos otros minerales se

descompongan, por lo cual los fundentes ba sicos que llevan carbonatos deben

hacerse por alguno de los otros procedimientos, tales como aglomeracion. Se ha

sabido durante anos que la baja tenacidad se favorece con el uso de fundentes

a cidos y que los fundentes de elevado contenido en silicio tienden a comunicar

oxigeno al metal soldado. Inversamente los fundentes basicos dan un metal

soldado limpio, con pocas inclusiones no metálicas, y, consecuentemente, de

elevada tenacidad. CONTROL DE LA POROSIDAD

Tanto la composición del fundente como su estado de division influyen en el

control de la porosidad. El proceso de arco sumergido es generalmente más

susceptible a la porosidad causada por superficies herrumbrosas y sucias que el

proceso de arco abierto. Ello es debido a que con el proceso de arco abierto el

vapor de agua y los productos gaseosos, que abandonan la plancha por el calor

de la soldadura, pueden escapar; mientras que en el arco sumergido tienden a ser

21

retenidos bajo el cojin de fundente. Por esta razo n es por lo que los fundentes que

tienen la mayor tolerancia a la oxidacion y suciedad son tambien los que tienen

mayor permeabilidad, lograda usando un grano grueso de gran regularidad. Sin

embargo, cuando es necesario soldar utilizando intensidades elevadas se requiere

un fundente que cubra más estrechamente para dar un buen cierre al arco; esto

se logra utilizando un tamano de particulas lo más fino posible y una mayor

variedad en tamanos, para aumentar el cierre de recubrimiento.

En la tabla 1 se describen los componentes de algunos de los fundentes

mayormente utilizados:

. TABLA 1. COMPONENTES DE LOS FUNDENTES

MATERIALES UTILIZADOS COMO COMPONENTES DE LOS FUNDENTES

MINERAL FÓRMULA Calcita CaCO3

Corindón Al2O3 Criolita Na3AlF6

Dolomita CaMg(CO3)2 Ferosilicio FeSi2

Fluorita CaF2 Hausmanita Mn3O4

Hierro Fe O xido ca lcico CaO

Magnesita MgCO3 Periclasa MgO Cuarzo SiO2

Rhodenita MnSiO3 Rutilo TiO2

Wellastonita CaSiO3 Circo n ZrSiO4

Zirconio Zro2 FUENTE www.wikipedia.com

2.3.2 VENTAJAS DEL PROCESO

El arco sumergido, respecto de los otros procesos de soldadura, ofrece las

siguientes ventajas:

22

• Las juntas pueden ser preparadas en “V” con poca profundidad debido a la

elevada penetración del proceso, obteniéndose con esto un menor

consumo de alambre y fundente.

• Los procesos de soldadura pueden realizarse a altas velocidades debido a

la elevada intensidad con que se opera en la mayoria de las aplicaciones.

• No es necesario proteger al operador de la maquina de la emision de

radiacion, ya que el arco se encuentra sumergido en el fundente,

evita ndose ademas las salpicaduras del metal fundido.

• El fundente actua como un desoxidante protegiendo el arco y aportando

elementos de aleacion al cordon en el caso de emplear fundentes aleados.

2.3.3 DESVENTAJAS Y LIMITACIONES DEL PROCESO

A pesar de contar con puntos a favor también hay otros casos en los que no es

tan recomendable este método como a continuación se describe:

Muchas soldaduras requieren algun tipo de respaldo para evitar la

perforación del metal base, este respaldo puede ser del mismo material o

de un material mucho más resistente que el anterior.

Este proceso conlleva un tiempo de preparación mayor que otros.

Con este sistema generalmente se sueldan piezas a partir de los 5 mm de

espesor.

2.3.4 APLICACIONES

Su principal aplicación son los aceros suaves de baja aleacion, pero si se utiliza el

fundente adecuado se puede aplicar a cobre, aleaciones a base de aluminio y

titanio, aceros de alta resistencia, templados y revenidos y en aceros inoxidables.

Se aplica para recubrimientos duros y reconstrucción de piezas. Utilizado

23

principalmente para soldaduras horizontales de espesores mayores a 5mm, en los

que las soldaduras sean largas y rectas. Pueden soldarse espesores hasta doce

milímetros sin preparación de bordes mientras que, con preparación el

espesor maximo a unir es pra cticamente ilimitado. Es ampliamente utilizado,

tanto para soldaduras a tope como en rincon, en construccion naval e industrias

de recipientes a presion, estructuras metalicas, tubos y tanques de almacenaje.

2.3.5 EQUIPO PARA SOLDAR CON ARCO SUMERGIDO

En la figura 9 se observan los principales componentes del equipo de soldadura

por arco sumergido. Como se observa en la figura el equipo es compacto y de fácil

trasporte lo que añade una ventaja más a este proceso.

FIGURA 9. EQUIPO PARA SOLDAR CON ARCO SUMERGIDO.

FUENTE: WWW.GOOGLE.COM.MX/IMAGENES

24

2.4 PROCESOS DE SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO QUE USAN

ELECTRODOS NO CONSUMIBLES

Todos los procesos AW analizados hasta aqui usan electrodos consumibles,

existen procesos en los cuales se pueden utilizar electrodos no consumibles. A

continuación se describen algunos de ellos.

2.4.1 SOLDADURA DE TUNGSTENO CON ARCO ELECTRICO Y GAS.

La soldadura de tungsteno con arco electrico y gas, STAEG (en ingle s gas

tungsten arc welding, GTAW), es un proceso que usa un electrodo de tungsteno

no consumible y un gas inerte para proteger el arco electrico. Con frecuencia, este

proceso se denomina soldadura de tungsteno con gas inerte (en ingles tungsten

inert gas welding, TIG welding); en Europa se le denomina wolframio con gas

inerte (WIG welding). El proceso de GTAW puede realizarse con o sin un metal de

relleno.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Cuando se usa un metal de aporte, este se agrega al pozo de soldadura desde

una varilla separada, la cual se funde mediante el calor del arco electrico. El

tungsteno es un buen material para electrodo debido a su alto punto de fusion de

3410 °C. Los gases protectores que se usan normalmente incluyen argon, helio o

una mezcla de ellos. En la figura 10 se muestra de manera grafica el proceso de funcionamiento de este proceso.

25

FIGURA 10. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA TIG.

FUENTE: GOOGLE.COM.MX/IMAGENES El sistema TIG es aplicable a casi todos los metales en un rango amplio de

espesores. También se usa para unir diferentes combinaciones de metales

distintos. La alta calidad obtenida se debe a que no hay salpicaduras de

soldadura esto debido a que no se transfiere un metal de aporte a traves del arco

ele ctrico y no se requiere limpieza o esta es muy reducida porque no se usa

fundente. La Soldadura TIG fue desarrollada inicialmente con el proposito de

soldar metales anticorrosivos y otros metales dificiles de soldar, no obstante

al pasar del tiempo, su aplicacio n se ha expandido incluyendo tanto

soldaduras como revestimientos endurecedores (hardfacing) en practicamente

todos los metales usados comercialmente. En cualquier tipo de proceso de

soldadura la mejor soldadura, que se puede obtener, es aquella donde la

soldadura y el metal base comparten las mismas propiedades quimicas,

metalurgicas y fisicas, para lograr esas condiciones la soldadura fundida debe

estar protegida de la atmosfera durante la operacion de la soldadura, de otra

forma, el oxigeno y nitrogeno de la atmosfera se combinarían, literalmente, con

el metal fundido resultando en una soldadura debil y con porosidad. En la

soldadura TIG la zona de soldadura es resguardada de la atmosfera por un gas

inerte que es alimentado a traves de la antorcha, Argon y Helio pueden ser

usados con exito en este proceso, el Argón es principalmente utilizado por su gran

versatilidad en la aplicacion exitosa de una gran variedad de metales, ademas de

su alto rendimiento permitiendo soldaduras con un bajo flujo para ejecutar al

proceso.

26

El Helio genera un arco mas caliente, permitiendo una elevacion del voltaje en el

arco del 50-60%. Este calor extra es util especialmente cuando la soldadura es

aplicada en secciones muy pesadas. La mezcla de estos dos gases es posible y

se usa para aprovechar los beneficios de ambos, pero la seleccion del gas o

mezcla de gases dependera de los materiales a soldar. Dado que la atmosfera

esta aislada 100% del area de soldadura y un control muy fino y preciso de la

aplicacio n de calor, las soldaduras TIG, son más fuertes, más ductiles y más

resistentes a la corrosion que las soldaduras hechas con el proceso ordinario de

arco manual (electrodo cubierto). Además del hecho de que no se necesita

ningun fundente, hace a este tipo de soldaduras aplicable a una amplia gama de

diferentes procedimientos de union de metales. Es imposible que ocurra una

corrosion debido a restos de fundente atrapados en la soldadura y los

procedimientos de limpieza en la post-soldadura son eliminados, el proceso

entero se ejecuta sin salpicaduras o chispas, la soldadura de fusion puede ser

ejecutada en casi todos los metales usados industrialmente, incluyendo las

aleaciones de Aluminio, Acero Inoxidable, aleaciones de Magnesio, Niquel y las

aleaciones con base de Niquel, Cobre, Cobre-Silicón, Cobre-Niquel, Plata, Bronce

fosfórico, las aleaciones de acero de alto carbon y bajo carbon, Hierro Colado

(cast iron) y otros. El proceso también es ampliamente conocido por su

versatilidad para soldar materiales no similares y aplicar capas de endurecimiento

de diferentes materiales al acero. La fuente de poder para TIG puede ser AC

o DC, sin embargo, algunas caracteristicas sobresalientes obtenidas con cada

tipo, hacen a cada tipo de corriente mejor adaptable para ciertas aplicaciones

específicas.

27

2.4.2 SOLDADURA POR ARCO DE PLASMA

La soldadura por arco de plasma, SPA (en ingle s Plasma Arc Welding, PAW), es

una forma especial de la soldadura de tungsteno con arco electrico y gas en la

cual se dirige un arco de plasma controlado al a rea de soldadura. En la PAW, se

coloca un electrodo de tungsteno dentro de una boquilla especialmente disenada,

la cual concentra una corriente de gas inerte a alta velocidad (por ejemplo, argon

o mezclas de argon e hidrogeno) dentro de la region del arco ele ctrico, para

formar una corriente de arco de plasma intensamente caliente a alta velocidad.

También se usan el argon, el argon-hidrogeno y el helio como gases protectores

del arco electrico.

Las temperaturas en la soldadura de plasma de arco electrico son de 2800°C o

mayores, y lo suficientemente altas para fundir cualquier metal conocido. La razon

de estas altas temperaturas en PAW (mucho mayores que las de TIG) derivan de

la estrechez del arco electrico. Aunque los niveles de energia normales usados

en la soldadura de plasma de arco son menores que los usados en la

soldadura de tungsteno con arco electrico y gas, la energia se concentra mucho

para producir un chorro de plasma de un dia metro pequeno y una densidad de

energia muy alta. En la figura 11 se demuestra el principio de funcionamiento.

FIGURA 11. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO DE PLASMA.

FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL

28

La soldadura de plasma de arco se introdujo alrededor de 1960, pero tardo en

popularizarse. En anos recientes se usa cada vez mas como sustituto de la TIG

en aplicaciones tales como sub ensambles de automóviles, gabinetes metalicos,

marcos para puertas y ventanas y aparatos para el hogar. Debido a las

caracteristicas especiales de la PAW, sus ventajas en estas aplicaciones

incluyen una buena estabilidad de arco electrico, un control de penetración mejor

que en la mayoria de los otros procesos de soldadura con arco electrico, altas

velocidades de viaje y una excelente calidad de soldadura. El proceso se usa

para soldar casi cualquier metal, incluyendo el tungsteno. Sin embargo, hay

metales dificiles de soldar con la PAW, entre estos se incluyen el bronce, el hierro

colado, el plomo y el magnesio. Otras limitaciones son el equipo costoso y un

tamano de soplete mas grande que para las otras operaciones de soldadura con

arco electrico, lo cual tiende a limitar el acceso en algunas configuraciones de

unio n.

2.4.3 OTROS PROCESOS DE SOLDADURAS CON ARCO ELECTRICO

Y RELACIONADOS

Los procesos anteriores de soldadura con arco ele ctrico son los más importantes

en el aspecto comercial. Deben mencionarse varios más, que son casos

especiales o variantes de los principales procesos de AW (arc welding).

LA SOLDADURA CON ELECTRODO DE CARBONO (SEC)

En inglés Carbón Arc Welding, CAW, se define como un proceso de soldadura

con arco electrico que utiliza un electrodo de carbono (grafito) no

consumible. Su importancia historica radica en que fue el primer proceso de

soldadura con arco electrico en desarrollarse, pero su importancia comercial actual

es practicamente nula. El proceso con arco ele ctrico de carbono se usa como una

29

fuente de calor para soldadura fuerte y para reparar coladores de acero. También

se aplica algunas veces para depositar materiales resistentes al desgaste

sobre superficies. Sin embargo, el tungsteno ha sustituido casi por completo a los

electrodos de grafito (en la TIG y en la PAW).

LA SOLDADURA DE ESPÁRRAGOS, (SE)

En inglés Stud Welding, SW, es un proceso especializado de soldadura con arco

ele ctrico para unir pernos o componentes similares a partes basicas. Las

aplicaciones incluyen sujetadores roscados para fijar manijas en utensilios de

cocina, aletas de radiacion de calor en maquinaria y situaciones de ensamble

similares. En operaciones de alta producción, la soldadura de espárragos

generalmente tiene ventajas sobre los remaches, las uniones soldadas con arco

ele ctrico en forma manual y las aberturas taladradas y enroscadas. Para empezar

el esparrago o tocon se sujeta en una pistola de soldadura especial que controla

automáticamente los parámetros de tiempo y potencia de los pasos mostrados en

la secuencia. El trabajador solo debe colocar la pistola en la posicion correcta en

contra de la parte de trabajo base, a la cual se unira el esparrago, y jalar del

gatillo. En la figura 12 se ilustra el funcionamiento de este proceso de soldadura.

FIGURA 12. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA DE ESPÁRRAGOS.

FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL

30

2.5 SOLDADURA POR RESISTENCIA

La soldadura por resistencia, SR (en ingles Resistance Welding, RW), es un grupo

de procesos de soldadura por fusión que utiliza una combinación de calor y

presion para obtener una coalescencia, el calor se genera mediante una

resistencia electrica dirigida hacia el flujo de corriente en la union que se va a

soldar.

Los componentes incluyen las partes de trabajo que se van a soldar (por lo

general partes de lamina metalica), dos electrodos opuestos, un medio para

aplicar presion destinado a apretar las partes entre los electrodos y un

transformador de corriente alterna desde el cual se aplica una corriente

controlada. La RW se clasifica como un proceso de soldadura por fusion porque el

calor aplicado provoca la fusion de las superficies empalmantes. Sin embargo,

hay excepciones. Algunas operaciones de soldadura basadas en el calentamiento

de una resistencia usan temperaturas abajo del punto de fusion de los metales

base, por lo que no ocurre una fusion

PROCESOS DE SOLDADURA POR RESISTENCIA

La soldadura de puntos por resistencia, SPR (en ingles Resistanse Spot Welding,

RSW), es un proceso en el cual se obtiene la fusio n en una posicion de las

superficies empalmantes de una unión superpuesta, mediante electrodos

opuestos. El proceso se usa para unir partes de la minas metalicas con un grosor

de 3 mm o menos, usando una serie de soldaduras de puntos en situaciones en

donde no se requiere un ensamble hermetico. El tamano y la forma del punto de

soldadura se determina por medio de la punta de electrodo, la forma de electrodo

más común es redonda; pero tambien se usan formas hexagonales, cuadradas y

otras. La pepita de soldadura resultante tiene normalmente un diametro de 5 a 10

mm, con una zona afectada por el calor que se extiende un poco más allá de la

pepita dentro de los metales base.

31

En la figura 13 se observa el funcionamiento en 5 pasos de la soldadura por

resistencia. La secuencia es: (1) partes insertadas entre los electrodos abiertos,

(2) los electrodos se cierran y se aplica una fuerza, (3) tiempo de soldadura (se

activa la corriente), (4) se desactiva la corriente, pero se mantiene o se aumenta

la fuerza (en ocasiones se aumenta una corriente reducida cerca del final de este

paso para liberar la tensión en la región de la soldadura) y (5) se abren

los electrodos y se remueve el ensamble soldado.

El la grafica contenida en la figura 13 se observa la relación de la fuerza de

presión y la corriente durante el proceso.

FIGURA 13. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA DE PUNTOS.

FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL

La soldadura de puntos es por mucho el proceso predominante entre la soldadura

por resistencia. Se usa ampliamente en la produccion masiva de automóviles,

32

aparatos domesticos, muebles metalicos y otros productos hechos a partir de

láminas metalicas. Si se considera que la carroceria de un automovil normal tiene

aproximadamente 10000 soldaduras de puntos individuales y que la produccion

anual de automóviles en todo el mundo se mide en decenas de millones de

unidades, es posible apreciar la importancia economica de la soldadura de puntos.

Los materiales usados para los electrodos en la SPR consisten en dos grupos

principales:

Aleaciones basadas en cobre. Los electrodos son usados de cobre, porque,

comparado con la mayoria de los metales, el cobre tiene una resistencia

ele ctrica más baja y una conductividad termica más alta, esto asegura que

el calor sera generado en la pieza de trabajo y no en los electrodos, Compuestos de metales refractarios, tales como combinaciones de cobre y

tungsteno. El segundo grupo tiene una mayor resistencia al desgaste. Igual

que en la mayoria de los procesos de manufactura, las herramientas para

la soldadura de puntos se desgastan gradualmente con el uso. Cuando, es

posible llevarlo a cabo, los electrodos se disen an con canales internos para

enfriamiento con agua.

2.6 SOLDADURA CON OXIGENO Y GAS COMBUSTIBLE

La soldadura con oxigeno y gas combustible, SOGC (en inglés Oxyfuel Gas

Welding, OFW); Los procesos de soldadura con oxígeno y gas combustible

emplean varios tipos de gases, los cuales representan la principal diferencia

entre los procesos de este grupo. El oxígeno y el gas combustible también

se usan normalmente en sopletes de corte para separar placas metálicas y

otras partes. El proceso más importante de soldadura con oxígeno y gas

combustible es la soldadura con oxiacetileno.

33

2.6.1 SOLDADURA CON OXIACETILENO

La soldadura con oxiacetileno, OAW (en ingle s Oxyacetylene Welding, OAW), es

un proceso de soldadura por fusión realizado mediante una flama de alta

temperatura a partir de la combustión del acetileno y el oxígeno. La flama se

dirige mediante un soplete de soldadura. En ocasiones se agrega un metal de

aporte. Cuando se usa metal de aporte, normalmente esta en forma de varillas de

90 cm de longitud con diámetros que van desde 1.6 mm hasta 9.5 mm. La

composición del aporte debe ser similar a la de los metales base. Con frecuencia

se recubre el aporte con un fundente, lo cual ayuda a limpiar las superficies,

evita la oxidación y se produce una mejor unión soldada.

El acetileno (C2H2) es el combustible más popular entre el grupo de OFW

porque soporta temperaturas más altas que cualquiera de los otros, hasta de

3480º C. La flama en la soldadura con oxiacetileno se produce mediante la

reacción química del acetileno y el oxígeno en dos etapas. En la figura 14 se

observa el funcionamiento de este proceso.

FIGURA 14. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA CON OXIACETILENO.

FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL

34

2.7 TECNOLOGÍA DEL ACERO

Ya que la soldadura va ligada directamente a los aceros y metales ferrosos es

necesario tener claras las tecnologías que nos llevan a la obtención y fabricación

de los metales así como las aleaciones existentes en el mercado.

Ahora veamos la tecnología relacionada con la producción del hierro y sus

aleaciones, en especial las que contienen un pequeño porcentaje de carbono, que

constituyen los diferentes tipos de acero. A veces, las diferencias entre las

distintas clases de hierro y acero resultan confusas por la nomenclatura empleada.

En general, el acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse

otros elementos. Algunas aleaciones denominadas ‘hierros’ contienen más

carbono que algunos aceros comerciales. El hierro de crisol abierto y el hierro

forjado contienen un porcentaje de carbono de sólo unas centésimas. Los distintos

tipos de acero contienen entre el 0,04 y el 2,25% de carbono. El hierro colado, el

hierro colado maleable y el arrabio contienen entre un 2 y un 4% de carbono. Hay

una forma especial de hierro maleable que no contiene casi carbono alguno. Para

fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de

hierro denominadas ferró aleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del

elemento de aleación, que puede ser manganeso, silicio o cromo.

2.7.1 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ACEROS AL CARBONO

Más del 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos contienen diversas

cantidades de carbono y menos del 1.65% de manganeso, el 0.60% de silicio y el

0.60% de cobre. Entre los productos fabricados figuran máquinas, carrocerías de

automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de

buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.

35

ACEROS ALEADOS

Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros

elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los

aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar

engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.

ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRA RESISTENTES

Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros

de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que

contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin

embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor

que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados

con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus

paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero

al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos,

las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos

edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más

delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los

edificios.

ACEROS INOXIDABLES

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación,

que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la

acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables

son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante

largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en

arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable

se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas,

36

para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para

fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya

que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de

preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que

no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

ACEROS PARA HERRAMIENTAS

Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales

de corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de

fabricación. Contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleación, que les

proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad.

2.7.2 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN LAS NORMAS

MUNDIALES

En cada país existe una norma que define a los distintos tipos de aceros. Los

aceros que se obtienen por los porcentajes de carbono y sus aleaciones con

elementos como el cromo, níquel, molibdeno, vanadio, etc., ha provocado la

clasificación mediante nomenclaturas especiales, que difieren según la norma o

casa que los produce para facilitar su conocimiento y designación. Por ejemplo la

ASTM, DIN, BS, NF AENOR, SAE etc. A continuación se describen algunas de

ellas.

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA NORMA UNE 36010

Esta es una norma de origen español que permite la clasificación de los aceros

para que sea posible conocer las propiedades de los mismos. Esta Norma indica

la cantidad mínima o máxima de cada componente y las propiedades mecánicas

que tiene el acero resultante.

37

Esta norma que clasifica a los aceros en cinco series diferentes a las que identifica

por un número se muestra en la tabla 2.

TABLA 2 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN NORMA UNE 36010

Serie Grupo

Propiedades / Aplicaciones

1 Aceros finos de construcción general

1. (Finos al carbono) 2 y 3. (Aleados de gran resistencia) 4. (Aleados de gran elasticidad) 5 y 6. (De cementación) 7. (De nitruración)

Propiedades: Son no aleados. Cuanto más carbono contienen son más duros y menos soldables, pero también más resistentes a los choques. Se incluyen también aceros con tratamientos térmicos y mecánicos específicos para dar resistencia, elasticidad, ductabilidad, y dureza superficial. Aplicaciones: Necesidades generales de la ingeniería de construcción, tanto industrial como civil y comunicaciones.

2 Aceros para usos especiales

1. (De fácil mecanización) 2. (De fácil soldadura) 3. (De propiedades magnéticas) 4. (De dilatación térmica específica) 5. (Resistentes a la fluencia)

Propiedades: Generalmente son aceros aleados o tratados térmicamente. Aplicaciones: Grupos 1 y 2: Tortillería, tubos y perfiles. Grupo 3: Núcleos de transformadores, motores de bobinado. Grupo 4: Piezas de unión de materiales férricos con no férricos sometidos a temperatura. Grupo 5: Instalaciones químicas, refinerías y para altas temperaturas.

3 Aceros resistentes a la oxidación y corrosión

1. (Inoxidables) 2 y 3. (Resistentes al calor)

Propiedades: Basados en la adición de cantidades considerables de cromo y níquel, a los que se suman otros elementos para otras propiedades más específicas. Resistentes a ambientes húmedos, a agentes químicos y a altas temperaturas. Aplicaciones: Grupo 1: Cuchillería, elementos de máquinas hidráulicas, instalaciones sanitarias, piezas en contacto con agentes corrosivos. Grupos 2 y 3: Piezas de hornos emparrillados, válvulas y elementos de motores de explosión y, en general, piezas cometidas a corrosión y temperatura.

5 Aceros para herramientas

1. (Al carbono para herramientas) 2, 3 y 4. (Aleados para herramientas) 5. (Rápidos)

Propiedades: Son aceros aleados con tratamientos térmicos que les dan características muy particulares de dureza, tenacidad y resistencia al desgaste y a la deformación por calor. Aplicaciones: Grupo 1: maquinaria de trabajos ligeros en general, desde la carpintería y agrícola, hasta de máquinas Grupos 2, 3 y 4: Para maquinaria con trabajos más pesados. Grupo 5: Para trabajos y operaciones de devaste y de mecanización rápida que no requieran gran precisión.

8 Aceros de moldeo

1. (Al carbono de moldeo de usos generales) 3. (De baja radiación) 4. (de moldeo inoxidables)

Propiedades: Para verter en moldes de arena, por lo que requieren cierto contenido mínimo de carbono que les dé maleabilidad. Aplicaciones: Piezas de formas geométricas complicadas, con características muy variadas. Estrictamente hablando no difieren de los aceros de otras series y grupos más que en su molde habilidad.

FUENTE: www.grupomasur.com/documentos/ ClasificaciondelosAcerossegunlaNormaUNE.pdf -

38

CLASIFICACIÓN SAE DE ACEROS

La norma AISI/SAE (también conocida por SAE-AISI) es una clasificación de

aceros y aleaciones de materiales no ferrosos. Es la más común en los Estados

Unidos. AISI es el acrónimo en inglés de American Iron and Steel Institute

(Instituto americano del hierro y el acero), mientras que SAE es el acrónimo en

inglés de Society of Automotive Engineers (Sociedad Norteamericana de

Ingenieros Automotores). En este sistema los aceros se clasifican con cuatro

dígitos. La SAE emplea, a tal fin, números compuestos de cuatro o cinco cifras,

según los casos cuyo ordenamiento caracteriza o individualiza un determinado

acero.

El significado de dicho ordenamiento es el siguiente:

• Primera cifra 1 caracteriza a los aceros al carbono

• Primera cifra 2 caracteriza a los aceros al níquel

• Primera cifra 3 caracteriza a los aceros al cromo-níquel

• Primera cifra 4 caracteriza a los aceros al molibdeno

• Primera cifra 5 caracteriza a los aceros al cromo

• Primera cifra 6 caracteriza a los aceros al cromo-vanadio

• Primera cifra 7 caracteriza a los aceros al tungsteno

• Primera cifra 9 caracteriza a los aceros al silicio-manganeso

• Para aceros al manganeso la característica resulta: 13XX

En los aceros simples (un solo elemento predominante), las dos últimas cifras

establecen el porcentaje medio aproximado de C en centésimo del 1%, cuando el

tenor del mismo no alcanza al 1%.

Por último, la cifra intermedia indica el porcentaje o, en forma convencional, el

contenido preponderante de la aleación, tal el caso de los aceros al Cr-Ni, en los

que la segunda cifra corresponde al % de Ni.

39

Mediante el número SAE, los aceros al carbono, de hasta 1% de C, pueden ser

fácilmente identificados; por ejemplo:

SAE 1025 Primera cifra 1 acero al carbono

Segunda cifra 0 ningún otro elemento de aleación predominante

Últimas cifras 25 0,25% de carbono medio aproximado de carbono

La composición química porcentual de los aceros que corresponden a esta

designación es:

C = 0,22-0,28 %; Mn = 0,30-0,60 %; S = 0,05 % m�x; P = 0,04 % m�x.

Donde puede observarse que el manganeso (Mn), azufre (S) y el fósforo (P) no

son considerados como factores capaces de dotar a la aleación de propiedades

especiales, por no alcanzar el porcentaje mínimo de 1,5 %, 0,08 % y 0,1 %,

respectivamente, requerido para ello.

Para ampliar la gama de aceros posibles de clasificar, la SAE los determina, en

algunos casos, con cinco cifras, de manera que la segunda y la tercera indiquen el

por ciento del elemento preponderante; por ejemplo:

SAE 71660 resulta al tungsteno con 16 % de W (15 al 18 %) y 0,60 % de C (0,50

al 0,70 %)

Aclaramos que, si bien la primera cifra (elemento que le da su nombre a la

aleación de acero) y las dos últimas (tenor de carbono) cumplen casi

rigurosamente con lo indicado precedentemente, no ocurre lo mismo con la

intermedia (segunda y tercera si son cinco), debido a que por necesidad o

conveniencia se las elige, algunas veces, en forma arbitraria y de manera que el

número completo defina perfectamente a un tipo de acero.

40

En la clasificación SAE se han determinado a los metales de mayor uso en

automotores; es por ello que los aceros al carbono solo tienen designación

convencional para aquellos de hasta 1 % y los cuaternarios (Cr-Ni, Cr-Mo, etc.) y

complejos (Cr-Ni-Mo, etc.) no responden en sus números.

41

CAPITULO 3

CLASIFICACIÓN DE ELECTRODOS Y SOLDADURA

ELECTRODOS

Los electrodos que se usan en los procesos de AW se clasifican como

consumibles y no consumibles. Los electrodos no consumibles son aquellos que

no se incorporan al metal base durante la operación principalmente está hecha de

tungsteno. Los electrodos consumibles contienen el metal de aporte en la

soldadura con arco eléctrico; están disponibles en dos formas principales: varillas

(también llamados bastones) y alambres.

Las varillas para soldadura normalmente tienen una longitud de 225 a 450 mm y

un diámetro de 9.5 mm o menos. El problema con las varillas de soldadura

consumibles, al menos en las operaciones de producción, es que deben

cambiarse en forma periódica, reduciendo el tiempo de arco eléctrico del soldador.

El alambre para soldadura consumible tiene la ventaja de que puede alimentarse

en forma continua al pozo de soldadura desde bobinas que contienen alambres

en grandes cantidades.

Los electrodos de varilla se clasifican en base a las propiedades mecánicas del

metal depositado, tipo de recubrimiento, posiciones en las que se puede emplear

el electrodo y tipo de corriente y polaridad a emplear.

El tipo de soldadura aplicable a la construcción metálica es el de arco eléctrico con

electrodo metálico, aplicado manual automáticamente. Los procesos

recomendados son soldadura manual con electrodo recubierto, la soldadura

automática con arco sumergido, la protegida con gases y la soldadura con

electrodo con corazón fundente.

42

3.1 METALES DE APORTACIÓN Y FUNDENTES PARA SOLDADURA

H-77 (AWS A5.1) Electrodos de acero al carbono, recubiertos, para soldadura por

arco eléctrico.

H-86 (AWS A5.5) Electrodos de acero de baja aleación, recubiertos, para

soldadura por arco eléctrico.

H-108 (AWS A5.17) Electrodos desnudos de acero al carbono y fundentes para

soldadura por arco eléctrico sumergido.

H-97 (AWS A5.18) Metales de aporte de acero al carbono para soldadura por arco

eléctrico protegido con gas.

H-99 (AWS A5.20) Electrodos de acero al carbono para el proceso de soldadura

por arco eléctrico con electrodo tubular continuo.

3.2 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE ELECTRODOS AWS

El sistema de clasificación empleado para electrodos recubiertos sigue el modelo

empleado por la AWS. De acuerdo con este sistema, la clasificación de un

electrodo se designa con la letra "E" y con cuatro o cinco dígitos. La letra "E"

significa electrodo, los dos o tres primeros dígitos indican la resistencia a la

tracción del metal depositado en miles de libras por pulgada cuadrada, el tercer o

cuarto dígito indica las posiciones en las que debe emplearse el electrodo y el

último dígito se relaciona con las características del recubrimiento, la escoria, con

el tipo de corriente y la polaridad a emplear.

La especificación AWS A5.1 la cual se refiere a los electrodos para soldadura de

aceros al carbono, trabaja con la siguiente designación para electrodos revestidos: E XXYY 1 HZR

43

Donde:

E: Indica electrodo para soldadura por arco, el cual por definición conduce la

corriente por arco.

XX: Dos dígitos que designan la mínima resistencia a la tensión del metal

depositado, en Ksi.

YY: Dos dígitos que designan las posiciones de soldadura en que puede trabajar

el electrodo, el tipo de revestimiento y el tipo de corriente adecuado para el

electrodo.

El primer dígito indica la posición (1=todas, 2=plana y horizontal, 4 todas pero

especialmente para vertical descendente), la combinación de los dos dígitos

indica las otras características.

Los designadores después del guión son opcionales:

1: Designa que el electrodo (E 7016, E 7018 o E 7024) cumple con los requisitos

de impacto mejorados E y de ductilidad mejorada en el caso E 7024.

HZ: Indica que el electrodo cumple con los requisitos de la prueba de hidrógeno

difusible para niveles de "Z" de 4.8 o 16 ml de H2 por 100gr de metal depositado

(solo para electrodos de bajo hidrógeno).

R: Indica que el electrodo cumple los requisitos de la prueba de absorción de

humedad a 80°F y 80% de humedad relativa (solo para electrodos de bajo

hidrógeno).

La especificación AWS A5.5 que trae los requisitos de los electrodos para

soldadura de aceros de baja aleación utiliza la misma designación de la AWS

A5.1., con excepción de los designadores opcionales. En su lugar, utiliza sufijos

que constan de una letra o de una letra y un número, p (por ejemplo A1, B1, B2,

C1, G, M, etc.) los cuales indican la composición química.

La especificación AWS A5.4 que trata de los electrodos para soldadura de aceros

inoxidables trabaja con la siguiente designación:

44

E XXX N

Donde:

E: Indica electrodo para soldadura de arco.

XXX: Indica la composición química del depósito de soldadura puro, la cual se

basa en la designación AISI.

N: Indica el tipo de corriente con la que puede operarse el electrodo.

En la tabla 1 se muestran las características de penetración, los materiales que

contienen el fundente y la cantidad de penetración.

La especificación AWS A 5.15 de electrodos para soldadura de hierro fundido

utiliza el prefijo E, seguido de los elementos considerados significativos y

finalmente las letras CI que indican que el electrodo es para hierro fundido.

(Ejemplos: Eni-CI, EniFe-CI, etc.)

La especificación AWS A5.17 de materiales de aporte por proceso de arco

sumergido para aceros al carbono, identifica los alambres con el prefijo E

(electrodo), seguido de la letra que indica el contenido de manganeso y que puede

ser L(bajo), M(medio), o H(alto). A continuación sigue uno o dos dígitos que dan

el contenido nominal de carbono en centésima de porcentaje.

Finalmente, algunos alambres traerán una letra K, para significar que son aceros

calmados. Las propiedades mecánicas del depósito dependen del fundente que se

use con cada alambre.

La denominación completa fundente alambre puede ser por ejemplo:

F6A2 EM12K la cual significa:

F: Fundente.

6: 60.000 Psi de resistencia a la tracción mínima.

45

A: Propiedades mecánicas obtenidas sin tratamiento post soldadura (as welded).

2: Resistencia al impacto de 27 mínimo a 20°F.

E: Electrodo.

M: Contenido medio de manganeso.

12: 0.12% de carbono (nominal).

K: Acero calmado.

La especificación AWS A5.18, la cual trae los requisitos del material de aporte

para procesos con protección gaseosa (MIG/MAG, TIG y plasma) denomina los

alambres de la siguiente forma:

ER70-SX

Donde:

E: Indica electrodo para soldadura por arco (para MIG/MAG).

R: Indica aporte que funde por un medio diferente que el conducir la corriente del

arco eléctrico (para TIG y plasma)

70: La resistencia a la tracción nominal del depósito de soldadura la cual es igual

para todas las referencias.

S: Indica el alambre sólido.

X: Es un número que indica la composición química del alambre.

ELECTRODOS CON APLICACIONES ESPECÍFICAS

Existen materiales que requieren la aplicación de un tipo en específico de

electrodo y que debe tener determinadas características. A continuación se

enumeran algunos de ellos:

46

ELECTRODOS PARA SOLIDIFICACIÓN RÁPIDA.

Son aquellos diseñados para depositar metal de soldadura que solidifique

rápidamente después de haber sido fundido por el arco. Estos electrodos sirven

para soldar en todas las posiciones.

Los electrodos más comunes pertenecientes a esta clasificación son:

E-6010, E-6011, E-7010-A1, E–7010-G.

Entre sus características más importantes se encuentran la alta penetración, son

de "bajo depósito", dejan poca escoria, producen mucho chisporroteo, se utilizan

con corriente relativamente baja.

Sus aplicaciones son los propósitos generales de fabricación y mantenimiento,

para posiciones vertical y sobre-cabeza, soldadura en tuberías, soldadura sobre

superficies galvanizadas o no muy limpias, uniones que requieren alta

penetración, soldadura de laminas delgadas en juntas de borde, esquina y a tope.

ELECTRODOS PARA LLENADO RÁPIDO

Estos electrodos están diseñados para proporcionar cantidades relativamente

altas de metal fundido y son adecuados para realizar soldadura de "alta

velocidad". El metal de soldadura solidifica con relativa lentitud y por esta razón,

estos electrodos no son adecuados para realizar soldaduras fuera de posición.

Electrodos pertenecientes a esta clasificacion:

E-7024, E6027, E-7020-A1, Sus principales características son poca penetración, proporcionan "alto depósito",

permiten velocidades de soldadura relativamente elevadas, producen mucha

escoria, producen muy poco chisporroteo.

47

Sus principales aplicaciones son la soldadura de planchas de 5 mm. (3/16") o

mayor espesor, soldaduras de filete en posiciones horizontal y plana y

soldaduras de ranura profunda en uniones a tope, soldaduras de acero de

mediano contenido de carbono y con tendencia al agrietamiento (cuando no se

dispone de electrodos de bajo hidrógeno).

ELECTRODOS PARA LLENADO-SOLIDIFICACIÓN

Estos electrodos están diseñados para proporcionar características

intermedias entre los electrodos para solidificación y llenado y proporcionar así

relaciones de depósito y penetración "medianas".

Electrodos pertenecientes a esta clasificación:

E-6012, E-6013, E6014,

Sus características principales son: De penetración y llenado medianos,

producen cantidades medianas de chisporroteo y escoria. Sus principales

aplicaciones: soldaduras de filete en posición vertical descendente,

propósitos generales, soldaduras cortas o irregulares que cambian de

posición o dirección durante la aplicación, soldaduras de filete en láminas

delgadas.

ELECTRODOS DE BAJO HIDROGENO

Estos electrodos están diseñados para producir soldaduras de alta calidad en

aplicaciones en las cuales el metal base tiene tendencia al agrietamiento, los

espesores a soldar son relativamente grandes (mayores a 19 mm.) o cuando el

metal base tiene un contenido de aleantes ligeramente mayor al de los aceros

dulces. Los electrodos de bajo hidrógeno están disponibles ya sea con las

características de llenado rápido o solidificación rápida.

48

Electrodos pertenecientes a esta clasificación:

E-7018 y E-7028. ELECTRODOS NO CONSUMIBLES

Están hechos de tungsteno (o algunas veces de carbono), los cuales resisten la

fusión mediante el arco eléctrico. A pesar de su nombre, un electrodo no

consumible se desgasta gradualmente durante el proceso de soldadura (la

vaporización es el mecanismo principal) y ocurre en forma similar al desgaste

gradual de una herramienta de corte en una operación de maquinado. Para los

procesos de AW que utilizan electrodos no consumibles, cualquier metal de

relleno usado en la operación debe proporcionarse mediante un alambre

separado que se alimenta dentro del pozo de soldadura.

49

3.3 TIPO DE CORRIENTE Y REVESTIMIENTO

Dependiendo de los componentes del electrodo es el tipo de revestimiento que

este deberá tener. En la tabla 3 se muestran además el tipo de fundente

recomendado a algunas aplicaciones el tipo de arco y la penetración

recomendada. TABLA 3. CLASIFICACIÓN DE ELECTRODOS.

FUENTE: http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-II/capitulo4.htm

3.4 CLASIFICACIÓN AWS PARA LA SOLDADURA MIG

Para los metales de aporte de baja aleación de acero para soldadura de arco

protegida por gas.

ER1 – XXX2 S3 – XXX4

1. Las primeras dos letras identifican como alambre o varilla desnuda

2. Los tres primeros números indican la resistencia a la tracción en miles de

libra/pulg. 2

3. La letra intermedia indica que el tipo de alambre es sólido.

50

4. Los últimos tres dígitos indican la composición química del alambre

Para los metales de aporte de acero al carbón para soldadura de arco protegida

por gas:

ER1 – XX2 S3 – X4

1. Las primeras dos letras identifican como alambre o varilla desnudas

2. Los tres primeros números indican la resistencia a la tracción en miles

de libra/pulg 2

3. La letra intermedia indica que el tipo de alambre es sólido.

4. Composición química del alambre

51

GASES PROTECTORES

Estos son los gases protectores recomendados para un proceso de soldadura

MIG. TABLA 4. GASES PROTECTORES.

FUENTE: MANUAL DE SOLDADURA Y CATALOGO DE PRODUCTOS OERLIKON Y EXSA

52

3.5 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DE ELECTRODOS.

La selección de electrodos para una aplicación específica, en términos generales,

se basa en factores como:

1) Propiedades mecánicas del metal base a soldar, espesor y forma del metal

base a soldar. Posiciones de soldadura posibles durante la fabricación, Tipo de

corriente de soldadura y polaridad a emplear,

2) Composición química del metal base a soldar y especificaciones y condiciones

de servicio de la estructura a fabricar,

3) Tratamiento térmico que se aplicara a la estructura a fabricar,

4) Eficiencia en la producción y condiciones de trabajo,

5) En el caso de los aceros de alta resistencia o los inoxidables, limitada a uno

o dos electrodos diseñados específicamente para dar una composición

química determinada en el metal depositado.

3.6 SOLDADURA COMPATIBLE CON METAL BASE

Para que una soldadura sea compatible con el metal base, tanto el esfuerzo de

fluencia mínimo como el esfuerzo mínimo de ruptura en tensión del metal de

aportación depositado, sin mezclar con el metal base, deben ser iguales o

ligeramente mayores que los correspondientes del metal base.

Por ejemplo las soldaduras manuales obtenidas con electrodos E60XX o E70XX,

que producen metal de aportación con esfuerzos mínimos especificados de

fluencia de 331 y 365 MPa (3400 y 3700 kg/cm2) respectivamente, y de ruptura en

tensión de 412 y 481 MPa (4200 y 4900 kg/cm2) son compatibles con el acero

A36, cuyos esfuerzos de fluencia y ruptura en tensión son 250 y 400 MPa (2530 y

4080 kg/cm2) respectivamente.

53

3.7 TIPOS DE SOLDADURAS SEGÚN LA NORMA

En la norma se consideran cuatro tipos de soldaduras:

a) Soldadura de filete. Se obtiene depositando un cordón de metal de

aportación en el ángulo diedro formado por las dos piezas. Su sección

transversal es aproximadamente triangular.

b) Soldadura de penetración: se obtiene depositando metal de aportación

entre dos placas que pueden, o no, estar alineadas en un mismo plano.

Pueden ser de penetración completa o parcial, según que la fusión de la

soldadura y el metal base abarque todo o parte superior de las placas, o de

la más delgada de ellas.

c) Soldadura de tapón

d) Soldadura de ranura. Las soldaduras de tapón y de ranura se hacen en

placas traslapadas, rellenando por completo, con metal de aportación, un

agujero circular o alargado hecho en una de ellas cuyo fondo está

constituido por la otra.

3.8 DIMENSIONES EFECTIVAS DE LA SOLDADURA

• El área efectiva de la soldadura de penetración o de filete es el producto de

su longitud efectiva por el tamaño efectivo de su garganta.

• El área efectiva de la soldadura de tapón o de ranura es el área de la

sección transversal nominal del tapón o la ranura.

• La longitud efectiva de una soldadura de penetración entre dos piezas a

tope es igual al ancho de la pieza más angosta, aun en el caso de las

soldaduras inclinadas respecto al eje de la pieza.

• La longitud efectiva de una soldadura de filete recta es igual a la longitud

total del filete de tamaño completo, incluyendo retornos. Si la soldadura de

filete es curva, la longitud es igual al eje del cordón, trazado por el centroide

54

del plano que pasa por la garganta, pero si el filete está depositado en un

agujero circular o una ranura, el área efectiva no será mayor que el área

nominal de la sección transversal del agujero o la ranura, medida en el

plano de la superficie de falla.

• El tamaño de efectivo de la garganta de una soldadura de penetración

completa, depositada por un lado, con placa de respaldo, o por los dos,

limpiando el segundo lado hasta descubrir metal sano antes de colocar la

soldadura, es igual al grueso de la más delgada de las placas unidas.

• El tamaño efectivo de la garganta de una soldadura de penetración parcial

es el indicado en la tabla 5

TABLA 5. TAMAÑO EFECTIVO DE LA GARGANTA DE SOLDADURAS DE PENETRACIÓN PARCIAL. Proceso de soldadura Posición Angulo en la raíz de la

ranura Tamaño efectivo

de la garganta Soldadura manual con electrodo recubierto o

automática de arco sumergido

Todas

En U o J Profundidad del bisel

Soldadura protegida con gases

Todas Bisel sencillo o en V≥60° Profundidad del bisel

Soldadura con electrodo con corazón de fundente

Todas Bisel sencillo o en V < 60° pero ≥ 45°

Profundidad del bisel menos 3 mm

FUENTE: NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS.

3.9 TAMAÑO MÍNIMO DE SOLDADURAS DE PENETRACIÓN PARCIAL

El tamaño mínimo de soldaduras de penetración parcial está determinado por la

más gruesa de las partes unidas, pero no es necesario que exceda el grueso de la

parte más delgada.

55

El tamaño efectivo mínimo de la garganta se indica en la tabla 6.

TABLA 6 TAMAÑOS MÍNIMOS EFECTIVOS DE LA GARGANTA DE SOLDADURAS DE

PENETRACIÓN PARCIAL. Espesor de la más gruesa de las partes

unidas mm (pulg,) Tamaño efectivo mínimo de

la garganta mm (pulg.) Menor o igual a 6.3 (≤ ¼) 3.2 (1/8) Más de 6.3 hasta 12.7 (¼ a ½) 4.8 (3/16) Más de 12.7 hasta 19.1 (½ a ¾) 6.3 (1/4) Más de 19.1 hasta 38.1 (¾ a 1 ½) 7.9 (5/16) Más de 38.1 hasta 57 (1 ½ a 2 ¼) 9.5 (3/8) Más de 57 hasta 152 (2 ¼ a 6) 12.7 (1/2) Mayor que 152 (>6) 15.9 (5/8)

FUENTE: NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS.

3.10 TAMAÑOS MÍNIMOS DE LA SOLDADURA DE FILETE.

Tamaño mínimo

El tamaño de la soldadura queda determinado por la más gruesa de las partes

unidas, pero no es necesario que exceda el grueso de la parte más delgada. El

objetivo de este requisito es evitar cambios perjudiciales en la estructura cristalina

del acero producidos por el rápido enfriamiento de las soldaduras pequeñas

depositadas en material grueso.

Tamaño máximo

En los bordes de material de grueso menor que 6.3 mm el grueso del material. En

los bordes de material de grueso igual o mayor que 6.3 mm el grueso del material

menos 1.5 mm.

Longitud

La longitud mínima efectiva para trasmitir fuerzas será no menor que cuatro veces

su tamaño nominal. En caso contrario se considerara que el tamaño de la

soldadura no excede de un cuarto de su longitud efectiva.

56

TABLA 7. TAMAÑOS MÍNIMOS DE SOLDADURAS DE FILETE. Espesor de la más gruesa de las partes unidas mm (pulg.)

Tamaño mínimo del filete mm (pulg.)

Menor o igual que 6.3 (≤1/4) 3.2 (1/8) Más de 6.3 hasta 12.7 (1/4 a ½) 4.8 (3/16) Más de 12.7 hasta 19.1 (1/2 a ¾) 6.3 (1/4) Mayor que 19.1 ( > 3/4) 7.9 (5/16)

FUENTE: NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS

3.11 RESISTENCIA DE DISEÑO

a. La resistencia de diseño de las soldaduras es igual al menor de los

productos FR FMB AMB y FR FS AS donde FMB y FS son, respectivamente, las

resistencias nominales del metal base y el área efectiva de la soldadura. FR

es el factor de resistencia.

En la tabla 8 se proporcionan los valores de FR, FMB FS y de mas información

pertinente. TABLA 8. RESISTENCIAS DE DISEÑO DE SOLDADURAS. Tipos de soldadura y forma de trabajo

Material Factor de resistencia FR

Resistencia nominal FMB o FS

Requisitos del metal de aportación

a) soldaduras de penetración completas Tensión normal del área efectiva

Metal base 0.90 Fy Debe usarse metal de aportación compatible con el metal base

Compresión normal al área efectiva Tensión o compresión paralela al eje de la soldadura

Metal base 0.90 Fy Puede usarse metal de aportación de resistencia igual o menor que la del metal de aportación compatible con el metal base

Cortante en el área efectiva

Metal base Soldadura

0.90 0.80

0.60 Fy

0.60 FEXX

b) soldadura de penetración parcial Tensión normal al área efectiva

Metal base Soldadura

0.90 0.80

Fy

0.60 FEXX Compresión normal al área efectiva Tensión o compresión paralela al eje de la soldadura

Metal base

0.90

Fy

Cortante paralelo al eje de la soldadura

Metal base Soldadura

0.75

0.60 FEXX

Puede usarse metal de aportación de resistencia igual o menor que la del metal de aportación compatible con el metal base

c) soldaduras de filete Cortante en el área efectiva

Metal base Soldadura

0.75 0.75

Fy

0.60 FEXX Tensión o Metal base 0.90 Fy

Puede usarse metal de aportación de resistencia igual o menor que la del metal de aportación compatible con el metal base

57

compresión paralela al eje de la soldadura

d) soldaduras de tapón o de ranura Cortante paralelo a la superficie de falla (en el área efectiva)

Metal base soldadura

0.75 0.60 FEXX Puede usarse metal de aportación de resistencia igual o menor que la del metal de aportación compatible con el metal base

FUENTE: NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS

b. En lugar de utilizar las resistencias del diseño, constantes, de la tabla, la

resistencia de las soldaduras de filete puede determinarse con el

procedimiento que se describe a continuación,

1. La resistencia de diseño de un grupo de soldaduras lineales, cargadas

en un plano, a través del centro de gravedad del grupo, es FR FS AS ,

donde

FS= 0.60 FEXX (1.0 + sen1.5 θ)

Donde:

FR se toma igual a 0.75;

FS resistencia nominal a la soldadura;

FEXX numero de clasificación del electrodo;

θ Ángulo entre la línea de acción de la carga y el eje longitudinal de la soldadura

en grados

AS área efectiva de la soldadura

2. El conjunto de soldaduras cargadas en su plano puede diseñarse

utilizando un método basado en el empleo de un centro instantáneo de

rotación. Las soldaduras utilizadas en estructuras que deban ser

capaces de soportar un número grande de repeticiones de carga

durante su vida útil se diseñaran teniendo en cuenta la posibilidad de la

falla por fatiga.

58

CAPITULO 4

GUÍA DE SELECCIÓN DE PROCESOS DE SOLDADURA PARA LA

INDUSTRIA METAL MECÁNICA

En este capitulo se pretende presentar los principales tipos o procesos de

soldadura por fusión y encontrar así los más aplicables a la industria metal

mecánica, definiendo sus ventajas y limitaciones para cada uno de ellos.

A continuación se describirán de manera sucinta los 4 procesos mas aplicables a

la industria y definiremos sus características negativas y positivas.

4.1 ENERGÍA REQUERIDA EN LOS PROCESOS.

SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO Este proceso opera a corriente continua pero tiene la variante a funcionar con

corriente alterna, desde 200 y hasta 1200 amperes, el voltaje utilizado es

constante de 15 a 32 volts dependiendo la aplicación. La fuente de poder debe

tener un ciclo de trabajo del 100% ya que el tiempo normal de operación excede

los 10 minutos.

SOLDADURA TIG Opera con un rectificador de corriente continua o alterna, también se utiliza un

generador de corriente continua, puede trabajar con corrientes de 3 a 350

amperes y un voltaje de 10 a 35 voltios. Y un ciclo de trabajo del 60%. En este

proceso se estima que los electrodos funden a una temperatura de 6170 F

Las dimensiones de estos equipos son muy variadas ya que pueden ir desde

pequeñas maquinas portátiles hasta estaciones de soldadura que exceden los 200

kilogramos, funcionando con corrientes de 120 a 240 volts, unidad de alta

frecuencia, cuanta con características tales como: pulsador de arco integrado,

amperímetro y voltímetro, control de balance de la corriente, control de cráter de

59

soldadura, selector de corriente.

SOLDADURA MIG La fuente de poder es de tipo voltaje constante estás no cuentan con control de

amperaje y no pueden ser utilizadas para soldadura manual con electrodos.

También funciona con una corriente continua de polaridad invertida, con una

corriente de 150 a 1000 amperes. SOLDADURA A GAS (OXIACETILENO)

Este proceso alcanza temperaturas de hasta 3100 C, y para procesos como el

brazing o soldadura fuerte la temperatura mínima empleada es de 427 C y para el

soldering o soldadura blanda la temperatura máxima utilizable es de 427 C.

4.2 MATERIAL DE APORTE SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO

Se usa el alambre como electrodo. Estos alambres son macizos y desnudos con

excepción de un delgado recubrimiento protector en la superficie para elevar la

conductividad eléctrica y evitar la oxidación.

SOLDADURA TIG

En este proceso el material de aporte es opcional, aunque para garantizar la unión

se emplea con excepción de cuando se sueldan láminas delgadas. La

alimentación puede ser manual o automática. Se presentan en diferentes

diámetros y longitudes que van de 3 a 24 pulgadas.

SOLDADURA MIG Se usa alambre en desnudo generalmente alimentado en bobinas que se

empaquetan de manera especial para protegerlos del deterioro por almacenaje.

60

Estos alambres permiten que la soldadura se realice en todas las posiciones y de

manera automática y con una alimentación continua. SOLDADURA A GAS (OXIACETILENO) Generalmente se emplean varillas de materiales como cobre, aleaciones a base

de plata, aleaciones a base de aluminio y a base de cobre. Las dimensiones de las

varillas son de 90 cm de largo y espesores desde 1.6 hasta 9.5 mm dependiendo

del espesor de las partes a unir.

4.3 PROTECCIÓN DEL ARCO

SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO

Se utiliza un fundente granular como protección, este también evita salpicaduras,

chispas y radiaciones dañinas para el operador. La escoria y los granos no

derretidos proporcionan una buena protección de la atmósfera y un buen

aislamiento térmico. Esto produce un enfriamiento relativamente bajo.

SOLDADURA TIG Un gas inerte sea argón o helio o una mezcla de ambos protege el arco de los

gases perjudiciales de la atmósfera. Es más empleado el argón por que al ser más

pesado que el helio brinda una mejor protección a menor grado de presión.

SOLDADURA MIG El gas normalmente usado en este proceso es el argón y el helio o una mezcla de

ambos para materiales no ferrosos, para aceros se emplea CO2 o mezclado son

argón. Los gases protectores deben tener la especificación “Welding Grade”

(grado de soldadura”) con esto se logra un nivel especifico de pureza y de

contenido de humedad.

61

SOLDADURA A GAS (OXIACETILENO)

Únicamente se aplica un fundente esto permite que el metal de aporte funda más

rápido y se incorpore a la unión a la vez protege de la suciedad que pudiera existir

en la pieza.

4.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS Los equipos de soldadura los podemos dividir en dos o tres tipos diferentes

dependiendo su campo de aplicación y las características que a cada uno le sean

exigidas.

En el caso de la soldadura con arco eléctrico MIG, las características de los

equipos son por ejemplo:

Soldadura MIG Equipo Industrial Ligero

Alimentación: 120 Volts. 29 amps. Una fase, 60 Hertz.

Salida nominal: 100 Amp.@19 Volts. CD de carga, 30% ciclo de trabajo.

Gama de corriente: 30 a 130 Amps. CD

Salida continua: 55 Amp. @ 22 Volts. CD de carga, 100% ciclo de trabajo.

El peso de este equipo esta entre los 21 a los 23 kilogramos.

Sus principales aplicaciones son en soldadura con electrodo micro alambre

(GMAW) en diámetros de 0.6 a 0.9 mm (0.023" a 0.035") transferencia a corto

circuito. Soldadura tubular con núcleo de fundente (FCAW) en diámetro de .8 mm

(.030"). al ser equipos pequeños se emplean en la enseñanza en institutos

técnicos, talleres de herrería y reparación de carrocerías automotrices, reparación

y mantenimiento automotriz.

62

Soldadura MIG Equipo Industrial

Alimentación: 220/440 Volts. 52/26 Amps.Una fase, 60 Hertz.

Max. V. C. A.: 42 Volts. CD

Salida nominal: 250 Amp.@27 Volts. CD, 60% ciclo de trabajo.

Gama de corriente: 30 - 275 Amps. CD

Salida continua: 160 Amp. @ 26 Volts. CD, 100% ciclo de trabajo.

El peso de este equipo esta entre los 120 y 123 kilogramos.

Sus principales aplicaciones son para soldadura con electrodo micro alambre

(GMAW) de un diámetro de: 0.6 A 1.2 mm. (0.023" a 0.045") con transferencia de

corto circuito. Soldadura con electrodo micro alambre (GMAW) en acero inoxidable

en un diámetro de: 0.6 A 0.9 mm. (0.023" a 0.035"). Soldadura con electrodo micro

alambre (GMAW), para unión de perfiles, lámina y placas de acero dúctil e

inoxidable, y aluminio. Soldadura tubular con núcleo de fundente (FCAW) con gas

o sin gas. Utilizada en talleres automotrices, manufactura de equipo para la

industria alimenticia, líneas de producción en la fabricación de recipientes para la

industria en general, fabricación de equipos para refrigeración y aire

acondicionado, plantas de procesos industriales.

Soldadura MIG Industrial Pesado

Alimentación: 220/440 Volts. 36/18 Amps. Tres fases 60 Hertz.

Max. V. C. A.: 44 Volts, CD

Salida nominal: 300 Amp.@32 Volts. De carga, 100% ciclo de trabajo

Gama de voltaje: 14 a 44 volts CD.

El peso de estos equipos esta entre los 124 a los 128 kilogramos.

63

Entres sus aplicaciones se encuentran para la soldadura con electrodo micro

alambre (GMAW) con transferencia de corto circuito y rocío, para la unión de

perfiles y placas de acero dúctil inoxidables y aluminio.

Para aplicar soldadura con electrodo tubular con núcleo de fundente (FCAW) para

trabajos de soldadura en partes metálicas, hasta un diámetro de electrodo de

1.6mm. (1/16"). Soldadura con electrodo micro alambre (GMAW), para unión de

perfiles, lámina y placas de acero dúctil e inoxidable. Se utiliza en fabricación de

contenedores marítimos y terrestres, calderas para vapor, recipientes y tubería

mediana presión, construcción automotriz e industria del transporte, manufactura

de equipo para la industria alimenticia, fabricación de equipo para la industria

farmacéutica y medica, plantas de procesos industriales, fabricación de equipo

automotriz, etc.

Equipos para aplicación de la soldadura TIG

Soldadura TIG Equipo Industrial Ligero

Alimentación: 220/440 Volts. 60/30 Amps. Una fase 60 Hertz.

Salida nominal CD: - 150 Amp. @ 26 Volts. CD de carga 50% ciclo de trabajo.

- 80 Amp. @ 23 Volts. CA, TIG (GTAW) 50% ciclo de trabajo.

Potencia real: 100 Amp. @ 24 Volts. CA/CD, 100% ciclo de trabajo.

Gama de corriente: - Rango bajo 10 a 100 Amps. CA (SMAW)

- Rango alto 30 a 150 Amps CA (SMAW)

- Rango bajo 10 a 85 Amps. CD (SMAW)

- Rango alto 20 a 150 Amps CD (SMAW)

- Rango alto 10 a 80 Amps CA (TIG)

Max. V.C.A.: 80 Volts, CA 75 Volts. CD

64

El peso de estos equipos va desde los 87 a los 90 kilogramos.

Entre sus aplicaciones están presentes las siguientes: Para soldar electrodo

revestido (SMAW) de corriente alterna y directa (CA y CD) hasta un diámetro de 3

mm. (1/8") de tipo suave. Para soldadura TIG (GTAW) con corriente alterna y

directa, (CA y CD) con unidad integrada de alta frecuencia para el arranque y

estabilización del arco, se debe usar una antorcha con un control de paso al gas

en el mango.

Con su salida de corriente alterna y directa, nos permite usar una mayor variedad

de tipos de electrodos, lo que las hace muy recomendables en: talleres de

soldadura, plantas de procesos industriales, fabricación de recipientes y pailas

usados en la industria química, petrolera, ferroviaria, naval, farmacéutica,

alimentaría, en la fabricación de equipo médico, equipos electromecánicos, equipo

para la industria farmacéutica y fabricación de equipo para la industria alimentaría.

Soldadura TIG Equipo Industrial

Alimentación: 220/440 Volts. 84/42 Amps. Una fase 60 Hertz.

Salida nominal: - 250 Amp. @ 30 Volts. CD de carga 50% ciclo de trabajo.

- 200 Amp. @ 24 Volts. CA/CD Tig (GTAW) a 50% ciclo de trabajo.

Salida continua: 160 Amp. @ 27 Volts. CA /CD 100% ciclo de trabajo.

Gama de corriente:

- Rango bajo 30 a 190 Amps. CA (SMAW)

- Rango alto 65 a 275 Amps CA (SMAW)

- Rango bajo 20 a 175 Amps. CD (SMAW)

- Rango alto 55 a 250 Amps CD (SMAW)

-Rango alto 50 a 200 Amps CA (TIG)

Max. V.C.A.: 75 Volts, CA/CD

65

El peso va entre 141 y 143 kilogramos.

En sus aplicaciones para soldar electrodo revestido (SMAW) de corriente alterna y

directa, (CA y CD) hasta un diámetro de 4 mm. (5/32"). Para hacer soldadura TIG

(GTAW) con corriente alterna y directa, (CA y CD) con unidad integrada de alta

frecuencia para el arranque y estabilización del arco.

Para corte y escopleo con electrodo de carbón y chorro de aire hasta un diámetro

del electrodo de 5 mm. (3/16").

Soldadura MIG. (GMAW) con alimentador sensible al voltaje y alambres tubulares.

Soldadura TIG Equipo Industrial Pesado Alimentación: 220/440 Volts. 126/63 Amps, una fase 60 Hertz.

220/440 Volts. 100/50 Amps, una fase 60 Hertz.

Salida nominal CD: - NEMA Clase I (70) 300 Amps. @ 32 Volts, CA/CD, de carga 70% ciclo de

trabajo

- NEMA Clase II (50) 350 Amps. @ 34 Volts, CA/CD, de carga 50% ciclo de

trabajo

Gama de corriente: 5 a 400 Amps. CA/CD

Max. V.C.A.: 80 Volts, CA/CD

El peso va entre 245 y 262 kilogramos.

Entre las principales aplicaciones de los equipos esta el mantenimiento de naves

aeronáuticas, turbinas de aviación, estructuras y fuselaje, talleres de soldadura,

reparación de moldes y reconstrucción mecánica, plantas de procesos

industriales, fabricación de recipientes y pailas usados en la industria: química,

petrolera, ferroviaria, naval, farmacéutica, alimenticia, fabricación de equipo

médico, equipo electromecánico, intercambiadores de calor.

66

Equipo para aplicación de soldadura a gas

Soldadura a gas (Oxiacetileno) Acetileno

Como ya se menciono el acetileno en combinación con el oxigeno son los gases

utilizados en este tipo de soldadura. El acetileno puro es un compuesto químico de

Carbón e Hidrógeno. No tiene color, es un gas altamente flamable y un poco más

ligero que el aire. En estado comercial, tiene un olor característico similar al del

ajo. El Acetileno se obtiene mediante la reacción del agua con el Carburo de

Calcio. Los acumuladores para contenerlo, son llenados con un material poroso

que contiene acetona, en el cual se disuelve el Acetileno, de esta forma, se

almacena en condiciones seguras a baja presión. INFRA es el principal productor

en México de este gas, cabe mencionar que INFRA es el principal productor de

equipos para corte y soldadura. El 65% de este gas se utiliza en procesos de corte

y soldadura (Oxígeno-Acetileno). El 35% restante, generalmente es utilizado para

síntesis química y otras aplicaciones químicas.

Identificación

El cilindro del Acetileno se identifica en la ojiva del mismo por el color Rojo Oxido,

y una etiqueta adherida en la misma parte con las indicaciones de seguridad y el

nombre del gas.

Presentaciones disponibles

Al cilindro del Acetileno se le denomina acumulador, ya que la composición del

mismo es diferente a la de otro cilindro por la inestabilidad del Acetileno, la

capacidad de éste acumulador va de los 4 a los 6 Kg. y utiliza una válvula de

conexión denominada BS-341 y CGA 510 para alta pureza.

Fórmula química

La fórmula química del Acetileno es C2H2.

67

Aplicaciones

El Acetileno se utiliza en soldadura y corte.

Características

Flamable, incoloro, olor a ajo, más ligero que el aire, irritante.

Cualidades

Principalmente velocidad de corte y combustión limpia.

Recomendaciones

Manténgase lejos de fuentes de ignición, no extraerlo del acumulador a más de

1kg/cm2. Utilizando un regulador de presión. Empléese válvula check. No

derramar la acetona (no inclinar el cilindro).

Oxigeno El oxigeno es empleado en combinación con el acetileno para generar una mejor

combustión. El Oxígeno es el elemento más abundante en la tierra. En su forma

combinada, constituye una quinta parte del aire. Mezclado con el Hidrógeno forma

el agua (H2O). En otras combinaciones cubre el 49% de la corteza terrestre.

Los usos principales del Oxígeno se derivan de su propiedad de sustentar la vida y

de su característica de ser fuertemente oxidante.

Debido a sus propiedades, es muy utilizado en la industria de la fundición,

combinado con el Acetileno y otros gases combustibles en el corte y soldadura de

metales, y en su forma más pura, en aplicaciones de inhalo terapia en el sector

salud. También es usado ampliamente en industrias como la petroquímica y

química entre otras.

Identificación

El cilindro del Oxígeno se identifica en la ojiva del mismo por el color Verde, y una

etiqueta adherida en la misma parte con las indicaciones de seguridad y el nombre

del gas, generación de ozono.

68

Presentaciones disponibles

Está envasado en cilindros con capacidad de 6 y 8.5 m3. Dewars de 130 m3.

Termo estacionario.

Fórmula química

La fórmula química del Oxígeno es O2.

Aplicaciones El Oxígeno se emplea principalmente en soldadura autógena y corte,

enriquecimiento de flamas, mezclas de soldadura, tratamiento de aguas.

Características

Comburente u oxidante, incoloro, inodoro, favorece la vida, no flamable.

Cualidades

Favorece la combustión.

Recomendaciones

Manténgase alejado de gases y fuentes de ignición. Cuidado con las quemaduras,

así como con la alta presión. No fume en presencia de este gas, ni se use como

sustituto del aire. Utilizar regulador de presión. Evite el contacto con cualquier tipo

de lubricante.

Equipo para aplicación de soldadura con arco sumergido

Además de las ventajas de la soldadura de arco sumergido convencional, como

alta tasa de deposición y buena penetración. Con los más modernos equipos se

obtiene lo mejor de ambos procesos, velocidad, tasa de deposición y penetración

que ofrece la SAW en DC, y la resistencia al soplo magnético que ofrece la SAW

en AC. La máquina está diseñada para ser fácilmente paralelada para

aplicaciones de soldadura que requieren mayor amperaje. Hay equipos que

69

alimentan hasta 1000A de corriente alterna AC o corriente continua DC al 100%

de Factor Marcha y puede ser paralelada para cualquier capacidad deseada.

Características técnicas Tensión en Red 400/3/50-60 V/Hz

Fusible 80 A

Factor Marcha 1000A/44V/100 %

Rango de corriente 200-1000A

Dimensiones 1110 x 488 x 838 mm

Peso 250 kg

Por lo que anteriormente hemos analizado cada aplicación tiene un equipo

específico tanto por las dimensiones como por las características a la aplicación

en específico. Hay equipos muy pesados y difíciles de mover y otros que podrían

ser altamente aplicables en cualquier zona e incluso su costo se reduce de

manera considerable.

4.5 APLICACIONES

Dentro de las aplicaciones más comunes podemos encontrar las siguientes

SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO Se usa para soldar aceros al carbono, aceros de baja aleación y alta resistencia,

aceros templados y enfriados por inmersión y en aceros inoxidables. Se aplica a

recubrimientos duros y reconstrucción de piezas. Se usa en la fabricación de

aceros para formas estructurales como las vigas I, en engargolados longitudinales,

tanques y recipientes a presión. Son soldables espesores desde 1/16 hasta ½

pulgada. Con la preparación de los bordes los espesores a unir son ilimitados.

70

SOLDADURA TIG

Se emplea para aluminio, magnesio, acero inoxidable, plata, cobre, bronce, níquel

y aleaciones, hierro fundido, aceros dulces, aceros aleados, y principalmente en

tubos de acero.

SOLDADURA MIG Su aplicación es de manera excelente a casi todas las aleaciones y materiales

aplicados en la industria metal mecánica, se aplica en todas las posiciones

dependiendo de las piezas a unir al no requerir limpieza es posible dar varias

pasadas a las misma junta soldada.

SOLDADURA A GAS (OXIACETILENO) Se utiliza principalmente para unir lamina de espesores muy delgados pero

también se puede utilizar para el corte y perforado de metales.

4.6 PROCESOS RECOMENDADOS PARA LA SOLDADURA DE METALES Y ALEACIONES Ahora se presenta una tabla con los principales tipos de soldadura por fusión los

cuales fueron estudiados en los capítulos anteriores y ya se han descrito sus

características y principios de funcionamiento. En la tabla se puede observar que

tipo de proceso es recomendado a algunos aceros para construcción.

71

TABLA 9. PROCESOS RECOMENDADOS PARA LA SOLDADURA DE METALES.

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Arco metal protegido

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Arco sumergido

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Soldadura TIG

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Soldadura MIG

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S

S

Soldadura a gas

R

R

S

S

S

S

R

S

NR

S

S

R

R

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R: RECOMENDADO, S: SATISFACTORIO, NR: NO RECOMENDABLE, NA: NO APLICABLE

72

4.7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN PROCESO SOBRE OTRO

VENTAJAS

DESVENTAJAS

SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO

Excelente calidad de soldadura en casi todos los metales y aleaciones Penetraron profunda y cordones de buen estado Soldadura de calidad a prueba de rayos x Escoria de fácil remoción Aplicable a amplios espesores

Más susceptible a la porosidad causada por superficies herrumbrosas y sucias, los gases no logran escapar debido al fundente.

SOLDADURA TIG

Excelente calidad de soldadura en casi todos los metales y aleaciones empleados en la industria. Mínima limpieza posterior Arco y baño fundido claramente visible para el soldador. No se producen salpicaduras Fácil trabajo en todas las posiciones No se produce escoria

El soldador debe tener previa capacitación y conocimiento de los materiales a unir y de la aplicación del proceso. Genera excesivo calor.

SOLDADURA MIG

Excelente calidad de soldadura en casi todos los metales y aleaciones empleados por la industria No se produce escoria Mínima limpieza después de soldar Arco y baño fundido claramente visible para el soldador Fácil trabajo en todas las posiciones

El soldador debe tener previa capacitación y conocimiento de los materiales a unir y de la aplicación del proceso. Genera excesivo calor

SOLDADURA POR GAS (Oxiacetileno)

Mínima limpieza Baño fundido claramente visible para el soldador No produce escoria

Genera excesivo calor, los tanques son muy pesados para moverse con rapidez.

73

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Los procesos de soldadura se convierten en una gran herramienta en todas las

áreas de aplicación de la industria metal mecánica debido a que cada uno de

estos se adecua mejor a determinadas circunstancias y aplicaciones dependiendo

de las necesidades finales de quien desea aplicarlas.

En la comparativa se observa que hay factores que determinan de manera

importante la funcionalidad de cada proceso; factores tales como la porosidad, el

fundente e incluso la energía generada pueden llegar a afectar el proceso de tal

manera que se debilite la resistencia de la unión, o el calentamiento excesivo

altere las propiedades mecánicas del material. La capacitación del soldador

también será factor en la aplicación de la soldadura. Mientras mas experimentado

y mayor habilidad tenga mejor será el resultado.

En cualquier tipo de proceso de soldadura la mejor soldadura, que se puede

obtener, es aquella donde la soldadura y el metal base comparten las mismas

propiedades quimicas, metalurgicas y físicas, para lograr esas condiciones la

soldadura fundida debe estar protegida de la atmosfera durante la operacion de la

soldadura, de otra forma, el oxigeno y nitrogeno de la atmosfera se

combinarían, literalmente, con el metal fundido resultando en una soldadura debil

y con porosidad.

Personalmente creo que los procesos de arco protegidos con gases (MIG y TIG)

son más aplicables a la industria debido a que los resultados son mas limpios y es

posible dar varias pasadas sobre la misma unión soldada, la limpieza es mínima;

contrario a esto el operador del equipo debe tener una capacitación previa. Como

ventaja extra de los dos procesos son posibles en aplicación automática en el cual

la deposición de material se hace de manera constante y uniforme. Los gases

utilizados permiten la unión en diversos materiales con características muy

74

diferentes y aportando a la junta características de resistencia acorde a la

aplicación que tendrá la junta.

En cuestión de seguridad un tema que prácticamente no se toco en este trabajo

pero que forma parte primordial de la aplicación de cualquier método de soldadura

de manera manual, es recomendable el uso de guantes, gafas o careta y

protectores de calzado para evitar las quemaduras producidas por el chispoteo.

Considero realmente importante que antes de seleccionar un método de soldadura

se conozcan las necesidades y características que se requieren en la junta así

como las características mecánicas, físicas y químicas de los metales a unir.

Contar con un plan para la aplicación del proceso e igual de importante considerar

la descarga económica que se quiere o se tiene la posibilidad de hacer.

75

BIBLIOGRAFÍA

Fundamentos de manufactura moderna. Mikell p. Groover. Prentice Hall.

México

Procesos de manufactura. Jonh A. Schey. Mc Graw Hill

Manual de soldadura y catalogo de productos OERLIKON y EXSA

Catalogo de aceros y productos AHMSA

Manual de especificaciones y garantías AHMSA

Manual de conceptos basicos en soldadura y corte de INFRA

www.grupomasur.com/documentos/clasificaciondelosacerossegunlanormau

ne.pdf

http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-ii/capitulo4.htm

http://estrucplan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IdEntrega=143

http://www.casalam.com.mx/insigna.html

www.redproteger.com.ar

http://www.toolingu.com/definition-651130-27169-abertura-de-la-raiz.html

76

SIGLAS Y ABREVIATURAS

AC Corriente alterna

AENOR Asociación Española de Normalización y Certificación

AISI American airon and steel institute Al Aluminio

ASTM American Section of the International Association for Testing Materials AW Arc welding (arco eléctrico)

AWS American Welding Society; Sociedad Norteamericana de Soldadura) CAW Carbon arc welding

C2H2 Actileno

CO Monóxido de carbono

CO2 Dióxido de carbono DC Corriente directa DIN Deutsches Institut für Normung

GMAW Gas metal arc welding ( gas arco y metal)

GTAW Gas tungsten arc welding HAZ Zona afectada por el calor (heat affected zone) MIG Metal inert gas welding Mn Magnesio

OAW Oxyacetylene welding (soldadura con oxiacetileno) OFW Oxigen fuel welding (soldadura con oxigeno combustible)

PAW Plasma arc welding RSW Resistanse spot welding

RW Resistence welding (soldadura por resistencia)

SAE Soldadura con arco eléctrico SAE society of automotive engineers

SAS Soldadura con arco sumergido

SAW Submerged arc welding SE Soldadura de espárragos SEC Soldadura con electrodo de carbono

77

Si Silicon

SMGI Soldadura metálica con gas inerte SOGC Soldadura con oxigeno y gas combustible SPA Soldadura por arco de plasma

SPR Soldadura de puntos por resistencia

SR Soldadura por resistencia STAEG Soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas

SW Stud welding Ti Titanio

TIG Tungsten inert gas welding

V Voltios

Zr Zirconio

78

GLOSARIO

Abertura de la raíz (root opening): Separación en la raíz de la unión entre los

metales base. El tamaño de la abertura de la raíz determina cuánto metal de

soldadura se necesita para obtener fusión en la raíz.

Argon: Es fácil de ionizar facilita el cebado del arco, es el gas base de todas las

mezclas, es un 38% mas pesado que el aire, actúa desplazando al aire de las

inmediaciones del arco eléctrico.

Borde de la soldadura (weld toe): Punto en que la cara de la soldadura y el

metal base se unen.

Cara de la soldadura (weld face): Superficie expuesta de una soldadura por el

lado en que ocurre el proceso de soldar.

Cincelar (chipping): El acto de cortar o romper en pequeños pedazos o viruta,

con una herramienta de filo.

Comburente: Se dice en química que un cuerpo es comburente, cuando el mismo

no arde, pero en cambio ayuda de manera activa a que otros cuerpos puedan

arder. Él mas conocido de los comburentes que manejamos es el aire, y como

parte fundamental de éste, el oxígeno.

Compacidad: Es la aptitud de una soldadura para estar exenta de inclusiones

extrañas. Las más frecuentes son los poros, que son, inclusiones de gas, y las

inclusiones de escoria.

Un cuerpo compacto es aquel que es denso poco poroso. La masa del pan es

compacta, pero el pan sacado del horno no es compacto es poroso

79

Cóncava (concave): De forma curvada hacia dentro como el interior de un tazón.

Muchas soldaduras de filete tienen caras cóncavas.

Conductividad térmica: La conductividad térmica indica la facilidad con la que el

gas disipa el calor.

Contra-resacado (back-gouging): Remoción de metal de soldadura y metal base

del lado opuesto de una unión parcialmente soldada para facilitar la penetración

completa de la unión.

Convexa (convex): De forma curvada hacia fuera como la parte exterior de un

círculo. Muchas soldaduras de filete tienen caras convexas.

Cordones de soldadura (weld beads): Productos finales de una unión que se

han soldado.

Corriente (current): Flujo de electricidad medido en amperes. La soldadura por

arco requiere de un flujo continuo de electricidad para mantener el arco.

Densidad: La densidad es la masa por unidad de volumen. Densidad relativa de

un gas es su densidad en relación con la densidad del aire.

Dióxido de carbono CO2: Aumenta la viscosidad del baño y la penetración. Con

protección de CO2 se obtiene mas penetración que con ningún otro gas: Para su

aplicación en soldadura tiene que tener una pureza mínima de un 99,7 %, y estar

exento de humedad.

Su peso especifico es de 1,97 Kg/m³, o sea 1,5 veces mas pesado que el aire.

El CO2, al ser mas pesado que el aire se comporta como una protección eficaz

frente a la atmosfera, es un gas muy activo, tiene un potencial de oxidación entre

el 10% y el 50%.

80

Helio: Proporciona un arco rígido aumentando la velocidad de soldadura.

El Helio tiene un 17% del peso del aire, por lo que no es tan eficaz en el

desplazamiento del aire como lo es el argón, esta es la razón por la que se

necesitan caudales de helio tan altos, una mezcla estándar de Argón/Helio es al

50%, aunque también se mezcla, Argón 70 %, Helio 30 %.

Eje de la soldadura (weld axis): Línea imaginaria a través de la longitud de la

soldadura, perpendicular a su sección transversal.

Electrodo (electrode): Dispositivo que conduce electricidad. En soldadura, el

electrodo puede actuar también como metal de aporte.

Esmerilar (grinding): Uso de un abrasivo para desgastar la superficie de una

pieza de trabajo y cambiar su forma.

Faltante de material (underfill): Depresión en la cara de la soldadura o superficie

de la raíz, la cual se extiende más allá de la superficie adyacente del metal base.

El faltante de material es la falla por parte del soldador de llenar correctamente la

unión con metal.

Fusión incompleta (incomplete fusion): Discontinuidad en la soldadura, en la

que no ocurrió correctamente la fusión entre en el metal de soldadura y el metal

base o los cordones contiguos de soldadura.

Garganta (throat): La distancia más corta entre la raíz de la soldadura y la cara

de soldadura. La garganta determina el tamaño y resistencia de una soldadura de

filete.

Gases inertes: Son aquellos que no reaccionan químicamente con otros

elementos químicos para formar compuestos.

81

Gases activos: Son aquellos que bajo determinadas condiciones pueden

combinarse químicamente con otros elementos químicos del baño de fusión.

Los gases activos que tienen aplicación en soldadura son él OXIGENO, EL

DIOXIDO DE CARBONO ( CO2 ), Y ÉL HIDROGENO.

Gases tóxicos: Son todos aquellos cuyo limite de máxima concentración tolerable

durante ocho horas/dia y cuarenta horas/semana es inferior a 50 partes por millón.

Gases corrosivos: Son todos aquellos que producen una corrosión de mas de 5

mm/año en acero A-37 a una temperatura de 55º C.

Hidrogeno: Aumenta la penetración, siendo un gas eminentemente reductor, su

densidad es solo un 7% de la del aire.

El Hidrogeno es el gas más ligero pero el efecto de su bajo peso especifico es

despreciable debido a las pequeñas proporciones utilizadas en sus mezclas, se

limitan a un máximo del orden del 5%.

Inclusión de escoria (slag inclusion): Material sólido no metálico atrapado en el

metal de soldadura o entre el metal de soldadura y el metal base.

Iotización: Es el proceso por el cual un átomo neutro se carga eléctricamente por

la perdida o ganancia de un electrón.

Si el gas no se ioniza no conducirá la corriente y el proceso de soldadura por arco

eléctrico no funcionara.

El potencial de ionización no debe confundirse con la tensión de soldadura.

Lados: Distancias desde la raíz hasta el borde de la soldadura de filete. El tamaño

de la soldadura de filete se determina por la longitud de sus lados.

Llenado rápido (fast-fill): Tipo de requerimiento de unión que exige una gran

cantidad de metal de soldadura para llenar la unión.

82

Maquinar (machining): Proceso de remover metal produciendo viruta mediante el

uso de herramientas de corte.

Metal de aporte (filler metal): Tipo de metal que a veces se agrega a la unión en

la soldadura por fusión. Los metales de aporte ayudan a la resistencia y a la masa

de la unión soldad

Metal de soldadura (weld metal): Porción de la soldadura que ha sido fundida

durante el proceso de soldadura.

Mojabilidad: Es la aptitud que tiene el baño de fusión para extenderse sobre la

superficie de la pieza que sé esta soldando.

Oxidante: Es la propiedad que tienen algunos cuerpos de oxidar o ceder oxigeno.

La oxidación es un fenómeno químico que debilita notablemente las

características mecánicas de los cuerpos.

Oxigeno: Facilita la fluidez del baño, y mejora el desprendimiento de las gotas del

hilo. Él oxigeno es alrededor del 10% mas pesado que el aire, la influencia de su

densidad es limitada, debido a las pequeñas cantidades utilizadas en las mezclas

de gas, que son de un máximo del 5%.

Su principal aplicación en la soldadura es para los aceros especiales, aleados o de

alto contenido en carbono.

Penetración (penetration): Tipo de requerimiento de unión que determina cuán

profundamente el metal de soldadura se extiende hacia adentro de la unión.

Penetración completa de la unión (complete joint penetration): Penetración

del metal de soldadura a través del grosor entero del metal base en una unión con

soldadura de canal.

83

Penetración de la unión (joint penetration): Profundidad mínima hasta que una

soldadura de canal se extiende hacia dentro de la cara de una unión.

Penetración inadecuada de la unión (inadequate joint penetration): Penetración de la unión que es inferior a lo especificado en el diseño de uniones.

Esto puede resultar de calor insuficiente o de un mal control del arco.

Penetración parcial de la unión (partial joint penetration): Penetración por

parte del metal de soldadura, la cual intencionalmente no es completa.

Plano (plane): Superficie plana que se extiende de manera infinita en cualquier

dirección y en tres dimensiones.

Plasma: Es el término dado a un gas que esta formado por un conjunto de iones,

electrones libres, átomos neutros y moléculas, de tal suerte que es capaz de

conducir una corriente eléctrica, para que el plasma sea eléctricamente conductor,

él numero de partículas ionizadas debe ser superior al 5% del total de partículas

del gas.

Porosidad (porosity): Discontinuidades de tipo cavidad o burbujas formadas

cuando se atrapa gas durante la solidificación del metal de soldadura.

Preparación de la unión (joint preparation): Creación de la abertura apropiada

para una soldadura de canal antes de que se lleve a cabo la soldadura. Esto

puede incluir esmerilar o maquinar los bordes para crear el espacio apropiado.

Raíz de la soldadura (weld root): Punto en el que la parte trasera de la soldadura

hace intersección con las superficies del metal base.

Reductor: En sentido químico se dice que un cuerpo es reductor cuando éste

tiende a reducir los efectos de oxidación que tienen algunos cuerpos; en el caso

84

del Hidrogeno, reduce o absorbe él oxigeno de la mezcla para evitar la oxidación

de las soldaduras.

Resacar (gouging): Acto de sacar piezas grandes de metal con una herramienta.

Respaldo de soldadura (weld backing): Tira de metal ubicado en el lado

opuesto a la soldadura, el cual proporciona una superficie para depositar la

primera capa de metal para impedir que el metal fundido se escape a través de la

unión. Se usa un respaldo de soldadura para soldaduras de penetración completa.

Seguimiento rápido (fast-follow): Tipo de requerimiento de unión que sugiere

que el metal fundido debe seguir al arco a una velocidad rápida.

Socavado (undercut): Canal fundido dentro del material base, generalmente por

los bordes de la soldadura, lo cual produce un punto débil en la soldadura.

Soldabilidad: Es la aptitud de un material para ser soldado, los materiales

metálicos, como los aceros al carbono, aceros inoxidables, aluminios, cobres,

entre otros, según la cantidad de composiciones químicas, que lleven en sus

aleaciones, se sueldan con mayor o menor facilidad.

Soldador (welder): Persona que realiza la soldadura.

Soldadura (welding): Proceso de unión que utiliza calor, presión y/o químicos

para fundir y unir dos materiales de manera permanente.

Soldadura (weld): Mezcla de metales que une cuando menos dos piezas

separadas. Se pueden producir soldaduras aplicando calor o presión, o ambos, y

éstas pueden o no usar un metal adicional de aporte.

85

Soldadura biselada de canal (bevel-groove weld): Tipo de soldadura de canal

con un borde en forma de una soldadura de canal en “V” y otro borde que es

cuadrado. Esta soldadura requiere de menos preparación y metal de soldadura.

Soldadura cuadrada de canal (square-groove weld): Tipo de soldadura de

canal con una ligera separación en los bordes de las piezas de metal base. Esta

es la soldadura de canal más económica de preparar.

Soldadura de canal (groove weld): Tipo de soldadura que consiste en una

abertura entre las superficies de dos piezas, la cual proporciona espacio para

contener el metal de soldadura. Las soldaduras de canal se usan en todas las

uniones excepto las uniones de superposición.

Soldadura de canal en “J” (J-groove weld): Tipo de soldadura de canal con una

abertura en forma de letra "J". El borde de una pieza metálica es cóncavo y el de

la otra es cuadrado.

Soldadura de canal en “U” (U-groove weld): Tipo de soldadura de canal con

una abertura en la forma de la letra "U". Las orillas de una soldadura de canal en

“U” son cóncavas.

Soldadura de canal en “V” (V-groove weld): Tipo de soldadura de canal con

una abertura en forma de letra "V". Las soldaduras de canal en “V” requieren de

más preparación, pero menos metal de soldadura.

Soldadura de canal sencilla (single-groove weld): Soldadura que tiene una

soldadura de canal por un solo lado de la unión.

Soldadura de doble canal (double-groove weld): Soldadura que tiene dos

soldaduras de canal, una en cada lado de la unión.

86

Soldadura de filete (fillet weld): Tipo de soldadura de forma triangular y que une

dos superficies en ángulo recto entre sí, sea en una unión de superposición, sea

una unión “T” o sea una unión de esquina. Las soldaduras de filete son el tipo más

común de soldadura.

Soldadura de resistencia (resistance welding): Grupo de procesos de

soldadura que une piezas por el calor obtenido de la resistencia al flujo de

corriente eléctrica. Se aplica presión para soldar las piezas entre sí.

Soldadura en posición elevada (overhead-position welding): Posición de

soldadura utilizada para soldar desde el lado inferior de la unión. Una soldadura en

posición elevada es la posición más difícil para soldar.

Soldadura en posición horizontal (horizontal-position welding): Posición

común de soldadura usada para soldaduras de filete y de canal. Para soldaduras

de filete, la soldadura se hace en el lado superior de una superficie horizontal y

contra una superficie vertical. Para soldaduras de canal, el eje de la soldadura se

encuentra en un plano horizontal y la cara de la soldadura se encuentra en un

plano vertical.

Soldadura en posición plana (flat-position welding): Posición de soldadura

usada para soldar desde el lado superior de la unión. La cara de la soldadura es

horizontal.

Soldadura en posición vertical (vertical-position welding): Posición en la que

se hace la soldadura sobre una superficie vertical. Una soldadura en posición

vertical es más difícil que una soldadura en posición plana u horizontal.

Soldadura por arco (arc welding): Proceso de soldadura por fusión que utiliza

electricidad para generar el calor necesario para fundir los metales base.

87

Soldaduras de costura (seam welds): Tipos de soldaduras continua hecha entre

o sobre piezas metálicas traslapadas.

Soldaduras de punto (spot welds): Tipos de soldaduras hecho entre o sobre

piezas metálicas traslapadas. Generalmente se requieren de múltiples soldaduras

de punto para unir piezas.

Soldaduras de ranura (slot welds): Tipos de soldaduras hecho al unir una pieza

metálica que contiene un agujero alargado con otra pieza metálica posicionada

directamente debajo de la primera.

Soldaduras de tapón (plug welds): Tipos de soldaduras hecho al unir una pieza

metálica que contiene un agujero circular con otra pieza metálica posicionada

directamente debajo de la primera.

Solidificación rápida (fast-freeze): Tipo de requerimiento de unión que implica

que la unión está fuera de posición y requiere de solidificación rápida del metal de

soldadura.

Unión (joint): El punto de unión de dos materiales que se unen entre sí. El

proceso de soldadura crea una unión permanente.

Unión a tope (butt joint): Tipo de unión entre dos piezas metálicas que se

encuentran en el mismo plano. Una unión a tope es el tipo más común de unión.

Unión de borde (edge joint): Tipo de unión en que las superficies de dos piezas

metálicas son paralelas entre sí y en que la soldadura se hace en sus aristas u

bordes comunes.

88

Unión de esquina (corner joint): Tipo de unión entre dos piezas metálicas

posicionadas en ángulo recto entre sí. Las uniones de esquina requieren de

grandes cantidades de metal de soldadura.

Unión de superposición (lap joint): Tipo de unión entre dos partes metálicas

traslapadas en planos paralelos.

Unión T (T-joint) Tipo de unión producido cuando dos piezas metálicas son

perpendiculares entre sí, en forma de la letra "T." (joint) El punto de unión de dos

materiales que se unen entre sí. El proceso de soldadura crea una unión

permanente.

89

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA TITULO DE LA IMAGEN FIGURA 1 TIPOS BÁSICOS DE UNIONES 5 FIGURA 2 TIPOS DE SOLDADURAS 6 FIGURA 3 SOLDADURAS CON BISEL 7 FIGURA 4 SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA JUNTA SOLDADA 8 FIGURA 5 FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA CON ARCO

ELÉCTRICO 11

FIGURA 6 FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA MIG 13 FIGURA 7 EQUIPO PARA SOLDAR MIG 17 FIGURA 8 FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO

SUMERGIDO 18

FIGURA 9 EQUIPO PARA SOLDADURA CON ARCO SUMERGIDO 23 FIGURA 10 FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA TIG 25 FIGURA 11 FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO

DE PLASMA 27

FIGURA 12 FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA DE ESPÁRRAGOS

29

FIGURA 13 FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA POR RESISTENCIA

31

FIGURA 14 FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA CON OXIACETILENO

33

90

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1 COMPONENTES DE LOS FUNDENTES 21 TABLA 2 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN LA NORMA UNE36010 37 TABLA 3 CLASIFICACIÓN DE LOS ELECTRODOS 48 TABLA 4 GASES PROTECTORES 50 TABLA 5 TAMAÑO EFECTIVO DE LA GARGANTA DE SOLDADURAS DE

PENETRACIÓN PARCIAL 54

TABLA 6 TAMAÑOS MÍNIMOS EFECTIVOS DE LA GARGANTA DE SOLDADURAS DE PENETRACIÓN PARCIAL

55

TABLA 7 TAMAÑOS MÍNIMOS DE LA SOLDADURA DE FILETE 56 TABLA 8 RESISTENCIA DE DISEÑOS DE SOLDADURAS 56 TABLA 9 PROCESOS RECOMENDADOS PARA LA SOLDADURA DE METALES 71

91

ANEXO

SEGURIDAD EN EL USO DE LA SOLDADURA

Seguridad en el Uso de Soldadora Oxiacetilénica

Al trabajar con soplete o soldadura oxiacetilénica se originan una serie de riesgos

que pueden ser evitados si se conocen y se trabaja cumpliendo las normas

básicas de seguridad. A continuación enumeramos algunas de ellas.

Disposiciones para la correcta utilización de los cilindros

Las válvulas deben ser purgadas para arrastrar toda materia extraña que pueda

dañar el reductor. Si se presentan dificultades con la válvula se debe devolver el

cilindro antes de ponerlo en servicio. No se debe intentar reparar las mismas.

Los reductores para oxígeno deben ser conectados con tuercas y las de acetileno

por medio de la grampa.

Se debe usar la llave exacta para ajustar la tuerca que fija el reductor a la válvula

del cilindro, una llave inadecuada, puede redondear la tuerca, la que en esa forma

puede no quedar lo suficientemente apretada.

Un excesivo ajuste puede por el contrario dañar los filetes de la tuerca debilitando

la conexión.

La válvula del reductor debe estar cerrada antes de abrir la del cilindro.

Con la llave especial se debe abrir la válvula del cilindro de acetileno una vuelta

completa. Antes de hacerlo se debe verificar que la válvula del reductor esté

cerrada.

Se recomienda ajustar moderadamente las conexiones de las mangueras al

soplete con llave exacta.

Se debe armar el pico apropiado al trabajo que debe ejecutar cuando se trate del

soplete soldador y el pico e inyector que corresponda, cuando se trate del soplete

cortador. Se debe ser cuidadoso en el montaje de la cabeza y picos adecuados,

los malos asientos de estas piezas provocan graves retrocesos de llama.

92

Se debe probar o controlar las conexiones (reductor al cilindro, mangueras con los

reductores y con el soplete) en busca de pérdidas.

Para esta maniobra se debe utilizar agua jabonosa preparada con jabón libre de

grasas. Aplicarla con un pequeño pincel.

Se deben buscar pérdidas cuando hay problemas en las conexiones y cada vez

que se cambie de cilindro.

Si la pérdida de alguna unión subsiste después de un fuerte apriete, se debe

desconectar y reparar con un trapo limpio. De continuar se debe revisar la unión.

Cuando se crea que la manguera está dañada, se debe verificar su estanqueidad

sumergiéndola en un balde con agua. Si aparece la pérdida, se debe cortar la

parte dañada y empalmarla adecuadamente (los parches no son indicados para

evitarlas; deben ser prohibidos).

Las pérdidas pueden provocar retrocesos y explosiones prematuras y es por ello

que deben ser eliminadas.

Nunca se debe aceitar, ni engrasar el equipo oxiacetilénico de soldadura: el

oxígeno tiene afinidad por los hidrocarburos. Se evita con ello la posible

combustión espontánea causada por exposición al mismo y las consecuencias de

su explosión.

Por la misma razón nunca se debe intercambiar la manguera de aire comprimido

con la de oxígeno porque las primeras pueden contener aceite.

Se debe evitar que las mangueras sean pisadas, aplastadas por objetos pesados

o quemadas por escorias calientes.

El juego de mangueras individuales oxígeno y acetileno deben ser unidas cada 60

cm. aproximadamente para hacerlas mas manuales.

El soplete se debe colocar en un lugar seguro. No colgarlo nunca del reductor o

válvula de los cilindros y menos cuando está encendido.

Jamás se debe introducir los cilindros en espacios cerrados tales como tanques

calderas. Deben quedar siempre afuera de ellos.

Al terminar el trabajo, se debe cerrar la válvula del cilindro del oxígeno y la del

cilindro o generador de acetileno. Purgar las cañerías y sopletes. Aflojar los

93

tornillos de regulación de los reductores de presión, así no quedan mangueras y

equipos con presión.

El manipuleo de los cilindros debe ser hecho siempre con cuidado especialmente

con bajas temperaturas. No golpearlos ni exponerlos al calor.

Disposiciones para la seguridad del operador

No se debe engrasar los guantes, cuando se endurezcan, deben ser

reemplazados.

El operador debe vestir ropas exentas de grasitud. La ropa engrasada expuesta al

oxígeno arde rápidamente. Si están rasgadas o deshilachadas facilitan aún más

esta posibilidad.

Nunca se debe encender el soplete con fósforos. Con la llave de acetileno del

soplete abierta el gas que sale de su pico puede formar mezcla explosiva en torno

de la mano que tiene el fósforo.

Debe encenderse el soplete, abriendo primero el robinete de oxígeno y luego el de

acetileno.

Tampoco debe reencender el soplete apagado valiéndose del metal caliente, pues

no siempre enciende instantáneamente; dando lugar a la acumulación de gas que

inflama violentamente.

Para encender el soplete lo mejor es utilizar una llama piloto. Esta forma de

encendido puede prevenir terribles quemaduras.

El área donde se emplee el soplete debe ser bien ventilada para evitar la

acumulación de las emanaciones.

Mientras se suelde no tener fósforos ni encendedor en los bolsillos.

Antes de cortar una pieza de hierro o acero se debe asegurar de que no vayan a

caer escorias en algún lugar poco accesible donde puedan causar un principio de

incendio.

El corte de recipientes cerrados lleva provocados muchos accidentes. En la

mayoría de los casos pueden ser llenados con agua para desalojar los posibles

94

gases que puedan contener y ventilar el lugar de corte para contrarrestar el

calentamiento del aire interior.

Durante el funcionamiento de un soplete cortador, una parte del oxígeno con el

que se lo alimenta es consumida por oxidación del metal, el excedente retorna a la

atmósfera. Un trabajo de oxicorte realizado en un local de dimensiones pequeñas

puede enriquecer peligrosamente la atmósfera, lo que podría ocasionar accidentes

muy graves por asfixia.

Las explosiones prematuras o retrocesos pueden ser causados por

recalentamiento del pico, por tocar el trabajo con el pico, por trabajar con

presiones incorrectas; por suciedad u obstrucción. La llama se produce en el

interior originando un ruido semejante a un silbido. Esta recalentará la boquilla o

quemará la manguera. Cuando esto ocurra, cierre las llaves del soplete

empezando por la de acetileno. Si el retroceso destroza las mangueras y origina

incendio cierre con cuidado la válvula del cilindro de acetileno primero y la del de

oxígeno después.

El retroceso no hace más que poner de manifiesto un mal procedimiento o el mal

funcionamiento del equipo.

Nunca se debe dejar en el suelo el soplete encendido. En pocos segundos se

apaga y para reencenderlo se debe prevenir contra una explosión, pues existe el

riesgo de formar mezcla explosiva.

Los trabajos de soldadura y de corte se hacen a temperaturas que sobrepasen en

muchos grados a la de inflamación de los metales. De aquí que es importante

tener cerca un extintor portátil para enfriar.

Acostumbrar al personal a dar parte de los peligros tan pronto como lo vea. No

interesa si estaba antes de venir a trabajar. Es importante poner en conocimiento

del superior, deficiencias en el equipo, elementos mal guardados, pasillos

bloqueados, etc.

Se debe mantener el lugar de trabajo tan limpio como sea posible. De esa forma

se puede eliminar muchos riesgos guardando los distintos elementos, incluidos los

desperdicios, en recipientes adecuados.

95

Utilice los siguientes equipos e instalaciones de seguridad:

• Ropa de trabajo.

• Delantal de cuero de descarne.

• Guantes, mangas o sacos de cuero de descarne.

• Polainas de cuero.

• Botines de seguridad.

• Máscara o pantalla facial con mirillas volcables, o pantallas de mano

para soldadura.

• Protección respiratoria (barbijo para humos de soldadura).

• Biombo metálico.

• Matafuego.

Lo que nunca se debe de hacer

No usar jamás oxígeno en lugar de aire comprimido en las aplicaciones

específicas de este gas (sopletes de pintar, alimentación de herramientas

neumáticas, etc.) Las consecuencias serán siempre gravísimas.

Nunca usar oxígeno o cualquier otro gas comprimido para enfriar su cuerpo o

soplar en polvo de su ropa.

Nunca usar el contenido de un cilindro sin colocar el correspondiente reductor de

presión.

Nunca lubricar las válvulas, reductor, manómetros y demás implementos utilizados

con oxígeno, ni tampoco manipulearlos con guantes o manos sucias de aceite.

Nunca permitir que materiales combustibles sean puestos en contacto con el

oxígeno. Este es un gas no inflamable que desarrolla la combustión intensamente.

Reacciona con grasas y lubricantes con gran desprendimiento de calor que puede

llegar a la auto-inflamación. En otros casos basta una pequeña llama para

provocarla.

96

Nunca utilice un cilindro de gas comprimido sin identificar bien su contenido. De

existir cualquier duda sobre su verdadero contenido devuélvalo inmediatamente a

su proveedor.

Nunca permita que los gases comprimidos y el acetileno sean empleados, por

personas inexpertas. Su uso requiere personal instruído y experimentado.

Nunca conecte un regulador sin asegurarse previamente que las roscas son

iguales.

Nunca fuerce conexiones que no sean iguales.

Nunca emplee, reguladores, mangueras y manómetros destinados al uso de un

gas o grupo de gases en particular en cilindros que contengan otros gases.

Nunca trasvase gas de un cilindro a otro, por cuanto dicho procedimiento requiere

instrucción y conocimiento especializados.

Nunca utilice gases inflamables directamente del cilindro sin reducir previamente

la presión con un reductor adecuado.

Nunca devuelva el cilindro con su válvula abierta. Esta debe ser cerrada

cuidadosamente cualquiera sea el gas que contenga. Coloque también la tapa de

protección.

Seguridad en la Soldadura Eléctrica

Los equipos de soldadura eléctrica son muy utilizados en la industria, tanto en

puestos fijos de trabajo como en operaciones de soldadura en obras.

Como cualquier otra actividad industrial, la soldadura eléctrica presenta ciertos

riesgos que, por conocidos, pueden evitarse perfectamente si se observan unas

sencillas normas de seguridad en lo que se refiere a:

La correcta conexión del equipo a utilizar.

Verificación y conservación de los cables conductores.

El manejo y cuidado del equipo.

97

La realización correcta de las operaciones.

Manejo y transporte del equipo de soldar

Los equipos deben desconectarse de la red, antes de ser trasladados e, incluso,

cuando van a ser limpiados o vayan a repararse.

Los cables de conexión a la red, así como los de soldadura, deben ser enrollados

prolijamente para ser transportados. Cuando los cables del equipo opongan

resistencia a su manejo, no se debe tirar de ellos, tampoco deben ser arrastrados

para ser transportados, de esta manera se pueden producir roturas o el desgaste

de los mismos.

Conexión segura del equipo de soldar

En el equipo deben distinguirse un circuito primario y un circuito secundario. Las

conexiones del equipo a la red (circuito primario) deben ser realizadas por un

especialista eléctrico. En la soldadura eléctrica por arco, la tensión de trabajo es

solo de 15 a 40 voltios aproximadamente, sin embargo, la tensión cuando el

equipo trabaja en vacío, es decir , sin establecer el arco, puede ser mucho mayor.

Por esta razón los cables en mal estado constituyen un gran riesgo, incluso en los

circuitos secundarios.

Debido a la razón anteriormente mencionada es aconsejable que el soldador

revise el aislamiento de los cables antes de comenzar la tarea y eliminar los que

se encuentren dañados o en mal estado. Solo se debe utilizar cables y empalmes

en perfecto estado de conservación.

Durante la operación debe estar correctamente conectado el cable de masa. Si los

bornes de la máquina no se encuentran bien aislados o, el equipo está tocando un

cable de soldadura deteriorado, es posible que la tensión en vacío se transmita a

la carcasa del equipo y al conductor de puesta a tierra conectado a ella.

En algunos casos los conductores de puesta a tierra de las herramientas eléctricas

utilizadas cerca de los equipos de soldar suelen calentarse tanto (por efecto de las

98

corrientes inducidas por la soldadura) que llegan a fundirse sin que se note. Por

ese motivo es necesario:

Conectar directamente el cable de masa sobre la pieza a soldar.

Utilizar herramientas eléctricas que tengan doble aislamiento.

Colocar un aislante intermedio cuando la pieza a soldar se encuentra

colgada.

Se debe también cortar la corriente antes de realizar cualquier manipulación sobre

la máquina, incluso moverla. No se debe dejar conectada la máquina cuando se

suspenda el trabajo o se realice un descanso.

Además no se debe permitir que los cables descansen sobre charcos, superficies

calientes, rebordes filosos, etc, o cualquier otro lugar que perjudique su

aislamiento.

Se debe evitar que los cables sean pisados por vehículos, o que las chispas de la

soldadura caigan sobre ellos. Los cables no deben cruzar una vía de circulación

sin estar protegidos mediante apoyos de paso.

Protección personal

Para evitar electrocuciones es necesario evitar que la tensión en vacío descargue

por el cuerpo del soldador. Por lo tanto se debe:

Llevar puestos los guantes protectores.

Cambiar los mangos en mal estado, tanto de la pinza como del equipo de soldar.

Utilizar guantes al colocar el electrodo y , además, al desconectar la maquina.

No apoyar la pinza sobre materiales conductores, siempre sobre materiales

aislantes.

Además de los peligros propios de la electricidad existen otros riesgos, por

ejemplo los efectos de las radiaciones. Para evitar este peligro el soldador debe

utilizar pantalla protectora con cristales absorbentes.

99

Es conveniente comprobar que la pantalla no presente roturas que permitan el

paso de la luz, y que el cristal contra radiaciones sea el conveniente de acuerdo a

la intensidad o diámetro del electrodo. Para realizar el pulido de la soldadura debe

utilizarse gafas protectoras.

Hay que tener presente que no solo el soldador es el que esta expuesto a los

peligros de las radiaciones, los ayudantes también deben utilizar las pantallas

protectoras.

Tomar en cuenta que los rayos ultravioletas pueden producir ampollas cuando

actúan durante mucho tiempo sobre la piel desnuda, por este motivo se aconseja

nunca trabajar con las mangas arremangadas.

Para proteger los puestos de trabajo cercanos deben utilizarse pantallas metálicas

protectoras que encierren al soldador.

El equipo de protección personal del soldador debe estar compuesto por:

Pantalla de protección de cara y ojos.

Guantes de manga larga.

Mandil de cuero.

Polainas de apertura rápida.

Calzado de seguridad.

Delantal de cuero.

Protección respiratoria.

Se debe evitar soldar con la ropa manchada con grasa, solventes, o cualquier

sustancia inflamable. Además hay que tener presente que la ropa húmeda se

convierte en conductora.

Se recomienda utilizar calzado aislante o dieléctrico cuando se este soldado sobre

pisos metálicos.

Los humos de soldadura contienen sustancias tóxicas cuya inhalación puede ser

nociva, por este motivo se debe soldar siempre en lugares bien ventilados y, si es

necesario, disponer de sistemas de extracción localizada.

100

También es preciso tener en cuenta que ciertos solventes (como el tricloroetileno y

el percloroetileno) se descomponen por la acción del calor formando un gases

asfixiantes.

Soldadura en recintos cerrados

Para realizar trabajos de soldadura en recintos cerrados hay que tener en cuenta

ciertos aspectos:

Eliminar los gases y vapores de la soldadura.

Comprobar que la ventilación sea buena.

Nunca se debe ventilar con oxígeno.

Usar ropa difícilmente inflamable.

No utilizar ropa de fibras artificiales fácilmente inflamables.

Soldar con corriente continua, dado que esta es menos peligrosa que la

alterna.