SOLDADURA.
OBJETIVOS:
El objetivo fundamental es el conocimiento tecnológico de la soldadura
como proceso de unión de materiales tanto de cara a la ingeniería de
fabricación, como a la ingeniería de las construcciones industriales.
Para la consecución del objetivo global pueden ser considerados los siguientes
objetivos parciales:
· Estudio de la soldadura como
proceso de fabricación e identificación de los distintos procesos de soldadura
de los aceros.
· Fundamentos de los distintos
procesos de soldadura y en el conocimiento de equipos y materiales de
aportación para cada uno de ellos.
· Desarrollo de los procesos de
unión en cada situación tecnológica.
· Estudio de la soldabilidad de una
junta a tope en posición plana
· Identificación de los fundamentos
de los métodos de inspección y ensayo de las uniones soldadas y análisis de la
defectología de las mismas.
SOLUCIÓN:
·
Contar
con conocimiento sobre soldadura para poder desarrollar la operación.
·
Contar
con conocimiento sobre máquinas de soldadura: uso, instalación y energía con la
que trabaja esta.
·
Contar
con conocimiento de seguridad y seguridad industrial.
·
Por
medio de un diagrama de flujo se
explicar todo el proceso de soldabilidad de una junta a tope.
·
Posteriormente
con la parte teórica y lo aprendido se procederá a la parte práctica los que
puedan.
MARCO TEORICO.
Soldadura.
La soldadura es un proceso de
fabricación en
donde se realiza la unión de dos o más piezas de un material, (generalmente metales otermoplásticos),
través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas mediante el agregado de un material de aporte (metal o plástico),
que, al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a soldar
(el baño de soldadura) y, al enfriarse, se convierte en una
unión fija a la que se le denomina cordón. A veces se utiliza conjuntamente
presión y calor, o solo presión por sí misma, para producir la soldadura. Esto
está en contraste con la soldadura blanda (en inglés soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing), que implican el derretimiento de un
material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para formar un enlace
entre ellos, sin fundir las piezas de trabajo.
Muchas fuentes de energía diferentes pueden ser usadas para la
soldadura, incluyendo una llama de gas, un arco eléctrico,
un láser,
un rayo de electrones,
procesos de fricción o ultrasonido.
La energía necesaria para formar la unión entre dos piezas de metal
generalmente proviene de un arco eléctrico.
La
soldadura con frecuencia se realiza en un ambiente industrial, pero puede
realizarse en muchos lugares diferentes, incluyendo al aire libre, bajo del
agua y en el espacio.
Independientemente de la localización, sin embargo, la soldadura sigue siendo
peligrosa, y se deben tomar precauciones para evitar quemaduras, descarga eléctrica, humos venenosos, y la sobreexposición a la luz ultravioleta.
Hasta el
final del siglo XIX, el único proceso de soldadura era la soldadura de fragua, que los herreros han usado por
siglos para juntar metales calentándolos y golpeándolos. La soldadura por arco y la soldadura a gas estaban entre los primeros procesos en
desarrollarse tardíamente en ese mismo siglo, siguiendoles, poco después, la soldadura por
resistencia y soldadura eléctrica. La tecnología de la soldadura avanzó
rápidamente durante el principio del siglo XX mientras que la Primera Guerra
Mundial y
la Segunda Guerra
Mundial condujeron
la demanda de métodos de unión fiables y baratos. Después de las guerras,
fueron desarrolladas varias técnicas modernas de soldadura, incluyendo métodos
manuales como la Soldadura manual de
metal por arco, ahora
uno de los más populares métodos de soldadura, así como procesos
semiautomáticos y automáticos tales como Soldadura GMAW, soldadura
de arco sumergido, soldadura de arco con núcleo de fundente y soldadura por electroescoria. Los progresos continuaron con la
invención de la soldadura por rayo
láser y
la soldadura con rayo
de electrones a mediados del siglo XX. Hoy en día,
la ciencia continúa avanzando. La soldadura robotizada está llegando a ser corriente en las
instalaciones industriales, y los investigadores continúan desarrollando nuevos
métodos de soldadura y ganando mayor comprensión de la calidad y las
propiedades de la soldadura.
Sistemas de soldadura
Soldadura eléctrica
Se trata
del uso de la electricidad como fuente de energía para la unión metálica, sin
requerir de material de aporte.
Soldadura por arco
Se trata,
en realidad, de distintos sistemas de soldadura, que tienen en común el uso de
una fuente de alimentación eléctrica. Ésta se usa para generar un arco voltaico
entre un electrodo y el material base, que derrite los metales en el punto de
la soldadura. Se puede usar tanto corriente continua (CC) como alterna (AC), e incluyen electrodos
consumibles o no consumibles, los cuales se encuentran cubiertos por un
material llamado revestimiento. A veces, la zona de la soldadura es protegida
por un cierto tipo de gas inerte o semi inerte, conocido como gas de protección, y, en ocasiones, se usa un material
de relleno.
Soldeo blando y fuerte
El soldeo
blando y fuerte es un proceso en el cuál no se produce
la fusión de los metales base, sino únicamente del metal de aportación. Siendo
el primer proceso de soldeo utilizado por el hombre, ya en la antigua Sumeria.
Distintos sistemas de
soldadura
Uno de los
tipos más comunes de soldadura de arco es la soldadura manual con electrodo revestido (SMAW, Shielded Metal Arc Welding), que también es conocida como
soldadura manual de arco metálico (MMA) o soldadura de electrodo. La corriente
eléctrica se usa para crear un arco entre el material base y la varilla de
electrodo consumible, que es de acero y está cubierto con un fundente que protege
el área de la soldadura contra la oxidación y la contaminación, por medio de la
producción del gas CO2durante el proceso de la soldadura. El
núcleo en sí mismo del electrodo actúa como material de relleno, haciendo
innecesario un material de relleno adicional
.
El proceso
es generalmente limitado a materiales de soldadura ferrosos, aunque electrodos
especializados han hecho posible la soldadura del hierro fundido
, níquel
, aluminio
, cobre , acero inoxidable y de otros metales.
La soldadura de arco
metálico con gas (GMAW, Gas Metal Arc Welding), también
conocida como soldadura de metal y gas inerte o por las siglas en inglés MIG
(Metal Inert Gas) y MAG (Metal Active Gas), es un proceso semiautomático o automático que usa una
alimentación continua de alambre como electrodo y una mezcla de gas inerte o
semi-inerte para proteger la soldadura contra la contaminación. Como con la
SMAW, la habilidad razonable del operador puede ser alcanzada con entrenamiento
modesto. Puesto que el electrodo es inyectado de forma continua, las
velocidades de soldado son mayores para la GMAW que para la SMAW. También, el
tamaño más pequeño del arco, comparado a los procesos de soldadura de arco metálico protegido, hace más fácil hacer las soldaduras
en posturas complicadas (ej, empalmes en lo alto, como sería soldando por
debajo de una estructura).
Un
proceso relacionado, la soldadura de arco de
núcleo fundente (FCAW), usa un equipo similar al GMAW pero
utiliza un alambre que consiste en un electrodo de acero relleno de un material
en polvo. Este alambre nucleado es más costoso que el alambre sólido estándar y
puede generar humos y/o escoria, pero permite incluso una velocidad más alta de
soldadura y mayor penetración del metal.
La soldadura de arco,
tungsteno y gas (GTAW), o soldadura de tungsteno y gas
inerte (TIG) (también a veces designada erróneamente como soldadura heliarc), es un proceso manual de soldadura
que usa un electrodo de tungsteno no consumible, una mezcla de gas
inerte o semi-inerte, y un material de relleno separado. Especialmente útil
para soldar materiales finos, este método es caracterizado por un arco estable
y una soldadura de alta calidad, pero requiere una significativa habilidad del
operador y solamente da velocidades de trabajo relativamente bajas.
La GTAW puede
ser usada en casi todos los metales soldables, aunque es aplicada más a menudo
a aleaciones de acero inoxidable y metales livianos. Se usa en los
casos en que son extremadamente importantes las soldaduras de calidad, por
ejemplo en fabricación de cuadros de bicicletas, aviones y aplicaciones navales. Un proceso
relacionado, la soldadura
de arco de plasma,
también usa un electrodo de tungsteno pero utiliza un gas de plasma para hacer
el arco. El arco es más concentrado que el arco de la GTAW, haciendo el control
transversal más crítico y así generalmente restringiendo la técnica a un
proceso mecanizado.
La soldadura de arco sumergido (SAW) es un método de soldadura de alta
productividad en el cual el arco se genera inmerso en un fluido. Esto aumenta
la calidad del arco, puesto que los contaminantes de la atmósfera son
desplazados por dicho fluido. La escoria que forma la soldadura, generalmente,
sale por sí misma, y, combinada con el uso de una alimentación de alambre
continua, la velocidad de deposición de la soldadura es alta. Las condiciones
de trabajo mejoran mucho en comparación con otros sistemas de soldadura de
arco, puesto que el fluido oculta el arco y, así, casi no se produce ningún
humo. Este sistema es usado comúnmente en la industria, especialmente para
productos grandes y en la fabricación de recipientes de presión soldados. Otros procesos de soldadura de arco
incluyen la soldadura de
hidrógeno atómico, la soldadura
de arco de carbono,
la soldadura
de electroescoria, la soldadura
por electrogas, y la soldadura
de arco de perno.
Soldadura a gas
El proceso
más común de soldadura a gas es la soldadura
oxiacetilénica,
también conocida como soldadura autógena o soldadura oxi-combustible. Es uno de los más viejos y más
versátiles procesos de soldadura, pero en años recientes ha llegado a ser menos
popular en aplicaciones industriales. Todavía es usada extensamente para soldar
tuberías y tubos, como también para trabajo de reparación. El equipo es
relativamente barato y simple, generalmente empleando la combustión del
acetileno en oxígeno para producir una temperatura de la llama de soldadura de
cerca de 3100 °C. Puesto que la llama es menos concentrada que un arco
eléctrico, causa un enfriamiento más lento de la soldadura, que puede conducir
a mayores tensiones residuales y distorsión de soldadura, aunque facilita la
soldadura de aceros de alta aleación. Un proceso similar, generalmente llamado
corte de oxicombustible, es usado para cortar los metales. Otros métodos de la soldadura a gas,
tales como soldadura de acetileno y aire, soldadura de hidrógeno y oxígeno, y soldadura
de gas a presión son muy similares, generalmente
diferenciándose solamente en el tipo de gases usados. Una antorcha de agua a veces es usada para la soldadura de
precisión de artículos como joyería. La soldadura a gas también es usada en la soldadura de
plástico, aunque la
sustancia calentada es el aire, y las temperaturas son mucho más bajas.
Soldadura por resistencia
La soldadura por
resistencia implica
la generación de calor al atravesar la corriente eléctrica dos o más
superficies de metal. Se forman pequeños charcos de metal fundido en el área de
soldadura a medida que la elevada corriente (1.000 a 100.000 A)
traspasa el metal.
En general, los métodos de la soldadura por
resistencia son eficientes y causan poca contaminación, pero sus aplicaciones
son algo limitadas y el costo del equipo puede ser alto.
La soldadura por puntos es un popular método de soldadura por
resistencia usado para juntar hojas de metal solapadas de hasta 3mm de grueso. Dos electrodos son usados
simultáneamente para sujetar las hojas de metal juntas y para pasar la
corriente a través de ellas. Las ventajas del método incluyen el uso eficiente
de la energía, una limitada deformación de la pieza de trabajo, altas
velocidades de producción, fácil automatización, y el no requerimiento de
materiales de relleno. La fuerza de la soldadura es perceptiblemente más baja
que con otros métodos de soldadura, haciendo el proceso solamente conveniente
para ciertas aplicaciones. Es usada extensivamente en la industria de
automóviles -- Los coches ordinarios puede tener varios miles de puntos
soldados hechos por robots industriales. Un proceso especializado, llamado soldadura de choque, puede ser usado para los puntos de
soldadura del acero inoxidable.
Soldadura por rayo de
energía
Los
métodos de soldadura por rayo de energía, llamados soldadura por rayo
láser y soldadura con rayo
de electrones, son
procesos relativamente nuevos que han llegado a ser absolutamente populares en
aplicaciones de alta producción. Los dos procesos son muy similares, diferenciándose
más notablemente en su fuente de energía. La soldadura de rayo láser emplea un
rayo láser altamente enfocado, mientras que la soldadura de rayo de electrones
es hecha en un vacío y usa un haz de electrones. Ambas tienen una muy alta
densidad de energía, haciendo posible la penetración de soldadura profunda y
minimizando el tamaño del área de la soldadura. Ambos procesos son
extremadamente rápidos, y son fáciles de automatizar, haciéndolos altamente
productivos. Las desventajas primarias son sus muy altos costos de equipo
(aunque éstos están disminuyendo) y una susceptibilidad al agrietamiento. Los
desarrollos en esta área incluyen la soldadura
de láser híbrido, que
usa los principios de la soldadura de rayo láser y de la soldadura de arco para
incluso mejores propiedades de soldadura.
Soldadura de estado sólido
Como el
primer proceso de soldadura, la soldadura de fragua, algunos métodos modernos
de soldadura no implican derretimiento de los materiales que son juntados. Uno
de los más populares, la soldadura
ultrasónica, es usada
para conectar hojas o alambres finos hechos de metal o
termoplásticos, haciéndolos vibrar en alta frecuencia y bajo alta presión. El
equipo y los métodos implicados son similares a los de la soldadura por
resistencia, pero en vez de corriente eléctrica, la vibración proporciona la
fuente de energía. Soldar metales con este proceso no implica el derretimiento
de los materiales; en su lugar, la soldadura se forma introduciendo vibraciones
mecánicas horizontalmente bajo presión. Cuando se están soldando plásticos, los
materiales deben tener similares temperaturas de fusión, y las vibraciones son
introducidas verticalmente. La soldadura ultrasónica se usa comúnmente para
hacer conexiones eléctricas de aluminio o cobre, y también es un muy común
proceso de soldadura de polímeros.
Calidad
Muy a
menudo, la medida principal usada para juzgar la calidad de una soldadura es su
fortaleza y la fortaleza del material alrededor de ella. Muchos factores
distintos influyen en esto, incluyendo el método de soldadura, la cantidad y la
concentración de la entrada de calor, el material base, el material de relleno,
el material fundente, el diseño del empalme, y las interacciones entre todos
estos factores. Para probar la calidad de una soldadura se usan tanto ensayos no
destructivos como ensayos destructivos, para verificar que las soldaduras
están libres de defectos, tienen niveles aceptables de tensiones y distorsión
residuales, y tienen propiedades aceptables de zona afectada por el calor
(HAZ). Existen códigos y especificaciones de soldadura para guiar a los
soldadores en técnicas apropiadas de soldadura y en cómo juzgar la calidad
éstas.
Zona afectada térmicamente
Los efectos de soldar pueden ser
perjudiciales en el material rodeando la soldadura. Dependiendo de los
materiales usados y la entrada de calor del proceso de soldadura usado, la zona
afectada térmicamente (ZAT) puede variar en tamaño y fortaleza. La difusividad térmica del material base es muy importante -
si la difusividad es alta, la velocidad de enfriamiento del material es alta y
la ZAT es relativamente pequeña. Inversamente, una difusividad baja conduce a
un enfriamiento más lento y a una ZAT más grande. La cantidad de calor
inyectada por el proceso de soldadura también desempeña un papel importante,
pues los procesos como la soldadura oxiacetilénica tienen una entrada de calor
no concentrado y aumentan el tamaño de la zona afectada. Los procesos como la
soldadura por rayo láser tienen una cantidad altamente concentrada y limitada
de calor, resultando una ZAT pequeña. La soldadura de arco cae entre estos dos
extremos, con los procesos individuales variando algo en entrada de calor.28 29 Para calcular el
calor para los procedimientos de soldadura de arco, puede ser usada la
siguiente fórmula:
en donde
El
rendimiento depende del proceso de soldadura usado, con la soldadura de arco de
metal revestido teniendo un valor de 0,75, la soldadura por arco metálico con
gas y la soldadura de arco sumergido, 0,9, y la soldadura de arco de gas
tungsteno, 0,8.
Distorsión y agrietamiento
Los
métodos de soldadura que implican derretir el metal en el sitio del empalme son
necesariamente propensos a la contracción a medida que el metal calentado se
enfría. A su vez, la contracción puede introducir tensiones residuales y tanto
distorsión longitudinal como rotatoria. La distorsión puede plantear un
problema importante, puesto que el producto final no tiene la forma deseada.
Para aliviar la distorsión rotatoria, las piezas de trabajo pueden ser
compensadas, de modo que la soldadura dé lugar a una pieza correctamente
formada.31 Otros métodos de limitar la
distorsión, como afianzar en el lugar las piezas de trabajo con abrazaderas,
causa la acumulación de la tensión residual en la zona afectada térmicamente
del material base. Estas tensiones pueden reducir la fuerza del material base,
y pueden conducir a la falla catastrófica por agrietamiento frío, como en el
caso de varias de las naves Liberty. El agrietamiento
en frío está limitado a los aceros, y está asociado a la formación del martensita mientras que la soldadura se enfría.
El agrietamiento ocurre en la zona afectada térmicamente del material base.
Para reducir la cantidad de distorsión y estrés residual, la cantidad de
entrada de calor debe ser limitada, y la secuencia de soldadura usada no debe
ser de un extremo directamente al otro, sino algo en segmentos. El otro tipo de
agrietamiento, el agrietamiento
en caliente o
agrietamiento de solidificación, puede ocurrir en todos los metales, y sucede
en la zona de fusión de la soldadura. Para disminuir la probabilidad de este
tipo de agrietamiento, debe ser evitado el exceso de material restringido, y
debe ser usado un material de relleno apropiado.
Soldabilidad
La calidad
de una soldadura también depende de la combinación de los materiales usados
para el material base y el material de relleno. No todos los metales son
adecuados para la soldadura, y no todos los metales de relleno trabajan bien con
materiales base aceptable. Hay que tener en cuenta el 60% del espesor base
menor de las placas a unir para uso de uno de los catetos de la soldadura.
PROCEDIMIENTO
DE SOLDADURA
SOLDADURA A TOPE
1.
Preparación
del equipo de soldadura dependiendo del proceso de soldadura (SMAW, GMAO, GTAO,
SAW, etc.) se escogerá el equipo con el que se vaya a trabajar, para
ejemplificar nosotros estaremos trabajando con SMAW ya que todos los procesos
no usan los mimos materiales y las mismo
procedimiento de soldeo.
2.
Preparación
del lugar de trabajo , dependiendo del material que se vaya a soldar ,humedad ,
aire , etc. factores ambientales que pueden causar efectos secundarios en la
soldadura.
3.
Preparación
del soldador, uniforme y materiales adicionales que se usaran antes, durante y
después de la soldadura.
4.
Preparación
del material base (material a soldar) y el material de aporte(material con el
que se va a soldar):
a)
Seleccionar
el electrodo de acuerdo a la posición a soldar y el material a soldar
b)
Preparación
de bordes establecidos según normal para la soldadura a tope
c)
Apuntalar
para mantener la junta según lo preestablecido antes de soldar
5.
Soldar
unión:
a)
Iniciar
el arco a unos 15 mm del extremo , retroceder y continuar la soldadura desde el
punto , mantener el arco e ir avanzando parcialmente con forme el electrodo se
va gastando.
b)
Inclinar
el electrodo en dirección al avance de 45º a 70º.
c)
Para
darle forma al cordón de soldadura con forme se va a avanzando se le da
movimiento oscilantes para que el cordón de soldadura posea un mejor
penetración y evitar que el material se recaliente.
d)
Una
vez terminado el cordón de soldadura, queda una capa de escoria recubriendo el
cordón, proceder a retirar la escoria con la ayuda de un piquete o cincel.
e)
Limpiar
el cordón con un cepillo metálico para quitarle las impurezas diminutas.
6.
Atreves
de ensayos destructivos o no destructivos verificar que la soldadura sea de
calidad y posea errores según norma.
Algoritmo:
El algoritmo, es un
Sistema la cual consiste en un conjunto de partes interconectadas
entre sí que forman un todo. El algoritmo sigue el
principio básico de un Sistema, está compuesta por tres elementos o componentes básicos
que son:
Entrada: Es
la introducción de datos para ser transformados.
Proceso: Es
el conjunto de operaciones a realizar para dar solución al problema.
Salida: Son
los resultados obtenidos a través del proceso.
En el caso
de nuestro proceso de soldadura tenemos que:
Entrada: seria
todos los materiales que se necesitan y estarán presentes en el momento de
soldar
Proceso:
el proceso es la soldadura de la junta.
Salida: es
la junta ya saldada y revisada atraves de ensayos para que cumpla con los requerimientos según norma.
DIAGRAMA DE FLUJO
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