Procesos de soldadura convencionales

Procesos de soldadura convencionalesDavid Alejandro Chvez JaramilloSergio Reina DelgadoGiancarlo Salcedo Mora

SOLDADURALasoldaduraes unproceso de fabricacinen donde se realiza la unin de dos o ms piezas de un material, usualmente logrado a travs de lacoalescencia(fusin), en la cual las piezas son soldadasfundiendo.

Se puede agregar un material de aporte (metal o plstico), que, al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a soldar (elbao de soldadura) y, al enfriarse, se convierte en una unin fija a la que se le denomina cordn.

PRIMEROS AVANCESCronolgicamente el desarrollo de la Soldadura fue: Soldadura por Forja Soldadura por Gas Soldadura al Arco Elctrico Soldadura por ResisteProcesos de soldadura convencionales SMAW o electrodo revestidoFCAWGTAW electrodo de tungsteno SAW arco sumergidoSoldadura de oxiacetileno

Soldadura por arco La idea de la soldadura por arco elctrico, a veces llamada soladura electrgena, fue propuesta a principios del siglo XIX por el cientfico ingls Humphrey Davy pero ya en 1885 dos investigadores rusos consiguieron soldar con electrodos de carbono.Su uso masivo comenz alrededor de los aos 1950.El proceso desoldadura por arcoes uno de los ms usados.

SMAW(electrodo revestido)(Shielded Metal Arc Welding)El sistema de soldadura elctrica con electrodo recubierto se caracteriza, por la creacin y mantenimiento de un arco elctrico entre una varilla metlica llamada electrodo, y la pieza a soldar.Para realizar una soldadura por arco elctrico se induce una diferencia de potencial entre el electrodo y la pieza a soldar, con lo cual se ioniza el aire entre ellos y pasa a ser conductor, de modo que se cierra el circuito. El calor del arco funde parcialmente el material de base y funde el material de aporte, el cual se deposita y crea el cordn de soldadura.

Todos los elementos que participan en lasoldadura cumplen una funcin importante. VeremosEl ARCO ELCTRICOEl arco elctrico es una descarga elctrica de alta corriente y bajo voltaje entre dos elementos electrodos, generando una alta intensidad de calor a gran velocidad.

METAL DE APORTEAl derretirse, forma gotas que se depositan sobre la pieza de trabajo dando lugar alcharco de soldadura, que llena el espacio de soldadura y une las piezas en lo que se denomina unajunta de soldadura.

GASES DE PROTECCINEl gas de proteccin suele desempear un papel importante en la productividad y la calidad de la soldadura. Protege el cordn en proceso de solidificacin tanto de la oxidacin como de las impurezas y la humedad del aire, que pueden reducir la resistencia a la corrosin de la soldadura, as como dar lugar a poros y reducir la durabilidad del cordn. Adems, el gas de proteccin sirve para refrigerar la pistola de soldar. Los gases protectores suelen estar formados por argn, helio, dixido de carbono u oxgeno.Usualmente no es ultilizado en soldadura SMAWCORDN DE SOLDADURAEst constituido por el metal base y el material de aportacin del electrodo y se pueden diferenciar dos partes: la escoria y el espesor, formado por la parte til del material de aportacin y parte del metal base, la soldadura en s.

FUNCIONES DEL RECUBRIMIENTOProveer elementos desoxidantes y gases de proteccin para prevenir la contaminacin del charcoFormar escoria para proteger la suelda durante el enfriamientoAportar elementos que estabilizan el arcoAportar aleantes para mejorar las propiedades de la juntaVENTAJAS DEL PROCESOS SMAWBajo costo de consumiblesNo requiere gas de proteccin (Portabilidad y til en trabajos a campo abierto)Soldaduras aplicables en toda posicinVerstil (puede soldar la mayora de los metales)

LIMITACIONES DEL PROCESO SMAWRequiere alta destreza del operadorContinuas interrupciones para reiniciar arco Alta salpicadura

SOLDADURA FCAWSoldadura por arco con ncleo fundente

SOLDADURA FCAW(FLUX CORED ARC WELDING)Soldadura por arco con ncleo fundenteEs un proceso de soldadura por arco que aprovecha un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte y el charco de soldadura.El aspecto que distingue al proceso FCAW de otrosprocesosde soldadura por arco es la inclusin de ingredientes fundentes dentro de un electrodo dealimentacincontinua.

Clasificacin soldadura FCAWEl proceso FCAW tiene dos variaciones principales que difieren en su mtodo de proteccin del arco

FCAW SS (SELF SHIELDED)FCAW GS (GAS SHIELDED)

CLASIFICACIN FCAWUna de ellas, FCAW con autoproteccin, protege el metal fundido mediante la descomposicin y vaporizacin del ncleo fundente en el calor del arco.(FCAW SS) El otro tipo, la FCAW con escudo de gas, utiliza un flujo de gas protector adems de la accin del ncleo fundente.(FCAW GS)

FCAW - SS (Flux Cored Arc Welding - Self Shielded)

Soldadura por Alambre Tubular Auto-protegidoEs un alambre Tubular con fundente interno para proteger la soldadura.

FCAW - SS (AUTO PROTEGIDO)Ventajas:Para trabajo en campo abiertoNo necesita GasMejor propiedades mecnicasBuenos sobre aceros suciosBuenos en toda posicin de soldadura

FCAW - SS (AUTO PROTEGIDO)Limitaciones:Produce mucho humoProduce salpicadurasProduce escoriaSe debe romper la punta del alambre para re-comenzarFCAW - GS Flux Cored Arc Welding - Gas Shielded

Soldadura con doble proteccin.Se usa con un gas para proteccin adicional.

FCAW-GSVentajas

Apariencia del cordn excelenteMuy poca salpicaduraPropiedades mecnicas excelentesAlta eficiencia (+90%)Buenos en toda posicin de soldadura

FCAW-GSLimitaciones Produce humoMenos portabilidad por el uso de gasPuede ser afectado por las brisas Produce escoriaSe limita a grandes espesoresFCAW WELDING FCAW-SS FCAW-GS

EQUIPO FCAW-SSFuente de poder de voltaje Constante (CV)Alimentador de alambre de velocidad constantePistola y cablesElectrodo de alambre tubular consumible

EQUIPO FCAW-GSFuente de poder de voltaje constante (CV)Alimentador de alambre de velocidad constantePistola y cablesJuego de mangueras, conexiones, y cilindro de gasElectrodo de alambre tubular.

FCAW- PISTOLAS FCAW-SS FCAW-GS

FCAW-FUNCIONES DEL FUNDENTEForma una cubierta protectora de gases y humos. Permiten una penetracin profundaProvee de elementos que mejoran las propiedades mecnicasProduce una cubierta de escoria que: Protege la soldadura Le da forma al cordn de soldadura

FCAW-ELEMENTOS QUMICOS Y SU FUNCINAluminio Desoxida y desnitrificaCalcioProduce proteccin y forma escoriaCarbonoAumenta la dureza y resistencia a la traccinManganeso Desoxida y aumenta la resistencia a la traccinMolibdeno Aumenta la dureza y resistencia a la traccinNquelMejora la dureza, tenacidad, resistencia a la traccin y corrosinSodio y Potasio Estabiliza el arco y forma escoriaSilicio Desoxida y forma escoriaTitanio Desoxida, Desnitrifica y estabiliza el arco

FCAW-GASES PROTECTORESEl gas que acta como proteccin es inerte, es decir, que no acta de manera activa en el propio proceso, y por tanto, muy estable.El dixido de carbono (C02) es el gas protector ms utilizado para soldadura por arco con ncleo de fundente. Dos ventajas de este gas son su bajo costo y la penetracin profunda que permite lograr.

Proceso de arco GTAWG.T.A.W. = Gas Tungsten Arc WeldingTIG = Tungsten Inert GasRequiere una Fuente de Poder de Corriente Constante Usa un electrodo no-consumible de Tungsteno Requiere de un Gas Inerte Se puede no usar material de aporte Se usa AC para Aluminio y MagnesioLa corriente DC- se usa para el resto de los materiales Casi nunca se usa DC+

Proceso GTAWProceso que produce coalescencia de metales calentndolos por con un arco elctrico entre un electrodo de tungsteno (no consumible) y la pieza de trabajo. El proceso es usado con un gas de proteccin suministrado desde un contenedor y sin la aplicacin de presin.

Ventajas en GTAW El proceso puede usarse en todas las posiciones.No hay escoria No hay salpicadura Es Excelente para espesores finos Se pueden soldar casi todos los metalesAlta calidad de soldaduraSe requiere muy poca limpieza despus de soldar Limitaciones en GTAW Disminuye la portabilidad (Cilindros de gases)El material base debe estar limpio Baja tasa de deposito No se recomiendo al aire libre por la brisaProceso lentoPolaridad del electrodoPolaridad DC+30% del calor sobre la pieza 70% del calor sobre el electrodo Penetracin baja o poco profundaBaja capacidad del electrodo (un electrodo de 1/8 in trabajar a no mas de 120 Amps)Polaridad del electrodoPolaridad DC-70% del calor sobre la pieza 30% del calor sobre el electrodoPenetracin profunda y angostaExcelente capacidad del electrodo (un electrodo 1/8 in trabajar a 400 amps)

Polaridad del electrodoCorriente AC50% del calor sobre la pieza50% del calor sobre el electrodo Penetracin mediaBuena capacidad del electrodo(un electrodo de 1/8in trabajara a 225 AmpsComponentes de un equipo GTAWFuente de poder de corriente constante Antorchas CablesElectrodo no consumibleMaterial de aporte opcionalCilindro, mangueras y flujmetro

Alta frecuenciaUna alta frecuencia sobre impuesta sobre la corriente de soldadura.Esto permite al arco comenzar sin tocar con el electrodo al material base Al comienzo solamente, cuando se solda con DCContinua cuando se usa ACApagada al soldar por electrodo manual o TIG por toque.

Electrodo de Tungsteno Para soldar con DC-, esmerilar la punta del electrodo en forma de punta de lpizNo se debe afilar la puntaEl ngulo cnico = 2-3 veces el dimetro del electrodo

Electrodo de TungstenoLa forma de la punta del electrodo en DC+, debe ser en forma de bolita Esa bolita no debe de mayor dimetro que el del electrodo de tungsteno

Clasificacin AWS para material de aporteElectrodo Varilla desnuda70,000 Lb/pul2. mn. Resistencia a la TraccinSlidoCantidad de elementos tales como: Silicio, Manganeso y/o Aluminio, Zirconio y Titanio X=2,3,4,6 o 7

ER70S-XVarillas de aporte segn AWSAcero al carbnAcero inoxidableAluminio Bronce silicio

Caracterstica del aporteAcero al carbono para TIGER70S-2 -Varilla desoxidada triple (Si, Mn, Al, Zr, Ti), produce soldaduras de calidad excelente sobre la mayora de superficies.-Permite la soldadura sobre algo de xidos, cascarilla y suciedad.-El charco de soldadura es menos lquido para poder soldar mejor fuera de posicin.ER70S-3 -Varilla de alta calidad con contenidos medios de Mn y Si para fabricacin general en aceros limpios.ER70S-6 -Varilla de alta calidad con contenidos mayores de Mn y S. -Mejora las propiedades mecnicas y apariencia del cordn. -Aumenta la dureza.

Caracterstica del aporteAcero al carbono para TIGER70S-2 -Varilla desoxidada triple (Si, Mn, Al, Zr, Ti), produce soldaduras de calidad excelente sobre la mayora de superficies.-Permite la soldadura sobre algo de xidos, cascarilla y suciedad.-El charco de soldadura es menos lquido para poder soldar mejor fuera de posicin.ER70S-3 -Varilla de alta calidad con contenidos medios de Mn y Si para fabricacin general en aceros limpios.ER70S-6 -Varilla de alta calidad con contenidos mayores de Mn y S. -Mejora las propiedades mecnicas y apariencia del cordn. -Aumenta la dureza.

Caracterstica del aporte Acero inoxidable para TIGER308/308L-Para la unin de aceros austenticos comunesBuena en soldadura de aceros inoxidables. Para piezas donde existe corrosin activa por sustancias orgnicas, reactivos y fermentos.ER309/309L -Para la unin de aceros austenticos inoxidables de alta aleacinPara reconstruccin de partes de mquinas sometidas a corrosin y temperaturas, como turbinas, compresores, etc.ER316/316L -Para alta resistencia a la agrietadura y revestimientosPara trabajos de soldadura en unin y revestimiento. Fabricacin de reactores, intercambiadores de calor, tuberas, digestores y recipientes.Caracterstica del aporte Aluminio para TIG :ER4043 - Aluminum Aleado con Silicio -Diseado para soldar aleaciones de aluminio tratables trmicamente de las series 6000 - No es recomendado para soldar aleaciones de Aluminio-Magnesio ER5356 - Aluminio Aleado con Magnesio - Es el material de aporte aleado ms comn - Buena resistencia a la traccin y compatible con la mayora de las aleaciones - No es recomendado para aplicaciones donde la temperatura de servicio excede los 150oFUso Construccin de tuberas, vlvulas, coples y conexiones, intercambiadores de calor

Gases usados en GTAWArgnHelioMezclas de argn/helioMezclas de argn/hidrogenoMezclas de argn/nitrogeno Gases usados en GTAWLos gases inertes Argn y Helio son los ms populares, pero cualquier gas inerte puede ser usadoVentajas del Argn:Produce un arco suave y estableTiene una accin limpiadora en AC Es el gas ms abundante y de bajo costoSe pueden usar bajos flujosMejor resistencia a las rfagas de aireGases usados en GTAWVentajas del Helio:Zona afectada por el calor ms pequeaEl arco es ms caliente que con el Argn (1.7 veces)Se recomienda el He y mezclas de Ar/He para: Espesores gruesos Materiales que tienen alta conductividad trmica y altos puntos de fusinAltas velocidades de soldadura

Gases usados en GTAWVentajas del Hidrgeno: Cuando se aade al Argn, se obtienen las siguientes ventajas:Produce un arco ms angostoProduce soldaduras ms limpiasSe puede soldar ms rpidoMayor profundidad de penetracinRecomendado para soldar aceros austenticos inoxidables y algunas aleaciones de NiquelPrecaucin: mezclas de Ar/H aumenta el riesgo de agrietadura por hidrgeno y porosidad , especialmente en mltiples pasos.

Gases usados en GTAWVentajas del Nitrgeno:Produce mayor energa en el material baseExcelente para soldar CobrePrecaucin: Las mezclas de Ar/N no se deben usar para soldar materiales ferrosos debido a la absorcin de Nitrgeno en el depsito. Esto causar prdida de resistencia a la traccin y porosidad.

Proceso SAWSAW = Submerged Arc Welding Use una fuente de poder C.V. en modo SAW Un alambre que usa un fundente en polvo como proteccin externaDebe usarse polaridad DCEP (DC+), generalmenteRara vez se usa polaridad DECN (DC-)Rara vez se usa AC

Proceso SAWSe produce un arco elctrico entre un electrodo consumible de metal de aporte y el metal base formando un charco de soldadura, el cual esta sumergido en un manto de fundente granular o en polvo que lo protege del aire.

VentajasAltas tasas de deposicinAlta penetracin Soldaduras de bajo contenido de hidrgenoAltas velocidades de soldaduraBuena apariencia del cordnExcelente calidad de soldadura

DesventajasPortabilidad (requiere de un fundente externo)Soldadura plana u horizontal, solamente (debido a que el fundente trabaja por gravedad)Es necesario un adiestramiento en el procesoSe requieren uniones cerradasEl fundente es abrasivo y desgastar partes de equipos automticosEl fundente necesita de un buen almacenamiento y proteccinCrea escoria

Equipo automticoFuente de poder de voltaje constante (CV)Alimentador de alambre de velocidad constante y caja de controlCarro de transporte, tractor o manipuladorCabezal de contactoAlambre consumible y fundente

Fuente de Poder de Voltaje ConstanteEl circuito elctrico consta de fuente de poder, alimentador de alambre, cables de tierra y electrodoEl voltaje es proporcional a la altura del arcoLa corriente cambia dramticamente para mantener la altura del arco constante = Autoregulacion

Corriente Directa - Electrodo PositivoDCEP (DC +) Usado en la mayora de las aplicacionesAlta penetracin (para una misma velocidad de alimentacin de alambre)Se prefiere en soldaduras circunferencialesEl calor se concentra en el metal baseSe mejora la resistencia a la porosidad

Corriente Directa - Electrodo NegativoDCEN (DC -) Se usa en menos aplicacionesMenor penetracin (para una misma velocidad de alimentacin de alambre) Aumenta la tasa de deposicin en un 30%Se suele usar para recubrimientos de superficies y soldadura de filetes

Corriente AlternaSe suele usar para sistemas de arcos mltiplesSe reducen los problemas por soplo de arcoSe balancean la penetracin y la deposicinSe balancean las caractersticas de DC+ y DC-

Tasa de Deposicin para una misma Corriente

Alimentadores de Alambre

TractoresEl tractor se desplaza sobre rieles o sobre el material baseEs porttil (ideal para astilleros, tanques, etc.)Es compactoEs auto-propulsado Una persona puede operarlo

Arco SimpleEl ms sencilloPuede ser Automtico o SemiautomticoSe usa con Carro Transportador, Manipulador, Tractor o ManualDC +, DC - o ACSe usan alambres hasta de 7/32 de dimetro

Tipos de fundenteAglomeradosVentajasDesoxidantes aadidos fcilmente Menos consumo de fundente en el arcoFundentes muy bsicos con excelentes propiedades de impacto

LimitacionesSon ms higroscpicos

FundidosVentajasGranos ms finos pueden removerse fcil sin que hallan cambios en su composicin qumicaMenos higroscpicos

LimitacionesLos desoxidantes y aleantes son ms difciles de aadirEl rango de consumo de fundente est limitado Consumo de fundente ms alto

Clasificacin AWS de los Alambres para Acero al Carbono ElectrodoContenido de manganesoContenido nominal de carbonoContenido de silicioEM12KClasificacin AWS de alambres de baja aleacinElectrodo Tipo y cantidad de aleante Contenido de silicio ENi 1KSOLDADURA CON OXIACETILENOEs un procedimiento que permite unir metales, utilizando el calor producido por la combustin de los gases oxgeno-acetileno u oxgeno- propano. Con estos proceso se puede soldar con o sin material de aporte.SOLDADURA CON OXIACETILENOEs un procedimiento que permite unir metales, utilizando el calor producido por la combustin de los gases oxgeno-acetileno u oxgeno- propano. Con estos proceso se puede soldar con o sin material de aporte.La composicin del aporte debe ser similar al de los metales base.El acetileno ( ) es el combustible ms popular entre el grupo de OFW porque soporta temperaturas ms altas que cualquiera de los otros, hasta 6300F(3480C).

GENERACION DE ACETILENOEl acetileno se produce en generadores de gas mediante la interaccin del agua y el carburo de calcio

De 1 Kg. de carburo de calcio se desprenden 270 litros de acetileno.

Generadores porttiles; tienen una dimensin pequea y su rendimiento es hasta 3 000 lt. de acetileno por hora.

Generadores estacionarios; su rendimiento alcanza hasta 50 000 lt de gas por hora

BOTELLA DE ACETILENOEstn fabricadas de acero estirado

est rellenada con una masa porosa (carbn vegetal, asbesto y otros) empapadas de acetona en la cual est diluido el acetileno.

Las botellas de acetileno se pintan de blanco.

OXIGENOSe obtiene del aire o por medio de electrolisis del agua.

Su pureza no debe ser menor del 99 %.

Se transporta en botellas (edo gaseoso)

Se transporta en tanques (edo liquido)

Las botellas son de acero estirado y se pintan de azul

TIPOSAlta presin. Cuando el acetileno trabaja a una presin , que varia entre 0.3 a0.5 kg/cm2 (4.26 a 7.1 lb/pulg2 ) Media presin. Cuando el acetileno trabaja a una presin , que varia entre 0.1 a0.3 kg/cm2 (1.42 a 4.26 lb/pulg2 ) Baja presin. Cuando el acetileno trabaja a una presin comn descontando la s prdida de las vlvulas y los conductos. Prcticamente no tiene aplicacin.EQUIPO1.- Cilindro de Oxgeno 2.- Cilindro de acetileno 3.- Vlvulas 4.- Regulador para Oxigeno 5.- Regulador para acetileno 6 .- Mangueras 7.- Soplete 8.- boquilla 9.- Carro Transporte

VENTAJASMediante esta combinacin, se alcanza alta temperatura de llama. Suelda materiales ferrosos y no ferrosos.

DESVENTAJAS

Es un proceso ms caro que el de oxigeno propano. Produce deformaciones por la gran concentracion de calor, por lo tanto no es recomendable para ciertos trabajos. La soldadura en espesores gruesos resulta antieconmico.