poli meros

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

PRÁCTICA DE SOLDADURA

Gavilanes Triviño Josué MiguelFacultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción

Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)Guayaquil - Ecuador

[email protected]

Resumen Unir dos materiales metálicos por medio de la soldadura. Para eso recibiremos una pequeña instrucción de cómo soldar, es decir como coger adecuadamente el porta electrodo, las normas de seguridad que tenemos que seguir, y finalmente unir dos placas rectangulares, una encima de otra por medio de dos cordones, de cada lado de la placa.

1. Objetivos Detectar los diferentes tipos de defectos que se pueden presentar en una junta soldada visualmente Aprender el proceso de manejo de equipos utilizados para realizar una soldadura por proceso SMAW

(arco eléctrico). Elaborar puntos y cordones de soldadura Aprender a ejecutar una junta a traslape posición plana, en una placa de acero de bajo carbono de

menos de ¼ mm de espesor

2. Marco TeóricoTIPOS DE UNIONES SOLDADAS

La soldadura es un proceso de unión de materiales, en el cual se funden las superficies de contacto de dos o más partes mediante la aplicación de calor o presión. La integración de las partes que se unen mediante soldadura se llama ensamble soldado. Muchos procesos de soldadura se obtienen solamente por el calor sin aplicar presión. Otros, únicamente por presión sin aportar calor externo, y otros se obtienen mediante una combinación de calor y presión. En algunos casos se agrega un material de aporte o relleno para facilitar la fusión. La soldadura se asocia con partes metálicas, pero el proceso también se usa para unir plásticos.La soldadura es un proceso importante en la industria por diferentes motivos:

Proporciona una unión permanente y las partes soldadas se vuelven una sola unidad. La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales si se usa un material de relleno

que tenga propiedades de resistencia superiores a la de los metales originales y se aplican las técnicas correctas de soldar.

La soldadura es la forma más económica de unir componentes. Los métodos alternativos requieren las alteraciones más complejas de las formas (Ej. Taladrado de orificios y adición de sujetadores: remaches y tuercas). El ensamble mecánico es más pesado que la soldadura.

La soldadura no se limita al ambiente de fábrica, se puede realizar en el campo. Además de las ventajas indicadas, tiene también desventajas: La mayoría de las operaciones de soldadura se hacen manualmente, lo cual implica alto costo de

mano de obra. Hay soldaduras especiales y la realizan personas muy calificadas. La soldadura implica el uso de energía y es peligroso. Por ser una unión permanente, no permite un desensamble adecuado. En los casos cuando es

necesario mantenimiento en un producto no debe utilizarse la soldadura como método de ensamble. La unión soldada puede tener defectos de calidad que son difíciles de detectar. Estos defectos

reducen la resistencia de la unión.


UNION A TOPE O EMPALMADAEs la más utilizada y consiste en unir las chapas situadas en el mismo plano para chapas superiores a 6 mm o para soldar por ambos lados, hay que preparar los bordes. El objetivo de esta soldadura es conseguir una penetración completa y que constituya una transición lo más perfecta posible entre los elementos soldados.


UNION DE SOLAPADO, SUPERPUESTA O TRASLAPEEste tipo de uniones consiste en dos partes que se sobreponen. Se utiliza normalmente para la fabricación de carrocerías de vehículos. Este tipo de unión da resultados satisfactorios en la sustitución parcial de paneles exteriores, pudiendo verificarse que esta configuración de costura cumple todas las condiciones necesarias para restablecer la resistencia original. En este método hay un solapado de las piezas a unir de unos 12 mm. en la zona de la costura. Este solapamiento se realizará por medio del escalonado de uno de los bordes de la costura, en función de la rigidez de la superficie, bien en el borde que permanece en la carrocería o bien en el de la pieza nueva. Este escalonado se realiza por medio de un alicate de filetear o por medio de una dobladora neumática. Las uniones con solape se podrán realizar mediante alguno de los siguientes métodos de soldadura:_ Soldadura por resistencia eléctrica por puntos._ Soldadura MIG/MAG.

UNION DE ESQUINA O ANGULO EXTERIOR Y EN TConsiste en unir dos chapas situadas en distinto plano bien ortogonales o superpuestas, para rellenar los bordes de las placas creadas mediante uniones de esquina, sobrepuestas y en T, igual que en la siguiente figura. Se usa un metal de relleno para proporcionar una sección transversal de aproximadamente la forma de un triángulo. Es el tipo de soldadura más común en la soldadura con arco eléctrico y en la de oxígeno y gas combustible porque requiere una mínima preparación de los bordes; se usan los bordes cuadrados básicos de las partes. Las soldaduras de ángulo o 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 unión o con espacio sin soldar a lo largo de una orilla). La soldadura en ángulo puede ser en ángulo de esquina o en solape. Se realiza con cordón continuo de espesor de garganta G, siendo G la altura del máximo triángulo isósceles inscrito en la sección transversal de la soldadura .Si la longitud del cordón no supera los 500 mm, para su ejecución se comienza por un extremo siguiendo hasta el otro. Cuando la longitud se encuentra entre 500 mm y 1000 mm, la soldadura se ejecuta en dos tramos, iniciándola en el centro. Cuando la longitud supera los 1000 mm, la soldadura se ejecuta por cordones parciales, terminando el tramo donde comienza el anterior. Las esquinas de chapas donde coinciden los puntos de cruce de cordones, debe recortase para evitar el cruce. Nunca se ejecuta una soldadura a lo largo de otra ya realizada.

UNION DE BORDE


Una soldadura en flanco se hace en los bordes de dos (o más) partes, por lo general láminas metálicas o placas delgadas, en donde las partes en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace en el borde común. Se utiliza normalmente para espesores finos sin aporte de material (soldadura oxiacetilénica y TIG), el procedimiento de soldeo es crear un baño de fusión con el metal base y desplazarlo por toda la junta. Los ángulos de avance y posicionamiento son iguales que en la posición horizontal pero se realiza de derechas a izquierdas, para que la atmósfera inerte producida por la llama o el gas proteja el baño de fisión.

SOLDADURA DE RECARGUE O DE SUPERFICIEUna soldadura en superficie no se usa para unir partes, sino para depositar metal de relleno sobre la superficie de una parte base en una o más gotas de soldadura. Las gotas de soldadura se incorporan en una serie de pasadas paralelas sobrepuestas, con lo que se cubren grandes áreas de la parte base. El propósito es aumentar el grosor de la placa o proporcionar un recubrimiento protector sobre la superficie.Los parámetros a tener en cuenta en cuanto al ángulo de avance y de posicionamiento son los mismos que en la posición horizontal.

SOLDADURA DE RANURALas soldaduras con insertos y las soldaduras ranuradas se usan para unir placas planas, como se muestra en la siguiente figura, usando uno o más huecos o ranuras en la parte superior, que después se rellenan con metal para fundir las dos partes.


POSICIONES DE SOLDADURALas posiciones de soldadura, se refieren exclusivamente a la posición del eje de la soldadura en los diferentes planos a soldar. Básicamente son cuatro las posiciones de soldar y todas exigen un conocimiento y dominio perfecto del soldador para la ejecución de una unión soldadura.En la ejecución del cordón de soldadura eléctrica, aparecen piezas que no pueden ser colocadas en posición cómoda. Según el plano de referencia fueron establecidas las cuatro posiciones siguientes:

1) Posición plana o de nivel2) Posición horizontal3) Posición vertical4) Posición sobre cabeza

POSICIÓN PLANA O DE NIVEL: Es aquella en que la pieza recibe la soldadura colocada en posición plana a nivel. El material adicional viene del electrodo que está con la punta para abajo, depositando el material en ese sentido.

POSICIÓN HORIZONTAL: Es aquella en que las aristas o cara de la pieza a soldar está colocada en posición horizontal sobre un plano vertical. El eje de la soldadura se extiende horizontalmente.

POSICIÓN VERTICAL: Es aquella en que la arista o eje de la zona a soldar recibe la soldadura en posición vertical, el electrodo se coloca aproximadamente horizontal y perpendicular al eje de la soldadura.

POSICIÓN SOBRE LA CABEZA: La pieza colocada a una altura superior a la de la cabeza del soldador, recibe la soldadura por su parte inferior. El electrodo se ubica con el extremo apuntando hacia arriba


verticalmente. Esta posición es inversa a la posición plana o de nivel.

MOVIMIENTOS DEL ELECTRODO. Esta denominación abarca a los movimientos que se realizan con el electrodo a medida que se avanza en una soldadura; estos movimientos se llaman de oscilación, son diversos y están determinados principalmente por la clase de electrodo y la posición de la unión.

MOVIMIENTO DE ZIG - ZAG (LONGITUDINAL): Es el movimiento zigzagueante en línea recta efectuado con el electrodo en sentido del cordón (Fig. 1). Este movimiento se usa en posición plana para mantener el cráter caliente y obtener una buena penetración. Cuando se suelda en posición vertical ascendente, sobre cabeza y en juntas muy finas, se utiliza este movimiento para evitar acumulación de calor e impedir así que el material aportado gotee.

MOVIMIENTO CIRCULAR: Se utiliza esencialmente en cordones de penetración donde se requiere poco depósito; su aplicación es frecuente en ángulos interiores, pero no para relleno de capas superiores. A medida

que se avanza, el electrodo describe una trayectoria circular.

MOVIENTO SEMICIRCULAR: Garantiza una fusión total de las juntas a soldar. El electrodo se mueve a través de la junta, describiendo un arco o media luna, lo que asegura la buena fusión en los bordes (Fig. 3). Es

recomendable, en juntas chaflanadas y recargue de piezas.

MOVIMIENTO EN ZIG - ZAG (TRANSVERSAL): El electrodo se mueve de lado a lado mientras se avanza . Este movimiento se utiliza principalmente para efectuar cordones anchos. Se obtiene un buen acabado en sus

bordes, facilitando que suba la escoria a la superficie, permite el escape de los gases con mayor facilidad y evita la porosidad en el material depositado. Este movimiento se utiliza para soldar en toda posición

MOVIMIENTO ENTRELAZADO: Este movimiento se usa generalmente en cordones de terminación, en tal caso se aplica al electrodo una oscilación lateral (Fig. 5), que cubre totalmente los cordones de relleno. Es de gran importancia que el movimiento sea uniforme, ya que se corre el riesgo de tener una fusión deficiente en

los bordes de la unión.


NOMENCLATURA UTILIZADA PARA LOS ELECTRODOS EN EL PROCESO SHIELDED METAL ARC WELDING (SMAW)

La Soldadura de Arco Manual o MMA es también conocida como Soldadura de Electrodo Cubierto, Soldadura de Varilla o Soldadura de Arco Eléctrico, es la más antigua y más versátil de todos los diferentes procesos de soldadura de arco.

Un Arco Eléctrico es mantenido entre la punta de un electrodo cubierto (Coated Electrode) y la pieza a trabajar. Las gotas de metal derretido son transferidas a través del arco y son convertidas en un cordón de soldadura, un escudo protector de gases es producido de la descomposición del material fundente que cubre el electrodo, además, el fundente también puede proveer algunos complementos a la aleación, la escoria derretida se escurre sobre el cordón de soldadura donde protege el metal soldado aislándolo de la atmósfera durante la solidificación, esta escoria también ayuda a darle forma al cordón de soldadura especialmente en soldadura vertical y sobre cabeza. La escoria debe ser removida después de cada procedimiento.La Sociedad Americana de Soldadura "AWS" ha establecido una serie de códigos de identificación y a su vez de Clasificación para los diferentes productos que las grandes y medianas fabricas de electrodos producen para abastecer el mercado, estos códigos se han convertido en la referencia mas comúnmente usada en Latino-América por su fácil reconocimiento y manejo y aunque algunos fabricantes nombran sus productos con sus propios nombres comerciales, los usuarios en su mayoría prefieren llamarlos por su código de identificación de la AWS.Otras agencias, especializadas en áreas especificas, han establecido sus código para identificar sus productos, como algunas agencias que regulan los productos de uso militar, Militar "MIL", La Sociedad Americana de Ingenieros Metalúrgicos (American Society of Metallurgical Engineer) "ASME", el Bureau Americano de constructores de Barcos (American Bureau of Shipping) "ABS", el Bureau Canadiense de Soldadura (Cannadian Bureau of Welding) "CBW", solo para nombrar los mayores..Los electrodos, en particular, tienen su propio código en todas las agencias que los clasifica, que los separa de los demás productos y los hace identificables de manera específica, el código que AWS usa para esto, y que probablemente sea el más popular en Latino-América se ha convertido en la referencia que mas comúnmente se usa para Clasificar, son el AWS A5.1 para los electrodo de acero "dulce" o de relleno, y el AWS A5.5 para los electrodos de aleación de acero (alto contenido de carbón), muchos los identifican separándolos erróneamente como "Electrodos de Bajo Hidrogeno y Electrodos de Alto Hidrogeno" respectivamente, pero algunas variaciones de los electrodos en ambas clasificaciones contienen en sus fundentes altas o bajas cantidades de Hidrogeno que los excluye de esa referencia.


3. Desarrollo Experimental3.1 Equipos y Materiales1) Material

a) Electrodos para acero al carbono (E6013 ) b) Platinas de acero al carbono ASTM A 36 de 1/4 pulg. de espesor

2) Herramientas y equipo de seguridada) Cables para electrodosb) Careta protectorac) Guantesd) Calzado de seguridad.e) Guantes de cuero de manga larga.f) Mandil de cuero o peto.

3) Equipoa) Estación de Soldadura.b) Máquina de soldar

3.2 ProcedimientoPROCEDIMIENTO 1: CEBADO DEL ARCO ELECTRICO Y EJECUCIÓN DE PUNTOS DE SOLDADURA

Cepillar la placa de acero hasta dejarlas limpias de suciedad y escamas. Tomar una varilla o electrodo E6013 pulgadas y sujetarla en el porta electrodo. Aplicar una corriente de acuerdo a recomendación del fabricante como se muestra.

Proceso Electrodo Diámetro Amperaje (DC)

Amperaje Recomendado

(DC)

Resistencia Tracción


SMAW E6013 3/32” 80 70-100 72-81 ksi

En el pedazo de platina de ¼ de pulgada de espesor se deberá iniciar el arco, mantenerlo y hacer puntos pequeños de soldadura separados a una distancia de 1.5 cm. Cada vez que se haga un punto se deberá suspender el arco y volverlo a iniciar como se muestra finalmente.

Practicar haciendo cordones de soldadura a lo largo de la platina

PROCEDIMIENTO 2: PREPARACION DE LA JUNTA – ELECTRODOS Y PROCESOS USADOS Cepillar las placas de acero hasta dejarlas limpias de suciedad y escamas. Ambas platinas se colocaran en el banco colocarán a traslape para soldarlas Se deberá ajustar el amperaje recomendado por el instructor. Realizar el cordón de soldadura para unir las dos piezas.

El movimiento realizado al soldar para el proceso SMAW puede ser de medialuna, en ocho, cóncavo, convexo, etc. Terminado el cordón retirar la escoria y cepillar la superficie con cepillo de alambre, eliminada la escoria, analice la apariencia del cordón.

Finalmente estará lista la unión en traslape, posición horizontal con proceso SMAW

Cordones de soldadura


4. Gráficos

5. Análisis de Resultados5.1. Observaciones

El amperaje para cada electrodo que usemos, ya sea el E6010 o el E6013 está en función de cuán fácil se le hace a cada uno soldar ese cordón, ya que depende de avance de cada uno, como así también de si a ese amperaje funde bien el electrón.

Para poder realizar la respectiva soldadura a traslape primero es necesario unir por medio de puntos de soldaduras a los extremos, con eso impedimos el deslizamiento mientras soldamos a traslape.

Para comenzar a soldar, al hacer contacto del electrón con la placa por primera vez, se hace un movimiento de prender fuego con un fosforo, para poder empezar a soldar.

En estos tipos de electrodos, si se puede llevar pegado el electrodo con la placa, así evitamos que la escoria se funda con el electrodo.

5.2. Conclusiones Pudimos constatar que al no tener un correcto amperaje, o al tener una rápida velocidad de avance, el

cordón de soldadura no se fundó completamente, se hace más fina su capa, y presenta porosidades a simple vista, lo que hace que ese material este mal soldado, con una simple inspección al ojo.

El manejo de la máquina de soldar fue relativamente sencillo, ya que era una de las modernas, solo teníamos que ajustar para que tipo de electrón íbamos a trabajar, ya sea el E6010 o el E 6013, y el amperaje lo ajustábamos manualmente.

Para poder hacer los puntos de soldadura, es fácil, lo único que hay que hacer es ajustar bien el amperaje, a la cual se le haga más fácil soldar a uno, y de ahí cogerle el golpe.

Para soldar la junta, fue necesario recibir una introducción de cómo soldarla, ya que es necesario colocar el electrodo a 45° respecto al eje x(paralelo a la placa), y a 30° respecto al eje y, y de ahí con


una velocidad adecuada de avance soldar, eso si, llevando el electrodo pegado a la placa. Si vemos que no se hay una adecuada fundición, se modifica el amperaje, hasta que encontremos el ideal, en la práctica el amperaje rondaba de 90 A a 110 A, dependiendo de cada persona.

6. Referencia[1] http://www.mailxmail.com/curso-soldadura-arco-manual-electrico-fundamentos/posiciones-soldadura[2] http://www.fe.ccoo.es/andalucia/docu/p5sd6731.pdf[3] Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales– SMITH (McGraw – Hill) [4] Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros – SHACKELFORD [5] (Prentice Hall) [6] Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales – CALLISTER (Reverté)[7] H. Horwitz. “Soldadura, aplicaciones y práctica” Editorial Alfaomega.[8] http://www.drweld.com/smaw.html

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