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Procesos de Soldadura en la Industria de Carrocerías

Introducción El presente trabajo esta centrado en la fabricación y reparación de carrocerías de buses, que surge como una necesidad personal debido a que el conocimiento de la soldadura en este tipo de industria se ha difundido muy poco en nuestro medio y por eso me parece interesante estudiarla, de allí la elección de este tema. Para esto se ha observado y analizado la evolución de los procesos de soldadura en este campo, desde la colocación de los anclajes en el chasis hasta la culminación de la carrocería, y los procesos que se utilizan actualmente, por otro lado los problemas que se presentan y constituyen un reto para la competitividad de las empresas frente a exigencias de calidad. La Corrosión es sin lugar a dudas el peor enemigo en este tipo de fabricaciones, y es por esa razón que siempre se esta buscando la forma de proteger los elementos que conforman la estructura, para lo cual se utilizan planchas con algún recubrimiento metálico o pinturas ricas en zinc, lo mismo sucede para todos los perfiles que en la actualidad se ha optado por usarlos galvanizados, presentándose el problema de soldadura sobre esta capa de zinc que explicaremos mas adelante. Otro punto importante es el perfeccionamiento del soldador en este sector, la competencia obliga hoy en día a contar con soldadores calificados, para lo cual se hace necesario contar con un procedimiento calificado de soldadura, así como la calificación del personal en este Rubro. Carrocerías por el tipo de actividad Existen dos tipos de empresas:

1. Empresas de fabricación y reparación:

2. Empresas de reparación:

Proceso empleado: GMAW Materiales: Acero al carbono de baja aleación, aluminio y acero inoxidable

Procesos empleados: SMAW y GMAWMateriales: Acero al carbono de baja aleación (el más común)

La soldadura en carrocería en sus inicios empleaba electrodos revestidos, celulósicos, rutílicos y de bajo hidrógeno; para luego avanzar hacia la aplicación del proceso GMAW, debido a sus ventajas desde el punto de vista operacional y económico, de allí su acogida en este tipo de fabricaciones.

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¿Qué es una carrocería?

Los Buses son máquinas formadas por numerosas piezas unidas entre sí, en las que el armazón o carrocería desarrolla una función similar a los pilares en un edificio, se trata de la parte o elemento que sostiene al resto de piezas que forman el Bus. Este armazón con función de esqueleto, está formado por otro gran número de piezas de chapa unidas entre sí mediante diferentes tipos de uniones, soldadura, remachado, atornillado e incluso pegado.

Las piezas de plancha que forman la carrocería van unidas en su mayor parte por soldadura, este método de unión proporciona una continuidad metálica entre las partes que une, por lo que en el caso de piezas que están sometidas a esfuerzos importantes, es el método más adecuado a utilizar.

Proceso de fabricación de carrocerías

1° El proceso se inicia con el pintado de los perfiles tubulares por inmersión en pinturas ricas en zinc para protegerlos de la corrosión a los que serán expuestos luego de fabricada la carrocería.

2° Luego, el material pintado por la parte exterior e interior (téngase en cuenta eso), pasa para su habilitación según las necesidades de los armadores y según las especificaciones y medidas establecidas. La mayoría son perfiles tubulares cuadrados, rectangulares y de formas especiales como es el caso de los usados en el límite de los laterales y el techo, los mismos que pasa por operaciones de corte y doblado.

Habilitado de material

Protección de los perfiles

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También se utilizan complementos de plancha doblada para la articulación de las estructuras.

4° El piso es colocado en el chasis, para esto se debe preparar los anclajes que son planchas que van soldadas sobre este y que constituyen el refuerzo necesario para soldar la estructura del piso.

Piso o Plataforma

Chasis

5° Son construidos los laterales: izquierdo y derecho, siempre usando perfiles tubulares cuadrado y rectangulares y se fabrican los dos a la vez para evitar variaciones en las dimensiones finales o presentar problemas por sobrecalentamiento.

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El proceso de soldadura empleado es bajo protección gaseosa (GMAW), utilizándose gas mixto (20 % CO2 + 80 % Ar), alambre electrodo AWS ER70S-6.


El escuadrado y la fijación del mismo serán primordiales para la culminación correcta del techo.

7º Son colocados los laterales en el piso, para luego ser ensamblado con el techo.

8° La fabricación del frontal va dando forma a la carrocería, allí se trabajará para adaptar parabrisas, adecuar la cabina del piloto y algunos acabados en fibra de vidrio.

Parte frontal

Parte Posterior

9° La parte posterior culmina la estructura de la carrocería, una secuencia interesante de tareas en perfiles tubulares y un proceso de soldadura muy importante.

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6º Se continúa con la fabricación del techo, donde se tiene mucho cuidado en las dimensiones ya que estas irán ensambladas a los laterales , el método de unión será siempre por el proceso de soldadura GMAW.


10° El revestido de la carrocería se puede realizar con plancha galvanizada y el método de unión puede ser por soldadura o remachado que es el más común. Actualmente se usa aluminio presentando ventajas de corrosión y peso frente a las anteriores y el método de unión es el pegado, para lo cual se utiliza adhesivos.

11° El acabado final que lo constituye los confortables, acabos interiores, el sistema eléctrico y la pintura dan vida a un producto que se ha convertido en una necesidad de nuestra vida diaria: EL BUS

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Las uniones por soldadura son las más habituales.

Para restablecer las condiciones de resistencia originales en las uniones por soldadura durante la reparación de carrocerías dañadas, reviste gran importancia el conocimiento de su comportamiento en relación con los esfuerzos a los que se van a ver sometidas, como consecuencia del comportamiento dinámico de la carrocería, o en el caso de que se produzca un nuevo impacto.

Además de dichos comportamientos mecánicos, la elección de uno u otro método de unión de los elementos de la carrocería, estarán en función de:

- Los materiales a unir, dependiendo de la naturaleza de éstos. - Los espesores de las secciones a unir, es preferible unir materiales del mismo espesor. - La longitud de la costura de unión. - Las solicitaciones a las que estará sometida la unión a realizar. - La estética final del componente reparado

A la hora de reparar un vehículosiniestrado y sustituir las piezasnecesarias, el método de unión utilizadogeneralmente es el mismo que el defábrica. Los Manuales de Reparación delos vehículos indicarán cuales son lostipos de uniones a utilizar en cadasituación. Las uniones por atornillado,remachado o pegado, generalmente serealizan de la misma forma queoriginariamente, sin embargo pararealizar una unión por soldadura se

El pegado por adhesivos se va utilizandocada día con más frecuencia por sucapacidad para unir materiales totalmenteheterogéneos, su uso más habitual suele seren la fijación de guarnecidos, molduras yrevestimientos.

El remachado no es una unión habitualen la carrocería de los turismos, cuandose emplea suele ser para unir materialesde diferentes naturalezas. Como ejemplode su utilización tenemos algunossoportes. Sin embargo, en el caso de lascarrocerías de aluminio es una técnicaempleada asiduamente y conjuntamentecon los adhesivos para realizar enreparación, las sustituciones parciales dediferentes piezas.



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El sistema MIG/MAG es un proceso de soldadura por arco eléctrico, en el cual un alambre es automática y continuamente alimentado hacia la zona de soldadura a una velocidad constante y controlada. El área de soldadura y arco están debidamente protegidas por una atmósfera gaseosa suministrada externamente, que evita la contaminación. El voltaje, amperaje y tipo de gas de protección, determinan la manera en la cual se transfiere el metal desde el alambre-electrodo al baño de soldadura. Transferencia Metálica Existen tres formas de transferencia metálica: 1. Transferencia en “Corto-Circuito”.

2. Transferencia “Globular”.

Este proceso de soldadura es el preferido de estetipo de industria por la facilidad de soldarespesores delgados, como son las planchas y losperfiles tubulares (2 mm). Además de ciertasventajas que permiten elevar la productividad ybajar costos operativos de producción, tales comoacabado, velocidad de deposición y la versatilidadde soldar la mayoría de los metales.

Los cortos circuitos producidos por el contactodel electrodo con el baño fundido, ocurren conmucha regularidad, hasta 200 o más veces porsegundo. El resultado final es un arco muyestable usando baja energía (inferior a 250Amps.) y bajo calor. El bajo calor reduce a unmínimo la distorsión, deformación del metal yotros efectos metalúrgicos perjudiciales. Estatransferencia metálica se obtiene en presenciade dióxido de carbono (CO2) o (Ar-CO2).

El metal se transfiere en gotas de gran tamaño.La separación de las gotas ocurre cuando elpeso de éstas excede la tensión superficial quetiende a sujetarlas en la punta del electrodo. Lafuerza electromagnética que actuaría en unadirección para separar la gota, es pequeña enrelación a la fuerza de gravedad en el rango detransferencia globular (sobre 250 Amps.) Latransferencia globular se utiliza para soldaracero dulce en espesores mayores a 1/2" (12,7mm.), en que se requiere gran penetración.

Transferencia Corto Circuito

Transferencia Globular

Proceso de Soldadura GMAW (MIG-MAG)


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3. Transferencia “Spray” o de Rocío.

Diagrama esquemático del equipo MIG 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 área de soldadura. 4. Un gas protector, para evitar la contaminación del baño de soldadura. 5. Un carrete de alambre de tipo y diámetro específico.

En el proceso MIG -MAG, los materiales que se usan como alambre electrodo influyen en la calidad del cordón de soldadura y determinan las propiedades químico-mecánicas del material depositado.

Factores que intervienen al soldar con el proceso GMAW En el proceso GMAW como todos los procesos de soldadura, la aplicación de un cordón de soldadura está sujeta a factores que se deban respetar, porque influyen en forma directa en la calidad de la soldadura. Los componentes de estas condiciones son:

1. Selección del gas de protección adecuado 2. Corriente apropiada 3. Selección correcta del alambre: 4. Extensión del alambre 5. Voltaje de arco correcto 6. Ángulo de boquilla

El metal es transportado a alta velocidad enpartículas muy finas a través del arco. La fuerzaelectromagnética es bastante fuerte para expulsarlas gotas desde la punta del electrodo en formalineal con el eje del electrodo, sin importar ladirección a la cual el electrodo está apuntando. Setiene transferencia Spray al soldar, con Argón,acero inoxidable y metales no ferrosos como elaluminio.

Transferencia Spray


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Aplicaciones MAG en Carrocerías

Apropiado para la construcción deltanque de combustible, por elespesor pequeño de la plancha

El sistema para bisagras en bodegas, compartimientos y puertas del bus, tampoco sonajenos a este proceso de soldadura

Una aplicación importantísima y que se debe tener en cuenta en la fabricación decarrocerías, por la seguridad de los usuarios, es el alargue del chasis, para cambiar demodelo o construir carrocerías de 2 pisos, Mantener la linealidad al momento de realizar elcorte es de cuidado para lo cual se utilizan técnicas o dispositivos. La soldadura MAG debetener una aplicación correcta, con juntas adecuadas, es necesario contar con unprocedimiento de soldadura y una calificación del personal en este sector.

También las puertas sonsoldadas con el procesoMAG, pero la mayoraplicación esta en la uniónde los perfiles tubulares.


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Soldadura de aluminio por el procedimiento MIG

En este procedimiento de soldadura, utiliza corriente continua y polaridad invertida (+), el mismo que asegura el decapado y la fusión del alambre - electrodo. Este procedimiento, utilizable para los productos con espesor superior a 2,5 mm. El proceso puede ser automatizable y si es manual se llama comúnmente soldadura semi-automática.

En combinación con arco pulsado se puede soldar chapa fina desde 0,06 mm. Lo cual lo hace recomendado para soldar carrocerías ya que es típico que en la distribución del calor, el 70 % corresponda al electrodo, por lo tanto el baño de fusión es relativamente ancho y de escasa profundidad resultando en poca penetración.

La ventaja determinante para el uso de polaridad positiva consiste en el efecto rompedor de la película de óxido del arco, con tal eficacia, que dicha película ya no sea obstáculo para conseguir una buena calidad en la soldadura. El mecanismo para este efecto rompedor de la película de óxido no es completamente conocido, pero una explicación, es que se debe al bombardeo de la superficie de iones metálicos positivos análogo a la limpieza de superficies por chorreo.

Aunque el arco tiene esta propiedad no se debe prescindir de la eliminación del óxido antes de empezar la soldadura. El arco no es capaz de romper las películas de óxido gruesas formadas durante la laminación de planchas en caliente, sino sólo las capas finas que se forman después de la limpieza..

Desde hace algunos años, los constructores de material de soldadura proponen fuentes de corriente pulsante. Este equipo permite soldar espesores delgados de 1,5 a 4 mm, con mucha facilidad. Para los espesores medios y gruesos, su ventaja con relación a las fuentes clásicas no está demostrada.

Material de aporte para soldar aluminio

No existe una norma general para la elección de los materiales de aportación debido al tipo de utilización y al parámetro que interese más en cada caso. Las de alto contenido en magnesio AlMg5 (EN AW 5356-5556) dan mayor resistencia, mientras que la de AlSi5 (EN AW 4043) es más resistente a la fisuración y proporciona mejor flujo de metal durante el proceso de fusión de las aleaciones templables. Este tipo de aleaciones (AlCu - AlMgSi - AlZn), no se deben soldar con material de aportación del mismo grupo de aleación por el riesgo de fisuración. En el caso de que el material se vaya a anodizar posteriormente a la soldadura, se evitará el material de aportación AlSi5 porque cogerá en la zona de soldadura un color muy oscuro. Con el fin de reducir el peligro de la corrosión bajo tensión y aumentar la resistencia, se ha añadido Cu a las aleaciones de AlZnMg. Al hacer esto también empeora la soldabilidad. Diversas investigaciones señalan que se puede añadir como máximo 0,2% de Cu, antes de que el peligro de fisuración en caliente aumente considerablemente, se elige en este caso el AlSi5 (EN AW 4043).


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Atmósfera Controlada

- Argón, pureza 99,95 %. - Argón + Helio (30/70, 50/50) para soldadura MIG, da un baño de fusión más amplio y

caliente. - El Argón puro es el gas que con mayor frecuencia se usa y se debe emplear en la

soldadura normal de taller, puesto que es mucho más económico y requiere menor flujo de gas. El Helio se usa sólo cuando se exige mayor penetración, por ejemplo, en soldadura en ángulo o cuando se suelda un material muy grueso.

Corrosión en la estructura de carrocerías

El material más utilizado en la fabricación de carrocerías es el acero, debido a sus características de dureza y resistencia. Sin embargo, dado que se oxida muy fácilmente, los fabricantes optan por el uso de planchas de acero con algún revestimiento, que impida que entre en contacto directo con el oxígeno y la humedad de la atmósfera. Son lo que se denominan recubrimientos metálicos.

El factor corrosión es la restricción más grave de competencia de la industria carrocera peruana frente a otros fabricantes, es por esa razón que el tiempo de garantía es corto en comparación a otras empresas extranjeras que ofrecen un periodo más largo.

En la actualidad todos los elementos de protección anticorrosiva, desde el material utilizado hasta los recubrimientos protectores, son la causa de que los fabricantes de vehículos ofrezcan actualmente hasta 12 años de garantía anticorrosión. Por ello, a la hora de efectuar una reparación en el taller es necesaria la reposición de todas las protecciones anticorrosivas que se hayan perdido o haya sido necesario eliminar.

La mayoría de empresas utilizan la plancha con algún elemento protector y existe una tendencia a utilizar las panchas galvanizadas y todos sus perfile también. Normalmente los perfiles se realizan por inmersión cubriendo la parte externa e interna.

Como gases de protección para la soldaduraMIG, se usan siempre los gases inertes Argón yHelio. Durante la soldadura el gas inerte enfríala boquilla de soldadura y protege, al mismotiempo, al electrodo y al baño de fusión. El gastambién participa en el proceso eléctrico en elarco. Los gases comerciales que generalmentese usan son los siguientes:

Tabla de amperios aconsejada para la soldadura GMAW Diámetro del hilo Corriente (A) 0,8 mm 80 - 140 1,2 mm 120 - 210 1,6 mm 160 - 300 2,4 mm 240 - 450


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Solamente en el caso de aplicaciones muy críticas debe considerarse la posibilidad de que el zinc que pueda contaminar el cordón de soldadura influya sobre las propiedades de la unión.

Es recomendable utilizar el proceso de soldadura MAG y evitar en lo posible el proceso SMAW (electrodo revestido) por la gran cantidad de salpicaduras que produce. También aumentar el flujo de gas, sin exagerar el aumentar amperaje, eso no es recomendable por que evapora el zinc, perdiéndose así las características de protección de la misma.

Es importante tener en cuenta el movimiento de la antorcha, de tal manera que permita la salida de vapores del zinc, que originan la porosidad, falta de fusión, y arco inestable, para lo cual debe mantenerse un arco muy corto. Podrá notarse que se pierde control de deposito al momento de soldar de allí la importancia del movimiento.

MIG BRAZING una alternativa para soldar planchas galvanizadas El proceso de soldadura que mejor se adapta a las chapas galvanizadas es la soldadura MIG Brazing, puesto que la energía aportada es aproximadamente un 20% inferior al de la soldadura MAG tradicional, disminuyendo así el riesgo de eliminación de la capa protectora de zinc. El uso de la soldadura MIG-Brazing no interfiere en el mantenimiento de la protección del zinc.

Aplicar soldadura sobre estos perfilestubulares, se presenta una serie deproblemas respecto a la soldabilidad, ya queel Zinc que las protege hace difícil controlarel arco y por lo tanto conseguir una uniónsoldada correcta.

Mediante una técnica operativacorrecta pueden conseguirsesoldaduras de alta calidad concaracterísticas de tracción, fatiga ydoblado análogas a las que se obtienencon acero sin galvanizar.


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La soldadura MIG-Brazing es una soldadura al arco eléctrico, en la que el material de aportación, CuSi3 (aleación de cobre y silicio al 3%), es protegido mediante una campana de gas inerte, por ejemplo, argón.

Este tipo de soldadura se engloba en lasdenominadas soldaduras fuertes y sediferencia de los procesos de soldadura MAGtradicionales en que alcanza una temperaturasuperior a los 427 ºC, pero siempre por debajode la temperatura de fusión del metal base.De esta manera, se produce la fusión delmaterial de aportación que, por capilaridad,penetra en el metal base, dando origen a launión de los metales. Las ventajas de este tipode soldadura son claras: permite obtenercordones de calidad, manteniendo laprotección anticorrosiva y logrando uniones dealta resistencia, puesto que la aportada por elcordón de soldadura es superior a la propiaresistencia del metal base. Por otro lado, losriesgos de perforación, deformación oaparición de porosidades, que suceden conotro tipo de soldaduras sobre chapas finas(0,7 mm a 1,5 mm), disminuyen, evitandopérdidas de tiempo, tanto en la reparacióncomo en la fabricación de este tipo de chapas.Se reducen también las proyecciones y, portanto, las operaciones finales de limpieza.

MIG Brazing

MAG


Calificación del Procedimiento de Soldadura y Calificación de Soldadores en Carrocerías Los códigos de soldadura son normas recomendadas de desarrollo tecnológico en el campo de la soldadura que ya han sido probadas en países industrialmente, mas avanzados y que el seguimiento de los mismos, garantiza confiabilidad en un producto terminado con óptima calidad debido a sus exigencias tecnológicas, ya sea en el área de la construcción de recipientes a presión, estructuras cargada estáticamente o en la instalación de oleoductos para conducción de petróleo o sus derivados. Para obtener soldaduras satisfactorias diversos códigos y especificaciones requieren que los procedimientos de soldadura para la realización de un trabajo sean probados. Existen dos tipos básicos de calificación en el área de soldadura: Calificación del Procedimiento y Calificación del Personal. El primero tiene en cuenta el diseño de la junta, posición, material base, material de aporte, procesos de soldadura y sus parámetros como: Precalentamiento, temperatura entre pases y tratamiento de post-calentamiento. La Calificación del personal a su vez se divide en tres: Calificación de soldadores, calificación de operadores y calificación de punteadores. Las pruebas además de la inspección visual requieren:

Ensayos destructivos: Tensión, Doblez, Macro ataque, Impacto y Otros. Ensayos no destructivos: Radiografía y Ultrasonido.

Los requerimientos específicos dependen de cada código desarrollado. Se debe establecer un (WPS) en donde se indiquen las variables como: material, proceso, junta, posición y espesor ser utilizados en un trabajo particular. La prueba del procedimiento de soldadura es ejecutada por el fabricante o contratista de acuerdo a los parámetros dados por el código en particular. Los resultados de las pruebas de calificación del procedimiento de soldadura son registrados en un documento llamado PQR y es usado como base para respaldar el WPS. Los códigos y las especificaciones son la documentación básica que rige y guía la práctica de soldadura. Estos documentos sirven para:

Fabricar productos soldados que cumplan con la calidad requerida. Suministrar una real y razonable protección a la vida, la propiedad ye el medio

ambiente. Las normas incluyen códigos, especificaciones, recomendaciones practicas, clasificaciones, métodos y guías. Los códigos difieren de las especificaciones en que su uso es generalmente aplicado a un proceso de fabricación, mientras que las especificaciones están asociadas por lo general a un producto. Las practicas y guías recomendadas son normas que ofrecen principalmente ayudas de uso.


AWS ha publicado seis códigos cada una de las cuales cubren diferentes tipos de aplicaciones industriales de la soldadura, a saber:

1. AWS D1.1 Código de estructuras soldadas - Acero 2. AWS D1.2 Código de estructuras soldadas - Aluminio 3. AWS D1.3 Código de estructuras soldadas - Platina de acero 4. AWS D1.4 Código de estructuras soldadas - Acero de refuerzo 5. AWS D1.5 Código de puentes soldados 6. AWS D9.1 Código de soldadura de platinas metálicas.

1. Seleccionar las variables de soldadura 2. chequear el equipo y los materiales para que sean apropiados 3. monitorear el armado de las juntas y la soldadura de las probetas, registrando los

valores reales utilizados para las variables más importantes, y las observaciones pertinentes.

4. Seleccionar, identificar y remover los especimenes de pruebas requeridos. 5. Probar y evaluar los especimenes. 6. Revisar los resultados de las pruebas para asegurar el cumplimiento con los

requisitos del código aplicable. 7. Liberar el procedimiento de soldadura para ser utilizado en producción. 8. Calificar los soldadores individualmente de acuerdo con este procedimiento. 9. Monitorear el uso del procedimiento durante su producción para garantizar que

continúa produciendo resultados satisfactorios.

Calificación de soldadores Una vez que el procedimiento de soldadura ha sido calificado, no se puede utilizar hasta que los soldadores hayan sido calificados de acuerdo con la variables de ese procedimiento. Las pruebas de calificación de soldadores se han diseñado para evaluar el nivel de capacidad y habilidad de cada individuo para ejecutar satisfactoriamente las soldaduras de producción. Las posiciones usadas en producción para la fabricación de carrocerías son:

Posición Plana

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El espesor que se maneja por lo general en producción para carrocerías es de 2 mm, por lo tanto de estas normas para el procedimiento en soldadura y calificación del soldador t e n d r í a m o s q u e u s a r e l c ó d i g o A N S I / A W S D1 . 3 , y a q u e t o m a e n c o n s i d e r a c i ó n espesores menores de 1/8” (3.2 mm), en acero. Secuencia de Calificación de Procedimientos de Soldadura


Posición Horizontal

Posición Vertical descendente y ascendente

Posición sobre cabeza.

P. Sobre cabeza

P. Vertical

P. Horizontal

Los tipos de junta más comunes en producción son:

a) A tope

Descripción de Perfiles dimensiones

Tubo Rectangular 80 x 40 x 2




Tubo Cuadrado 40 x 40 x 2

Tubo Cuadrado 25 x 25 x 2

b) Filete (angular) Espesor de perfiles tubulares = 2mm Tipo de gas: MixtoFlujo de gas: 20 C.F.HElectrodo: ER-70S6 Diámetro de alambre- electrodo: 0,8 mm. Según estas variables de producción debe elaborarse el procedimiento y calificación.


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