Analisis de uniones de aleaciones con MIG robotizado.

CAPÍTULO I

Introducción

El proyecto “Análisis metalúrgico y mecánico de uniones de aleaciones por proceso MIG robotizado, aplicados en industrias automotriz y aeroespacial” tuvo lugar en las instalaciones de la Corporación Mexicana de Investigación de Materiales S.A de C.V complementando estudios previos realizados en la empresa, referentes a qué método utilizar al soldar mediante el proceso GMAW, una aleación de aluminio.

La complementación de estudios anteriores constó en la comparación de los resultados de trabajados obtenidos en soldaduras con diferentes parámetros, se seleccionaron los parámetros necesarios para poder aplicar con el proceso MIG, y así poder automatizar el proceso, programando un brazo robot de la marca KUKA serie KR 16 para soldar probetas de aluminio de la serie AA6061, con juntas a tope en modo bisel.

Análisis de la Situación

1.2.1. Antecedentes

COMIMSA es un centro público de investigación perteneciente al sistema CONACYT, creado a finales de 1991 a partir de la infraestructura física y humana de lo que fuera el IMIS (Instituto Mexicano de Investigaciones Siderúrgicas).

COMIMSA enfoca sus actividades de investigación y desarrollo tecnológico bajo el concepto de mercado y con criterios de rentabilidad, de ahí su figura jurídica S.A de C.V

COMIMSA ha desarrollado un modelo de actuación innovador, el cual le permite no solo operar con autosuficiencia financiera, sino que además logra una verdadera vinculación con el sector industrial, con el sector académico y con otros centros de investigación.

La corporación Mexicana de Investigación en Materiales, tiene dentro de su objeto social, entre otros, el formular, ejecutar e impartir programas para estudios de ingenierías, especialidades, maestrías, doctorados y posgrados en general, de conformidad con la ley de Ciencia y Tecnología y las demás disposiciones jurídicas y administrativas aplicables.

1.2.2. Área de oportunidad

Desde el invento del automóvil la industria automotriz ha utilizado una serie grande de materiales con la finalidad de optimizar el desempeño de los mismos.

La producción ligera ha utilizado de igual manera una gran variedad de materiales para la elaboración de componentes automotrices, los cuales deben contar con las propiedades adecuadas para igualar o superar la eficiencia de los materiales convencionales, tales como el acero, este último el más utilizado en la industria automotriz y en el cual se ha invertido más tiempo en optimizarlo.

Hoy en día se busca innovar en otro tipo de materiales que cuenten con las características de los aceros para que brinden mayor seguridad y menos peso, tal es el caso del aluminio.

Teniendo el aluminio como material adecuado que reúne todas las características, se empezó a trabajar en él, sustituyendo gran parte de la carrocería de los automóviles con este material, el nuevo reto sería la unión de estas piezas entre sí, mediante un proceso de soldadura que sea eficiente y capaz de resultar en una soldadura sana, con buenas propiedades mecánicas.

Como ya es sabido la industria automotriz tiene uno de los primeros lugares en utilizar procesos automatizados, con la finalidad de reducir los costes por personal y reducir los tiempos de trabajo, optimizando el trabajo y la calidad del producto, y beneficiando la economía y rendimiento de la compañía, por esto la necesidad de automatizar en un proceso automotriz, la aplicación de soldadura.

1.2.3. Evaluación Diagnóstica

Fortalezas

La automatización del proceso de soldadura con MIG, mediante el brazo robot KUKA serie KR 16 ayudará a reducir los costes por personal de la fabricación, viéndose favorecido también la calidad y el tiempo de producción en las líneas de ensamble. Añadiendo que el material a soldar será el aluminio que presenta alta resistencia a la corrosión y es totalmente reciclable. Debilidades

Al tratar con un material muy delicado como el aluminio, es necesario trabajar con sumo cuidado para no dañar su estructura y propiedades mecánicas, así que será necesario precalentar para evitar fisuras en la soldadura y eliminar la capa de alumina, que se forma al contacto con el oxígeno antes de ser soldado, lo que puede afectar en el tiempo de producción.

Oportunidades

La industria automotriz es una de las principales industrias en automatizar los procesos de producción para beneficio de costes y tiempo, automatizar un proceso de soldadura de aluminio ayudará a que éste sustituya al acero, dando menor peso a los objetos conservando la misma eficacia.

Amenazas

Un precalentamiento arriba de los 110° puede producir deformaciones en la pieza, conforme se vaya soldando debido a que el aluminio se dilata el doble que el acero.

1.3 Justificación

La meta de la industria automotriz por encontrar un material ligero, en este caso el aluminio, se verán favorecidos en diferentes aspectos dentro de la industria, como que el material es considerablemente más ligero, y en algunos casos cuentan con propiedades aún mayores que las del acero, el costo de la obtención de éste es mayor, pero es compensado con los beneficios que aportan a largo plazo, el reducir el peso de los vehículos afecta directamente en el consumo de combustible, por lo tanto se reducen las emisiones de CO2.

Por lo anterior la industria automotriz ha usado como técnica para la disminución del peso de sus vehículos la implementación de materiales más ligeros, pero igual de resistentes que los convencionales, de ahí surge la necesidad de incursionar en la aplicación de aluminio en los componentes automotrices, ya que cuenta con las características adecuadas, además de que presenta alta resistencia a la corrosión y es totalmente reciclable.

Por esta razón se le ha dado mayor atención al aluminio en la industria automotriz, teniendo que adaptar el uso de este a los procesos necesarios que se deben realizar para la producción de automóviles, siendo el proceso de soldadura uno de estos, se requiere saber los parámetros correctos para realizar una soldadura sana en el material, y automatizar el proceso de soldadura con un brazo robot, da como resultado la disminución de tiempos en las líneas de producción.

1.4 Objetivos

1.4.1 Objetivo General

Desarrollar el estado del arte del proceso de soldadura por gas de arco de metal (GMAW) utilizando gases inertes (MIG), aplicado a componentes de aluminio serie 6061 utilizado en la industria automotriz, automatizando el proceso de soldado por medio de la programación de un brazo robot de la marca KUKA de la serie KR 16.

1.4.2 Objetivos Específicos

Investigar la variante del proceso GMAW para que proporcione mejor calidad en la unión de aluminio.

Técnicas de unión por medio de soldadura aplicables en aluminio 6061.

Analizar la microestructura resultante en la unión después de someterse al proceso de soldadura.

Asimilar el funcionamiento del panel de control (KCP) y dominarlo, para así lograr el manejo adecuado del robot por medio de éste.

Reconocer todas las funciones que se encuentran en la pantalla del KCP, las cuales se utilizan para llevar a cabo un programa.

Crear, ejecutar y modificar programas sencillos utilizando los movimientos básicos de programación (PTP, LIN, CIR) en modo usuario.

CAPÍTULO II

Desarrollo del Proyecto

2.1.1 Metodología

2.1.2 Marco Teórico

2.1.2.1 Propiedades del aluminio 6061

El aluminio es un metal ligero con una densidad de 2.70 g⁄〖cm〗^3 y un moderado punto de fusión de 655°C. Con una estructura cristalina cubica centrada en las caras, por lo cual la conformabilidad del aluminio y sus aleaciones son excelentes.

Debido a su naturaleza reactiva, el aluminio no se encuentra en su estado puro en la naturaleza, pero está presente en la corteza terrestre en formas de diferentes compuestos, de los cuales hay cientos de ellos, de estos destaca la bauxita. El metal puro rara vez se utiliza ya que es relativamente débil, así que por lo general se encuentra aleado principalmente con cobre, magnesio, manganeso, silicio y zinc.

El magnesio (Mg) aumenta la resistencia a través de la solución sólida y mejora la propiedad mecánica y deformación plástica.

El manganeso (Mn) aumenta la fuerza a través de la solución solida de fortalecimiento y mejora la capacidad de endurecimiento por deformación.

El cobre (Cu) da un aumento sustancial en la fuerza, permite la precipitación, endurecimiento, resistencia a la corrosión, reduce la ductilidad y soldabilidad.

El Silicio (Si) aumenta la resistencia y ductilidad, en combinación con el magnesio produce endurecimiento por precipitación.

El Zinc (Zn) aumenta considerablemente la resistencia, el endurecimiento por precipitación, puede causar corrosión bajo tensión.

Las aleaciones

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