Soldadura

Parametrizacion, productividad e influencia de los tipos de soldadura

Betancourt López Ricardo, Blanco Ochoa Hernán, Gil Rodríguez Kevin, Olivares de la Rosa Luis Ángel

Universidad del Atlántico, Facultad de ingeniería, programa Mecánica

Barranquilla – Colombia

Resumen

En nuestra investigación nos hemos adentrado en el mundo de los diferentes tipos de procesos de soldadura (SMAW, GMAW, GTAW, FCAW), en esta ocasión se analizará más afondo la composición química y física de cada una de las soldaduras sus diferencias, sus parámetros, su productividad, sus ventajas y desventajas en el campo de la ingeniería mecánica; además se analizarán cuál de los diferentes tipos de soldadura se pueden emplear en un material, dadas las condiciones de servicio de la estructura, la forma de cómo se debe emplear cada uno de los métodos.

Palabras Clave

Soldadura, estructura, parámetros.

Abstract

In our research we have entered in the world of various welding (SMAW, GMAW, GTAW, FCAW), in this time will be in-depth study the chemical and physical composition of each of the welds their differences, its parameters, its productivity, their advantages and disadvantages in the field of mechanical engineering, also will analyze which of the different types of welding can be used in a material, given the conditions of service of the structure, the method of how to use each of methods.

Keywords

Welding, structure, parameters.

Introducción

En la formación como Ingeniero Mecánico, es muy importante el análisis de los diferentes Procesos de Manufactura, los cuales nos proporcionan herramientas necesarias para la elaboración de todo tipo de productos en distintas clases de materiales. La manufactura no solo es la transformación de materiales en artículos de mayor valor, sino también es la aplicación de procesos químicos y físicos que alteran la geometría, las propiedades, o el aspecto de un determinado material para la elaboración de un producto.

En este caso nos enfocaremos en la soldadura que consiste en realizar la unión de dos materiales, (generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia, en la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y pudiendo agregar un material de relleno fundido.

Elementos del Trabajo y metodología

En el análisis de los diferentes tipos de procesos de soldadura (SMAW, GMAW, GTAW, FCAW), también tenemos que tener en cuenta algunos conceptos básicos tal como es el termino proceso, que se define como una serie de actividades, acciones o eventos organizados interrelacionados, orientadas a obtener un resultado específico y predeterminado, como consecuencia del valor agregado que aporta cada una de las fases que se llevan a cabo en las diferentes etapas por los responsables que desarrollan las funciones de acuerdo con su estructura orgánica.

 El proceso SMAW

En este proceso la unión metálica se da por el calor generado por un arco eléctrico, establecido entre el extremo del electrodo y la pieza a soldar fig.1.

Dentro de los términos asociados al proceso SMAW tenemos a él electrodo revestido fig.2, que constituye el metal de aporte de la soldadura y está formado por un núcleo central metálico conductor de la corriente eléctrica, llamado “alma”, recubierto por una capa no conductora de la corriente llamada “revestimiento”, constituida de polvos aglomerados adheridos al alma metálica.

Las funciones principales del revestimiento son las de proteger el metal fundido del aire que lo rodea, durante la transferencia a través del arco, y terminado el arco durante la solidificación del cordón, y aportar parte de los elementos que se transferirán a la pileta líquida para dar la composición química final de la misma.

Terminada la soldadura quedará sobre el cordón un depósito de escoria (residuos de la fusión del revestimiento más suciedades levantadas en el baño de soldadura).

El arco se inicia cuando la punta del electrodo toca el metal base (material a soldar), provocando un corto circuito que da lugar al paso de la corriente eléctrica, luego, se eleva el electrodo separándolo del metal base un par de milímetros, permitiendo de ese modo la formación del arco eléctrico.

Debido a la pequeña superficie por la cual pasa la corriente eléctrica la temperatura se eleva rápidamente en esa zona y se produce (por ionización) una estabilización del arco.

Establecido el arco eléctrico, el calor generado por el mismo produce la fusión tanto del metal base, como del extremo del electrodo.

A medida que se va consumiendo el electrodo se avanza con el mismo depositando el metal fundido sobre la superficie de la pieza, una vez solidificado el metal depositado forma el cordón de soldadura. La temperatura del arco eléctrico, medida en su parte central, es aproximadamente de unos 5000°C, esto produce la fusión casi instantánea del metal, generando pequeñas gotas de metal fundido en el extremo del electrodo que son transferidas a través del arco hacia la pileta líquida.

A través de los elementos que tiene incorporado el revestimiento podemos obtener, por un lado, dos tipos diferentes de protección del baño fundido (medio gaseoso y sólido), y por otro lado, la transferencia de alguno de esos elementos, desde el revestimiento hacia el metal depositado, que producen un incremento en las propiedades mecánicas de la soldadura, tales como las propiedades físicas y químicas y metalúrgicas.

1. Formación de cráter en el extremo del electrodo

2. Permitir la soldadura en posición contra la gravedad debido al efecto "sostén" que hace la escoria líquida sobre el metal fundido como consecuencia de la tensión superficial que posee la misma.

3. Influye sobre el aspecto y la forma del cordón depositado.

4. Proveer una protección gaseosa, producto de la descomposición de materias orgánicas del revestimiento, para proteger el arco eléctrico y el baño de fusión del aire circundante

5. El revestimiento contiene elementos desoxidantes que durante la fusión reaccionan con las impurezas (óxidos) presentes en la superficie formando compuestos que luego son transferidos o pasan a formar parte de la escoria, dejando el metal limpio.

6. Aporta elementos de aleación que permiten mejorar las propiedades mecánicas del metal aportado

Los diferentes tipos de revestimientos son: Celulósicos, Rutílicos, Básicos tabla 1.

En todo proceso de soldadura siempre existen problemas, uno de estos problemas y que con frecuencia nos encontramos es el soplo magnético del arco; este puede causar varios problemas de soldadura, incluyendo salpicaduras excesivas, fusión incompleta, porosidad y calidad inferior a la requerida. Para prevenir el soplo magnético el soldador tiene varios métodos para mitigar los efectos:

• Inclinar el electrodo a favor del arco.

• Poner la masa lo más cerca posible de donde soldamos.

• Bifurcar la masa. Colocar dos masas, separadas una de otra, en la misma pieza.

• Usar el electrodo adecuado a la aplicación.

• Si el problema no puede corregirse, y lo permite el consumible, se puede cambiar a utilizar corriente alterna.

 Proceso GTAW

La soldadura GTAW, es un proceso en el que se utiliza un electrodo de tungsteno, no consumible.fig.3.

El electrodo, el arco y el área que rodea al baño de fusión, están protegidos de la atmósfera por un gas inerte. Si es necesario aportar material de relleno, debe de hacerse desde un lado del baño de fusión.

Este proceso nos proporciona unas soldaduras excepcionalmente limpias y de gran calidad, debido a que no produce escoria. De este modo, se elimina la posibilidad de inclusiones en el metal depositado y no necesita limpieza final. La soldadura GTAW puede ser utilizada para soldar casi todo tipo de metales y puede hacerse tanto de forma manual como automática. La soldadura GTAW, se utiliza principalmente para soldar aluminio, y aceros inoxidables, donde lo más importante es una buena calidad de soldadura.

Para el proceso GTAW la corriente o la polaridad se determinan según el metal que se va a soldar, se puede utilizar CA, CCPD, CCPI.

Las maquinas para soldar con GTAW están equipadas con:

1. Una unidad de alta frecuencia

2. Un sistema de control para accionar las válvulas para gas y agua

En la tabla 2 se muestra los diferentes metales y fuentes de potencia que se deben emplear para soldarlos con GTAW.

El baño de fusión esta protegido por gases inertes, los dos con mas uso son el argón y el helio, inerte significa simplemente que un gas u otro elemento no reaccionan ni se combina con otros elementos.

El propósito del gas es proteger la soldadura y el electrodo contra la contaminación por la atmosfera ambiente. Es recomendable usar el argón porque se necesitan 2.5 veces más de helio para tener los mismos resultados, sin embargo, se prefiere el helio para la soldadura automática y semiautomática porque produce un arco más caliente y de mayor penetración.

Algunos fabricantes han experimentado con mezclas de argón-helio con excelentes resultados. Para la soldadura de aluminio y sus aleaciones, la mezcla de argón-helio permitirá mayores velocidades y mas penetración de la soldadura que con el argón por si solo.

Es probable que se produzca deformación del metal base si se utilizan secciones muy delgadas, por tanto, en

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