1

Unidad III

SOLDADURA

1era PARTE

Profesor : Hernn Jaime Marchant

VIRTUOSISMO DE LA SOLDADURA

Soldadura: proceso utilizado para: unir,

reparar, revestir, recuperar y fabricar piezas,

mediante calor y/o presin.

Utilizado ampliamente en: minera, transporte

de fluidos, construccin, recubrimientos,

petroqumicas, papel y celulosa, rea del

petrleo, nuclear, aeronuticas y

aeroespaciales, entre otras.

2

DEFINICIN DE

SOLDADURA SEGN LA AWS

3

Soldadura (American Welding Society): es

una coalescencia localizada de metales o no

metales, que se produce con o sin

calentamiento hasta temperaturas adecuadas

del material (es), con o sin aplicacin de

presin y con o sin el uso del metal de aporte

Coalescer : crecer juntos en un solo cuerpo

CICLOS TRMICOS

4

reas de accin y la

Responsabilidad en la Soldadura

Diseo de maquinas, estructuras y equipos;

construccin y reparacin de los mismos,

Propiedades de los materiales disponibles,

Procesos, procedimientos y equipamiento de la

industria de la soldadura,

La inspeccin para mantener la calidad y

asegurar la salud de la unin soldada.

5

ACCIONES PREVIAS

Preguntas frecuentes:

El diseo es el adecuado para una buena respuesta de la

soldadura a los esfuerzos a los que va a ser sometida?

El material elegido es el apropiado para el servicio que debe

prestar?

El proceso, el procedimiento y los equipos de soldadura son los

adecuados para asegurar la calidad de la soldadura?

Qu temperatura de precalentamiento utilizar?

Qu electrodo utilizar? Y Otras

Al discutir esta y otras preguntas

normalmente el ingeniero se refiere a la

soldabilidad de los materiales.

6

SOLDABILIDAD

Qu es soldabilidad?

Es la capacidad que tiene un material de ser soldado y

lograr que la respuesta sea satisfactoria en las

condiciones de servicio.

7

SOLDABILIDAD

En la practica se considera que un material

posee buena soldabilidad, si al soldarlo a

escala de fabricacin industrial, se logra que

la respuesta sea satisfactoria y adecuada

para el tipo y nivel de esfuerzos mecnicos a

los que estar sometida en las condiciones

de servicio.

8

FACTORES A CONSIDERAR PARA

CONSEGUIR BUENA SOLDABILIDAD

l termino buena soldabilidad tiene que ver con:

- Un procedimiento de soldadura calificado,

- Evitar un medio ambiente daino o agresivo,

- la composicin qumica del material,

- el diseo y tamao de la junta.

Si alguno de estos factores no es el adecuado para el

buen funcionamiento y desempeo de la unin soldada,

sta puede terminar fallando.

9

FUNDAMENTOS DE LA SOLDADURA

Las fuerzas atractivas y repulsivas entre los tomos logran un

equilibrio para una distancia interatmica de equilibrio determinada

a0 que corresponde a la posicin de mnima energa total y con una

fuerza neta entre las partculas igual a cero

10

Metales en contacto ligero

11

Metales en contacto fuerte

Factores Para la Coalescencia

Lo importante para producir una perfecta

coalescencia es que se dispersen o remuevan

las pelculas no metlicas de las reas a soldar

y que se alcance la distancia de equilibrio entre

los tomos en la superficie en contacto

12

Mecanismos que Producen una Unin Metlica

La unin en estado slido, que requiere de

fuerzas externas para lograr la coalescencia, con

una gran deformacin plstica.

La unin con fusin y solidificacin epitaxial, que

requiere que un metal fundido sea mantenido en

contacto con un metal slido durante un tiempo

adecuado para fundir parcialmente la superficie

del metal base y luego solidificar

Difusin, y

Capilaridad

13

CLASIFICACIN DE LOS PROCESOS

Clasificacin de los procesos de soldadura a

partir de los mecanismos que la provocan:

Soldadura por presin,

Soldadura por fusin,

Soldadura por difusin,

Soldadura por difusin y capilaridad

14

Clasificacin de la Soldadura de acuerdo

al Mecanismo Correspondiente

15

SOLDADURA POR PRESIN

Las fuerzas aplicadas a los materiales a unir

tienen que superar los esfuerzos de fluencia

de estos y logran la fragmentacin,

distribucin o eliminacin de las capas no

metlicas superficiales, logrando de esta

manera que los tomos de la superficie

logren la distancia de equilibrio en lo posible

de toda la cara en contacto, alcanzando as

la coalescencia.

16

SOLDADURA POR PRESIN

17

SOLDADURA POR PRESIN

18

Soldadura por Presin -Fusin (resistencia elctrica)

19

Soldadura por Fusin

Metal lquido funde la capa superficial de un metal slido

(film no metlico) y parcialmente los granos

superficiales, los cuales sirven de sustrato nucleante,

dando lugar a una nucleacin epitaxial.

Nucleacin epitaxial, la orientacin cristalina y el

espaciado interatmico, son continuos a travs de la

interfaz slido-lquido, logrndose de esta manera la

coalescencia.

20

CICLOS TRMICOS Y ZONAS AFECTADAS EN

LA UNIN SOLDADA POR FUSIN

Ciclos trmicos provocan las distintas zonas:

Zona fundida

Zona fundida no mezclada

Zona parcialmente fundida

Zona afectada trmicamente

(ZAT)

Metal base

Al fallar cualquiera de estas zonas, la unin soldada fallar

21

NUCLEACIN Y CRECIMIENTO

DE GRANOS

22

Crecimiento epitaxial: crecimiento del slido a partir del

sustrato nucleante que son los semigranos fundidos del

metal base, siendo importante la direccin preferencial de

crecimiento de estos granos y la direccin de la extraccin

calrica

Clasificacin de la Soldadura por Fusin

23

Soldadura por

Fusin

Heterognea Soldadura Blanda (soldering)

Soldadura Dura (braze y brazing)

Homognea

Con Material de Aporte Autgena

GTAW

Plasma

OFW Alambre Fro

GTAW

Haz de Electrones

Plasma

Electrodo Consumible

Gas Protector SMAW rev. Orgnico

GMAW

Fundente SMAW rev. Mineral

FCAW

SAW

Soldaduras Heterogneas

Se caracterizan por que el metal base tiene composicin

qumica y propiedades mecnicas distintas al metal de

aporte y de acuerdo a la temperatura de fusin del metal

de aporte se clasifica en:

Soldadura blanda: soldering (mecanismo por difusin)

Soldadura dura:

braze (mecanismo difusivo)

brazing. (mecanismo combinado capilaridad-

difusin)

24

CONCEPTOS DE SOLDERING, BRAZE

Y BRAZING Soldadura blanda (soldering) son procesos de soldadura en que

se produce la coalescencia por calentamiento a temperaturas

adecuadas para lograr la difusin del metal de aporte que tiene un

punto de fusin inferior a los 450C e inferior a la temperatura

solidus del metal base (metales de aporte aleaciones de plomo y

estao). El metal de aporte se distribuye por capilaridad entre las

superficies en contacto.

Soldadura dura (braze y brazing) son procesos de soldadura en

que la coalescencia que se produce por calentamiento a

temperaturas adecuadas y mediante el uso de metal de aporte con

un punto de fusin superior a los 450C, e inferior a la temperatura

solidus del metal base (aleaciones de plata, cobre y cinc). El metal

de aporte se puede o no distribuir por capilaridad entre las

superficies en contacto.

25

CONCEPTOS DE SOLDERING,

BRAZE Y BRAZING

BRAZE: el metal de aporte alcanza la distancia de

equilibrio con el metal base mediante difusin NO se

distribuye por capilaridad entre las superficies en

contacto,

BRAZING: el metal de aporte alcanza la distancia de

equilibrio con el metal base mediante difusin y se

distribuye por capilaridad entre las superficies en

contacto.

26

Fundamentos de Soldaduras Heterogneas

DIFUSIN:

Se produce al poner un slido en contacto con una

atmsfera rica en algn elemento que por efecto de su

electroafinidad y el tamao de los tomos es capaz, en

presencia de temperatura y tiempo, de penetrar las

primeras capas del slido, produciendo la coalescencia.

CAPILARIDAD:

Es la capacidad del liquido para ascender en un

tubo debido a la tencin superficial. La accin capilar en

soldadura se define como la fuerza mediante la cual un

liquido, en contacto con un slido se distribuye entre las

superficies de contacto ntimamente cercanos y fijas en

empalme unido en soldadura fuerte.

27

ESQUEMA DE CAPILARIDAD EN SOLDADURA

HETEROGNEA

28

Interaccin Gas-Lquido

29

Interaccin

Gas Lquido.

Solubilidad

del hidrogeno

en el Hierro.

Interaccin Gas-Lquido

30

Interaccin

Gas Lquido.

Solubilidad

del hidrogeno

en aleaciones

binarias de

Hierro.

1.592C

Interaccin Gas-Lquido

31

Interaccin

gas liquido.

Distribucin

del hidrogeno

en funcin

del tipo de

electrodo Rutilo

Bsico

Funcin del Recubrimiento

El recubrimiento tiene muchas funciones. Sin recubrimiento o

revestimiento, el metal fundido se combinara con el oxigeno y

nitrgeno del aire. Por tanto, es necesario proteger el material de

aporte as como el metal base fundido que se suelda.

La mezcla del material base fundido y el metal del electrodo cuando se

solidifica forma la soldadura en s. El recubrimiento de los electrodos

suministra un gas protector que evita la contaminacin de la soldadura.

Las principales funciones de los recubrimientos de los electrodos son:

- Reducir al mnimo la contaminacin del metal de soldadura con el

oxgeno y nitrgeno del aire.

- Compensar las prdidas de ciertos elementos durante la

transferencia del metal a travs del arco, porque el recubrimiento

incluye aleaciones.

- Concentrar el arco en una zona especfica porque forma una taza o

copa en la punta de electrodo, que se debe a la fusin ms lenta del

recubrimiento.

32

Tamao Electrodo y Amperaje

33

El dimetro del electrodo que se debe utilizar depende de diversos

factores:

- El espesor del metal.

- Preparacin de los bordes o filos de la unin.

- La posicin de la unin (plana, vertical, sobre cabeza).

- La pericia del soldador.

El amperaje que se utilice depender de:

- Tamao del electrodo seleccionado.

- El tipo de recubrimiento del electrodo.

- La fuente de potencia (ca, ccpi, ccpd).

Posicin del Electrodo

34

El electrodo se mantiene siempre

en una posicin simtrica

respecto a las superficies a unir.

En un plano que atraviesa la

bisectriz del ngulo formado por

las piezas y por la recta a lo largo

de la cual va depositado el

cordn de soldadura. El electrodo

avanza ligeramente inclinado con

respecto a la direccin de

avance, formando el ngulo entre

70 y 80.

Velocidad del Electrodo

35

Se debe mantener la velocidad correcta si se quiere obtener una buena

soldadura. La velocidad de avance debe ser de una forma constante y de

acuerdo al tipo de cordn que se desee obtener. La velocidad de recorrido o

de desplazamiento es la rapidez con la que el electrodo se desplaza a lo largo

de la unin. La velocidad de recorrido correcta es aquella que produce una

franja de soldadura con perfil y aspecto correctos, como se muestra en cordn

A de la siguiente figura. Efectos del Amperaje, la

longitud del arco y la

velocidad del recorrido al

soldar. A) amperaje,

longitud de arco y

velocidad de recorridos

CORRECTOS.

B) amperaje demasiado

bajo. C)

amperaje demasiado alto.

D) arco demasiado corto. E)

arco demasiado largo. F)

velocidad de recorrido

demasiado lento. G)

velocidad de recorrido

excesiva.

Velocidad del Electrodo

36

Son varios los factores que determinan cul debe ser la velocidad correcta:

- Tipo de corriente de soldadura, amperaje y polaridad.

- Posicin de soldadura.

- Rapidez de fusin del electrodo.

- Espesor del material.

- Condicin de la superficie del metal base.

- Tipo de unin.

- Manipulacin del electrodo.