curso básico de soldadura itm 2014

[ ]Procesos de soldadura por arco eléctrico, de acuerdo a la especificación de AWS.

2014

[Escriba el nombre de la compañía]

Ma. Luisa Medina

Curso básico de soldadura 2014

OBJETIVO

El participante conocerá los principios básicos de soldadura como la interpretación de su

nomenclatura por AWS y el código ASME sección IX para recipientes a presión.

INTRODUCCIÓN

El acero siendo el principal producto siderúrgico, tiene un amplio rango de aplicaciones en

ingeniería, debido a sus elevadas propiedades mecánicas, sus reducidos cosos y su capacidad de

abastecimiento. Su amplio campo de aplicación se debe a su gran capacidad de soldabilidad, así

como para ser mecanizado y formado; el mismo que abarca la industria metal mecánica,

automotriz, aeroespacial, ferroviaria, naval, en la fabricación de maquinaria y componentes entre

otras.

Existen diversos procesos de soldadura, los que difieren en el modo en que se aplica la energía

para hacer la unión. En algunos métodos se calientan las partes de metal hasta su punto de fusión

y se unen entre si, o se alientan a una temperatura inferior a su punto de fusión y se unen con un

metal fundido como relleno ( material de aporte. Otro método es calentar hasta que se ablanden

lo suficiente hasta que pueden ser unidos por martilleo.

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SEGURIDAD EN SOLDADURA AL ARCO

Cuando se realiza una soldadura al arco, durante la cual ciertas partes conductoras de energía eléctrica están al descubierto, el operador tiene que observar con especial cuidado las reglas de seguridad, a fin de contar con la máxima protección personal y también proteger a las otras personas que trabajan a su alrededor

En la mayor parte de los casos, la seguridad es una cuestión de sentido común. Los accidentes en soldadura pueden evitarse si se cumplen las siguientes reglas:

Protección personal

Siempre utilice todo el equipo de protección necesario para el tipo de soldadura a realizar. El equipo consiste en:

• Careta de soldar

• Guantes de cuero

• Delantal de cuero

• Polainas y casaca de cuero

• Zapatos de seguridad

• Gorro para soldar

• Lentes claros

• Escafandra

CONCEPTOS

Física del arco Eléctrico. Un arco eléctrico puede ser definido como un conductor gaseoso que transforma energía eléctrica en calorífica

La corriente es por tanto transportada a través de un plasma constituido por gas ionizado el cual está compuesto por electrones e iones.

Arco eléctrico. El arco eléctrico es el paso estable de corriente eléctrica entre dos polos de diferente signo, acompañado de un destello luminoso y gran desprendimiento de calor.

Concepto de Soldadura. La soldadura es un proceso para la unión de dos metales por medio de calor y/o presión y se define como la unión metalúrgica entre los átomos del metal a unir y el de aporte.

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Concepto de Soldar. Es la operación consistente en unir dos piezas metálicas mediante el calor, bien por el aporte de un metal distinto que se funde o bien por la fusión de las propias piezas.

Soldabilidad. Es la mayor o menor facilidad con que un metal permite que se obtengan soldaduras sanas y homogéneas, que respondan a las necesidad para las que fueron concebidas incluyendo códigos de fabricación.

Corriente alterna. Es aquella en que la que la intensidad cambia de dirección periódicamente en un conductor. Como consecuencia del cambio periódico de polaridad de la tensión aplicada en los extremos de dicho conductor.

Corriente directa y corriente continua. La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM).

Amperaje. Es la fuerza o la potencia en una corriente eléctrica circulando entre dos puntos, estos son el negativo y el positivo a través de un conductor o cable eléctrico. La corriente eléctrica circula del negativo hacia el positivo.

Voltaje o tensión. Es la diferencia de potencial, se le denomina a la fuerza electromotriz (FEM) que ejerce una presión o carga en un circuito eléctrico cerrado sobre los electrones, completando con esto un circuito eléctrico. Esto da como resultado el flujo de corriente eléctrica.

Proceso Soldering consiste en realizar uniones en las que el metal de aporte tiene un punto de fusión inferior a 450°C. La unión se produce por mecanismos de difusión de los átomos del metal de aporte con los de los metales base generando una interfase de unión entre ambos materiales.

Proceso Brazing. Consiste en la unión de los metales mediante calor la aportación de una varilla matálica. La varilla de aporte debe de tener un punto de fusión sobre los 450°.

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SIN FUSIÓN

Se basa en calentar los metales hasta una temperatura inferior a su punto de fusión y unirlos con un metal de aporte fundido, o calentarlos hasta que están blandos para martillarlos o unirlos con presión entre si.

CON FUSIÓN

Se calientan dos piezas de metal (metal base y metal de aporte) hasta que se derriten y se funden entre si.

Proceso Manual con Electrodo Revestido (SMAW)

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Proceso de Soldadura manual con electrodo revestido o también conocido como Shielded Metal Arc Welding (SMAW), se define como el proceso en que se unen dos metales mediante una fusión localizada, producida por un arco eléctrico entre un electrodo metálico y el metal base que se desea unir.

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Arco eléctrico del proceso SMAW

Equipo del proceso SMAW


Funciones del revestimiento

• Producir gases protectores para evitar la contaminación atmosférica y gases ionizantes para dirigir y mantener el arco.

• Producir escoria para proteger el metal ya depositado hasta su solidificación.

• Suministrar materiales desoxidantes, elementos de aleación y hierro en polvo.

NOMENCLATURA DE LOS ELECTRODOS

Se especifican cuatro o cinco dígitos con la letra E al comienzo, detallados a continuación:

E XXYZ - 1 HZR

donde, E, indica que se trata de un electrodo para soldadura eléctrica manual;

XX, son dos dígitos (ó tres si se trata de un número de electrodo de cinco dígitos) que designan la mínima resistencia a la tracción, sin tratamiento térmico post soldadura, del metal depositado, en Ksi (Kilo libras/pulgada2, como se indican en los ejemplos siguientes:

E 70XX ... 70000 lbs/pulg2 mínimo (70 Ksi)

E110XX ... 110000 lbs/pulg2 mínimo (110 Ksi)

Y, el tercer dígito indica la posición en la que se puede soldar satisfactoriamente con el electrodo en cuestión. Así si vale 1 (por ejemplo, E6011) significa que el electrodo es apto para soldar en todas posiciones (plana, vertical, techo y horizontal), 2 si sólo es aplicable para posiciones planas y horizontal; y si vale 4 (por ejemplo E 7048) indica que el electrodo es conveniente para posición plana, pero especialmente apto para vertical descendente.

Z, el último dígito, que está íntimamente relacionado con el anterior, es indicativo del tipo de corriente eléctrica y polaridad en la que mejor trabaja el electrodo, e identifica a su vez el tipo de revestimiento.

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Parámetros eléctricos E-6013


Parámetros eléctricos E- 7018


Polaridad.

Si el cable del porta-electrodo es conectado al polo negativo (-) de la fuente de poder y el cable de tierra

al polo positivo (+), el circuito es denominado POLARIDAD DIRECTA.

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Cuando el cable del porta-electrodo es conectado al polo positivo (+) de la fuente de poder y el cable

de tierra al polo negativo, el circuito es denominado POLARIDAD INVERTIDAD.

Tipo de posiciones de soldadura y tipos principales de juntas.

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Angulo de inclinación, para soldaduras de filete.


Precalentamiento.

Un factor que controla la microestructura de la zona afectada por calor (ZAC), es su

velocidad de enfriamiento, esta velocidad depende de los espesores del material base, la

geometría de la unión, el calor aportado y la temperatura de precalentamiento.

La velocidad de enfriamiento puede entonces ser usada, dentro de cierto rango, para

prevenir la formación de microestructuras peligrosas en la ZAC. Por efecto de la velocidad de

enfriamiento pueden originarse en el acero estructuras metalúrgicas de elevada dureza y, en

casos extremos, provocar una transformación directa de austenita a martensita.

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Angulo de inclinación, para soldaduras en posición plana.


Proceso TIG (Tungsten Inert Gas) o GTAW (Gas Tungsten Arc welding)

Es un sistema de soldadura al arco con protección gaseosa que utiliza el intenso calor de un arco

eléctrico generando entre un electrodo de tungsteno no consumible y la pieza a soldar, donde

puede o no utilizarse metal de aporte.

Se utiliza un gas de protección cuyo objetivo es desplazar el aire, para eliminar la posibilidad de

contaminación de la soldadura por el oxígeno y nitrógeno presentes en la atmósfera.

Como gas protector se puede emplear argón o helio, o una mezcla de ambos.

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Cuando se necesita alta calidad y mayores requerimientos de terminación, se hace necesario

utilizar el sistema TIG, para lograr soldaduras homogéneas, de buena apariencia.

El tipo de corriente y polaridad más utilizado con este proceso es por tanto la corriente continua y

polaridad directa (CC-).

La utilización de corriente continua en polaridad directa (CC-) origina una mayor penetración y

consecuentemente permite velocidades de soldadura más elevadas placas de elevado espesor. En

soldadura de aluminio y magnesio deberá ser utilizada la polaridad inversa.

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Muestra el principio del arco eléctrico


Aplicaciones del proceso

Este proceso es aplicable a cualquier tipo de material, como aluminio, acero inoxidable, acero al

carbono, hierro fundido, cobre, níquel, magnesio, etc.

Especialmente apto para unión de metales de espesores delgados, desde 0.5 mm. Ejemplo

tuberías estanques, etc. Se utiliza también en uniones de espesores mayores, cuando se requiere

calidad y buena terminación de soldadura

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Equipo de proceso TIG.


NOMENCLATURA DEL PROCESO TIG.

Electrodo / Varilla de aporte

ER 70 S - 6

E = Electrodo

R= Varilla, S = tipo Sólido

70 = 70000 lb/pulg2 (480 MPa) Resistencia a la tensión mínima

6 = Composición química del depósito.

Soldadura por arco de metal y gas (GMAW)

Proceso de Soldadura MIG-MAG, metal inert gas - metal active gas (GMAW)

El proceso MIG es definido por la AWS como un proceso de soldadura al arco, donde la fusión se produce por calentamiento con un arco entre un electrodo de metal de aporte continuo y la pieza, donde la protección del arco se obtiene de un gas suministrado en forma externa, el cual protege el metal líquido de la contaminación atmosférica y ayuda a estabilizar el arco.

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Principio del arco eléctrico GMAW


El sistema MIG posee cualidades importantes al soldar aceros entre las que sobresalen:

• El arco siempre es visible para el operador.

• La pistola y los cables de soldadura son ligeros, haciendo muy fácil su manipulación.

• Es uno de los más versátiles entre todos los sistemas de soldadura.

• Rapidez de deposición

• Alto rendimiento

• Posibilidad de automatización.

El sistema MIG requiere del siguiente equipo:

1. Una máquina de soldadura.

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

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

4. Un gas protector, para evitar la contaminación del baño de soldadura.

5. Un carrete de alambre de tipo y diámetro especifico.

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Sistema de clasificación del alambre para proceso MIG

La AWS clasifica los alambres sólidos, usando una serie de números y letras. Para aceros al carbono, la clasificación está basada en las propiedades mecánicas del depósito de soldadura y su composición química.

Una típica clasificación de electrodos MIG para soldadura de acero es:

ER-70S-6

• La letra E indica electrodo

• La letra R indica varilla

• Los dos (o tres) dígitos siguientes indican la resistencia a la tracción en miles de libras /pulg2 o decenas de megapascales según se use el sistema de unidades inglés o métrico respectivamente.

• La letra S indica que el tipo de alambre es sólido.

• El dígito, o letra y dígito indica la composición química especial del electrodo.

Así, ER-70S-6 indica un electrodo-varilla, sólido, con una resistencia mínima a la tracción de 70.000 lb/pulg2 ó con una resistencia mínima a la tracción de 480 Mpa.

Transferencia metálica.

En soldadura MIG, las gotas de metal fundido son transferidas a través del arco, desde un alambre - electrodo alimentado continuamente, a la zona de soldadura.

Existen tres formas de transferencia metálica:

• Transferencia “Spray “ó de Rocío.

• Transferencia “Globular”

• Transferencia por “Corto Circuito”

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Transferencia Spray

El metal es transportado a alta velocidad en partículas muy finas a través del arco. La fuerza electromagnética es bastante fuerte para expulsar las gotas desde la punta del electrodo en forma lineal con el eje del electrodo, sin importar la dirección a la cual el electrodo está apuntado. Se tiene transferencia spray al soldar, con argón, acero inoxidable y metales no ferrosos como el aluminio.

Transferencia globular

El metal se transfiere en gotas de gran tamaño. La separación de las gotas ocurre cuando el peso de éstas excede la tensión superficial que tiende a sujetarlas en la punta del electrodo. La fuerza electromagnética que actuaría en una dirección para separar la gota, es pequeña en relación a la fuerza de gravedad en el rango de transferencia globular (≥250 Amp). La Transferencia globular se utiliza para soldar acero al carbono en espesores mayores de 13 mm, en que se requiere gran penetración.

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Transferencia por corto circuito.

El metal no es transferido libremente a través del arco, sino que se deposita. Cuando la punta del electrodo toca el metal base. Los cortos circuitos producidos por el contacto del electrodo con el baño de fundido, ocurren con mucha regularidad, hasta 200 o más veces por segundo. El resultado final es un arco muy estable usando baja energía (≤ 250 Amp) y bajo calor. El bajo calor reduce al mínimo la distorsión, deformación del metal y otros efectos metalúrgicos perjudiciales. Esta transferencia metálica se obtiene en presencia de dióxido de carbono (CO2) o una mezcla de (Ar-CO2).

Proceso tubular con núcleo de fundente Flux cored arc welding (FCAW)

La soldadura al arco con núcleo de fundente (FCAW), conocido como proceso tubular con núcleo de fundente, es un proceso de soldadura que aprovecha el arco eléctrico entre un electrodo continuo de metal de aporte y el metal base. Sin embargo de igual forma puede ir con o sin ayuda de una protección externa gaseosa.

El aspecto que distingue al proceso tubular (FCAW) de otros procesos de soldadura por arco es la incorporación de componentes en el fundente dentro de un electrodo de alimentación continua.

Características principales

Los beneficios del alambre tubular se obtienen al combinar tres características generales:

• Aumento de la productividad de la soldadura debido a la utilización de alambre continúo.

• Las cualidades metalúrgicas que pueden derivarse de la adición de elementos de aleación en el fundente que está contenido en el interior del alambre.

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• Producir una cubierta de escoria que proteja el metal del aire durante la solidificación y que controle la forma y el aspecto de la soldadura en las diferentes posiciones para las que es apropiado el electrodo.

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Alambre con fundente autoprotegido.

Alambre tubular con protección de gas.


Soldadura por arco tubular autoprotegido.

El proceso FCAW tiene dos variaciones principales que difieren en su método de protección del arco y de la pileta de soldadura contra la contaminación por gases atmosféricos (oxígeno y nitrógeno). Una de ellas es el tubular autoprotegido que resguarda al baño mediante la descomposición y vaporización del núcleo fundente en el calor del arco. El otro tipo, es el tubular con protección externa gaseosa, este utiliza un flujo de gas que protege la zona de trabajo.

Las pistolas típicas para soldadura semiautomática. Están diseñadas de modo que se sostengan cómodamente, sean fáciles de manipular y duren largo tiempo. Las pistolas establecen un contacto con el electrodo a fin de conducir la corriente de soldadura. La corriente y la alimentación del electrodo se accionan con un interruptor montado en la pistola.

Las pistolas soldadoras pueden enfriarse con aire o con agua, las enfriadas por agua son más compactas y ligeras, y requieren menos mantenimiento que las enfriadas por aire.

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Algunos electrodos autoprotegidos con núcleo de fundente requieren una extensión de electrodo mínima específica para proveer una protección adecuada. Las pistolas que usan estos electrodos generalmente cuentan con tubos guía provistos de una extensión aislada que sustenta el electrodo y asegura que se extenderá al menos una distancia mínima. Los detalles de una boquilla de electrodo autoprotegido, incluido el tubo guía aislado, se ilustra en seguida.

Sistema de clasificación del alambre para proceso Tubular FCAW

La AWS clasifica los alambres tubulares, usando una serie de números y letras. La clasificación está basada en las propiedades mecánicas del depósito de soldadura.

Una típica clasificación de electrodo tubular para soldadura de acero al carbono es:

E71T-1

• La letra E indica Electrodo

• El primer digito o los dos primeros, indican la resistencia mínima a la tracción del metal depositado al multiplicarlos por 10,000 psi.

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• El digito que precede a la letra “T” indica la posición de soldadura. Puede ser un “0” o un “1”. El “0” indica adecuado para posición plana y horizontal, el “1” para toda posición.

• La letra “T” indica que se trata de un alambre tubular con núcleo de fundente.

• El digito indicado después del guión, indica el uso adecuado del electrodo, en cuanto a polaridad y características generales de operación. Este puede ser un número de 1 a 14.

Equipo semiautomático.

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Proceso de arco sumergido SAW (submerged arc welding)

Es un proceso automático en el cual, como lo indica la figura, un alambre desnudo es alimentado hacia la pieza. Este proceso se caracteriza porque el arco se mantiene sumergido en una masa de fundente, provisto desde una tolva, que se desplaza delante del electrodo. De esta manera el arco se encuentra protegido. Las corrientes utilizadas en este proceso varían en un rango que va desde los 200 hasta los 2000 amperes.

Usualmente se utiliza corriente continua electrodo positivo, cuando se trata de intensidades inferiores a los 1000 amperes. El proceso se caracteriza por sus elevados regímenes de deposición y es normalmente empleado cuando se trata de soldar grandes espesores.

Clasificación de fundentes para arco sumergido, según AWS.

Según la AWS el fundete es clasificado en base a las propiedades mecánicas del depósito, al emplear una determinada combinación fundente / alambre.

F XXX – EXXX

F Indica fundente

X Indica la resistencia mínima a la tracción que debe ser obtenida en el metal depositado con el fundente y electrodo utilizado. Para obtener dicho valor, se debe multiplicar por 10000 Psi o por 10 megapascales .

X Indica la condición de tratamiento térmico en que el depósito fue sometido a ensayo: “A” sin tratamiento térmico y “P” con tratamiento térmico.

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X Indica la temperatura más baja en °C a la cual el metal depositado tiene una resistencia al impacto igual o mayor a 27 joules. La letra Z indica que no tiene requerimientos. Los dígitos 0,2,3,4,5,6 indican distintas temperaturas de ensayo por ejemplo a -10°C.

Las siguientes letras corresponden a la clasificación de los alambres, según la AWS:

Los alambres se clasifican por 2 letras y 2 números, que indican la composición química de éstos.

EX: letras

XX: dígitos

La letra E: significa electrodo para soldadura al arco.

La letra X: significa el contenido máximo de manganeso

La letra L: indica bajo contenido de manganeso 0.60% Mn máximo.

La letra M: indica contenido mediano de manganeso 1.25% Mn máximo

La letra H: indica alto contenido de manganeso 2.25% Mn máximo

Los dos dígitos: indican los porcentajes medios de carbono.

Ejemplo:

AWS: F7A0 – EM12K

Ventajas.

1. Alta velocidad rendimiento. Con electrodos de 4.0 mm y 4.8 mm a 800 y 1000 amperes se logran depositar hasta 15 kg de soldadura por hora.

2. Soldaduras 100 % radiográficas3. Soldaduras de buen aspecto y penetración uniforme

Aplicaciones.El sistema de soldadura automática por arco sumergido, permite la máxima velocidad de deposición de metal, entre los sistemas utilizados en la industria, para producción de piezas de acero de mediano y alto espesor, las piezas pueden ser posicionadas para soldar en posición plana u horizontal.

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Equipo.

El diagrama siguiente muestra los componentes para hacer soldadura por arco sumergido.

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SIMBOLOGIA DE SOLDADURA

En la soldadura, se utilizan ciertos signos en los planos de ingeniería para indicar al

soldador ciertas reglas que deben seguir, aunque no tenga conocimientos de ingeniería.

Estos signos gráficos se llaman símbolos de soldadura.

Una vez que se entiende el lenguaje de estos símbolos, es muy fácil leerlos. En la actualidad, en las

operaciones de manufactura se utilizan mucho los procesos de unión por soldadura (directa o con

metal de aporte).

Generalmente, siempre que se deben montar o ensamblar las partes de un dispositivo o hay que

considerar uno de tales procesos en el trabajo de diseño. Cuando las piezas por unir son de

sección delgada, uno de estos sistemas de unión puede conducir a ahorros significativos.

La eliminación de sujetadores múltiples y la adaptabilidad para el ensamble rápido con máquina,

son solo algunas de las ventajas.

Una pieza soldada o un conjunto de partes soldadas se fabrican mediante la unión por soldadura

de un grupo de elementos de metal, cortados según configuraciones particulares.

Durante el proceso de soldadura, las diversas partes se mantienen firmemente en contacto por

medio de abrazaderas o montajes. El proceso de soldadura debe ser especificado con precisión en

los dibujos de taller, y esto se hace utilizando los símbolos normales de soldadura estandarizados

por la American Welding Society (AWS).

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Símbolos complementarios de soldadura

curso básico de soldadura itm 2014

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