fundición y soldadura 2010 02
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Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 1
Bibliografía
Schey, John A. Procesos de manufactura. 3a ed. México. Mc Graw – Hill, 2002
Groover, Mikell P. Fundamentos de manufactura moderna. 3a ed. México. Mc Graw – Hill, 2007
Doyle, Lawrence E. Materiales y procesos de manufactura para ingenieros. 3a ed. México. Prentice – Hall, 1988
Kalpakjian, Serope. Manufactura, ingeniería y Tecnología. 4a ed. México. Pearson Educación, 2002
DeGarmo, E. Paul. Materials and processes in manufacturing. 8a ed. New Jersey. Prentice – Hall, 1997
Capello, Edoardo. Tecnología de la fundición. 3a ed. Barcelona. Editorial Gustavo Gili, S.A., 1974
Lucchesi, Domenico. Tecnología de la fundición. 1a ed. Impreso en España. Editorial Labor, S.A., 1973
Le Breton, H. Defectos de las piezas de fundicion. 1a ed. Impreso en España. Urmo, S.A. de ediciones., 1975
Lancaster, J.F. Tratado de soldadura. Impreso en España. Editorial TECNOS, S.A., 1972
Seferian, Daniel. Metalurgia de la soldadura. Impreso en España. Editorial TECNOS, S.A., 1962
Horwitz, Henry. Soldadura, aplicaciones y práctica. Impreso en Colombia. Quebecor Impreandes, Alfaomega
grupo editor, 1997
AWS, American Welding Code. D1.1 – 04
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Ejemplos de piezas obtenidas por fundición
Lingotes de aluminio
Laminas de acero
“Chipa”
Bloque de un motor
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Ejemplos de piezas obtenidas por fundición
MedallasHerramientas Piezas mecánicas
Herrajes
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Proceso de verter metal líquido en un molde y dejarlo solidificarFundición a presión (moldes metálicos)
Recipiente que tiene la cavidad con la forma y el tamaño de la pieza que se pretende obtener
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Llenado de los moldes impulsando el líquido mediante una fuerza exterior
•Fundición a presión (inyección)
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Se llenan los moldes por el propio peso del metal fundido
•Moldes de arena
•Moldes metálicos, permanentes, coquillas
•Moldeo en cáscara (arena + aglutinante orgánico)
•Moldeo al CO2 (arena con silicato)
•Moldeo con terraja (arena + alto % de arcilla formando barro)
•Moldeo a la cera perdida
•Moldeo Mercast (con mercurio)
•Para vaciar metales no ferrosos (bajo punto de fusión)
•Grandes series
•Alta calidad superficial
•Alta precisión dimensional
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•El metal debe introducirse con la mínima turbulencia posible
•Evitar la erosión de las áreas de paso
•Evitar la entrada de escoria
•Fácil evacuación de los gases
•El molde debe ser lo suficientemente refractario
•Solidificación direccional. Desde las paredes hacia el centro
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Fuerte Benton, estado Wyoming, U.S.A
Descubierta por Knight en 1888
75% del mineral Mont-morillonita
Silicato de aluminio hidratado
2SiO2+Al2O3+2H2O
Actúa como aglomerante
Proporciona la cohesión y la plasticidad
•80 a 90% sílice (refractaria). Temperatura de reblandecimiento de 2400 C
•10% Arcilla (bentonita), silicato de alúmina hidratado. Cohesión. Temperatura de reblandecimiento entre 1250 y 1400 C
•Agua Componente %
Sílice, SiO2 63.1
Alúmina, Al2O3 21.1
Óxido de hierro, Fe2O3 3.6
Óxido de magnesio, MgO 2.7
Óxido de calcio, CaO 0.7
Óxido de sodio, Na2O 2.6
Agua, H2O 5.7
Otros componentes 0.5
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Para 2000 g de arena base sílice se debe adicionar la cantidad de agua requeridapara obtener una humedad deseada, según la tabla siguiente
% de Humedad ml de agua2,0 40,82,5 51,33,0 61,93,5 72,54,0 83,34,5 94,25,0 105,35,5 116,46,0 127,7
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%H
ml H2O
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
65,2*725,21 xy
% H vs ml H2O para 2000 g de SiO2
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Pieza deseada Modelo en madera
Caja inferior
Caja inferior Caja inferior y caja superior
•Se le puede dar forma
•Es porosa (permeable)
•Es Refractaria (resistente a alta temperatura)
•Es reciclable (reutilizable)
•Cohesiva (resistir el empuje del metal)
•Plasticidad (tomar y conservar la forma del modelo)
•Bajo costo
•Variedad de tamaño y forma del grano
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Desmoldeo
Sistema de alimentación y pieza
Molde
Desmoldeo
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Fabricación del corazón
Caja de moldeo, incluyendo el corazón
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Llenar el molde con arena Comprimir la arena Medio molde
Medio molde con el macho Molde cerrado y llenado Pieza final
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A.F.S.: American Foundrymen s Society
Procedimiento
De una arena usada secar una muestra inicial, 110 C, 15 min.
Pesar la muestra, 50g
Vaciarla en un recipiente que contenga hidróxido de sodio (NaOH) diluido en agua destilada
Agitar y dejar que repose
Verter el líquido
Repetir el proceso hasta que el líquido quede totalmente incoloro
Secar la muestra
Pesar la muestra, g
La diferencia en peso es el % de bentonita
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Procedimiento
De una muestra inicial separar la sílice de la bentonita mediante el ensayo anterior
Colocar la sílice en un juego de tamices (11) de malla decreciente
El peso de lo que queda en cada tamiz en porcentaje sobre toda la muestra da una idea de las proporciones de los tamaños de los granos y de la uniformidad de la arena
Si los granos quedan contenidos en pocos cedazos la arena es muy permeable y tiene baja cohesión
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Índice de finura = 6971,7/91,7 = 76
Fracción Principal: 100 / 70 / 50
Índice de fracción principal18,89%+16,11%+14,44% = 49,49%
Arena NO uniforme
Baja permeabilidad
Alta cohesión
Elemento g %
Sílice 165 91.7
Bentonita 15 8.3
Total 180 100
Tamiz N°
Aberturamm
Factor KPeso retenido
g% retenido
K * % retenido
6 3.360 3 0.5 0.28 0.8
12 1.680 5 1.5 0.83 4.2
20 0.840 10 4.0 2.22 22.2
30 0.590 20 6.0 3.33 66.7
40 0.420 30 13.0 7.22 216.7
50 0.297 40 26.0 14.44 577.8
70 0.210 50 29.0 16.11 805.6
100 0.149 70 34.0 18.89 1322.2
140 0.105 100 23.0 12.78 1277.8
200 0.074 140 18.0 10.00 1400.0
270 0.053 200 7.0 3.89 777.8
Fondo 300 3.0 1.67 500.0
Total 165 91.7 6971.7
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Índice de Finura Tipo de arenaDiámetro de los granos
mmUtilización
Menor a 18 Muy gruesa 1.00 a 2.00Vaciados grandes
18 a 35 Gruesa 0.50 a 1.00
35 a 60 Media 0.25 a 0.50
60 a 150 Fina 0.10 a 0.25Vaciados pequeños
y complejosMayor a 150 Finísima Menor de 0.10
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FP: Fracción principal, los tres tamices donde se deposita los mayores pesos
IFP: Índice de fracción principal
IFP Característica de la arena Propiedades
Mayor a 80% Uniforme Alta permeabilidad, baja cohesión
Entre 60 y 80% Poco uniforme
Menor a 60% No uniforme Baja permeabilidad, alta cohesión
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Corriente de aire caliente
Perdida de peso al calentar la arena a 110 C entre 10 a 15 min
Peso inicial húmeda, Pi
Peso final seca, Pf
Porcentaje de humedad, %H
%H = 100 * (Pi - Pf) / Pi
Equipo para fabricar probetas de arena
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Es la facilidad de dejarse atravesar por el aire y los gases que se desprenden al realizar la colada y que proceden de:
•El empuje del metal que desplaza al aire al llenar la cavidad del molde
•De la masa de la arena y del metal formados principalmente por vapor de
agua
Se expresa como el volumen de aire en cm3 que pasa por minuto bajo una presión de 10 g/cm2, a
través de una probeta cilíndrica de un cm2 de superficie transversal y un cm de altura
Es función de
•Granulometría
•Cantidad y tipo de arcilla utilizada
•Grado de apisonamiento
•Contenido de humedad
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Permeabilidad
Np: Número de permeabilidad
V: Volumen de aire que debe pasar por la probeta, V = 2000 cm3
h: Altura de la probeta, h = 2 pulgadas = 5.08 cm
A: Área de la sección transversal de la probeta
d: Diámetro de la probeta, d = 2 pulgadas = 5.08 cm
P: Presión del aire, P = 10 g/cm2
t:Tiempo que tarda en pasar el volumen de aire por la probeta
(medido durante el ensayo)
4
*2
dA )(
7.3007
)(
12.50
segundostminutostN p
tPA
hVN p **
*
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Ensayo de cohesión (resistencia)
Material a vaciar N° permeabilidad
Aluminio (ligero y mediano) 8 a 15
Latón (ligero) 8 a 12
Latón (mediano) 8 a 20
Hierro colado (ligero) 15 a 65
Hierro colado (mediano) 65 a 100
Hierro colado (pesado) 75 a 150
Hierro maleable (ligero) 20 a 50
Hierro maleable (mediano) 50 a 100
Acero (ligero) 100 a 150
Acero (mediano) 150 a 200
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El volumen de vapor producido dentro del
molde aumenta el riesgo de sopladuras
Peligro de arrastre de porciones del
molde e inclusiones en las
piezas coladas
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Npp: Número de permeabilidad de la probeta
Dp: Dureza de la probeta
p: Resistencia de la probeta
Npm: Número de permeabilidad del molde
Dm: Dureza del molde
m : Resistencia del molde
Durómetro
TIPO DE MOLDE DUREZA
Muy blando 20 a 40
Blando 40 a 50
Mediano 50 a 70
Duro 70 a 85
Muy Duro 85 a 100
DD
NpNpm
p
pm*
D
D
p
mpm 2
2
**75.0
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Llenar el molde completamente sin tener una excesiva temperatura de precalentamiento
Prevenir la entrada de escoria a la cavidad
No generar turbulencia
Regular la velocidad de entrada
Conducir el aire y los gases hacia el exterior (respiraderos)
Ejercer presión metalostática sobre el líquido
Suministrar metal líquido con los cargadores y las mazarotas
Enfriamiento isotérmico
Ser económico, es decir de bajo peso
Son canales por los que fluye el metal fundido para llenar una cavidad de un molde
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Taza superior
Hacer mas fácil al operario del vaciado el mantener el flujo requerido
Generar una mínima turbulencia
Evitar la entrada de escoria al sistema de alimentación
Fabricados en arena o en metal
Sencilla De doble cavidad
Alimentador
Dispuesto de lado y unido a la pieza mediante un canal
horizontal
Mazarota
Prolongación vertical de la parte de la pieza que debe
ser alimentada
Cargador
Las impurezas flotan y el líquido entra
limpio al bebedero
El tiempo de solidificación debe ser mayor que el
tiempo de la solidificación de la pieza
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Colada directa
Piezas pequeñas y sencillas
Piezas grandes en moldes de alta resistencia para evitar la erosión
Puede existir alta turbulencia que genere erosión, Atrapamiento de aire y de óxidos
No se recomienda para el aluminio y el magnesio
Filtros
Control del régimen laminar
Evitar la entrada de escoria e inclusiones
Filtro
Cuello
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Simple Remolino
La escoria se reúne en el centro de cada sección debido a la
fuerza centrífuga y no es arrastrada hacia el bebedero
Filtro
Alimentador
Cuello alimentador
Colada directa por bebedero sencillo y único
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Colada directa por bebedero
sencillo de filtro y cargador
Bebedero con cubeta, separador
dentado y alimentador
Bebedero en estrella, adecuado
para anillos de gran diámetro
Bebedero en lluvia de dos alas
Útil para cilindro huecos de
pequeña altura
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Acodamiento
Aumentar la velocidad de flujo
Mínima turbulencia
Mínima erosión
Menor volumen del sistema de alimentación
Mayor rendimiento de la fundición
Si la velocidad es demasiado alta, la presión puede ser menor de la atmosférica
Atrapamiento de gases
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Colada por el fondo
Mínima turbulencia
Mínima erosión
Alta diferencia de temperatura entre el fondo y la superficie
Cargador lateral
Colada por etapas
Idealmente el líquido “caliente” quedara en el cargador, haciendo que
el rechupe quede allí
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Velocidad de entrada baja (lo cual implica una mínima turbulencia) cuando el área de los ataques
es mayor que el área del bebedero
Sistemas sin presión
El área de los ataques es mayor que el área del bebedero
Requieren mayores bebederos y mayores ataques
Son sistemas muy voluminosos
La eficiencia de la fundición es muy baja
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Elementos de un sistema de alimentaciónRelación de colada
MetalContracción volumétrica debida a:
Contracción por solidificación%
Contracción térmica del solido%
Aluminio 7.0 5.6
Aleación de aluminio (típica) 7.0 5.0
Fundición de hierro gris 1.8 3.0
Fundición de hierro gris al alto carbono 0.0 3.0
Fundición de acero al bajo carbono 3.0 7.2
Cobre 4.5 7.5
Bronce (Cu + Sn) 5.5 6.0
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Contracción volumétrica (%) para fundiciones grises y
nodulares
Contracción volumétrica para diferentes aleaciones
%Ceq = % C + 0.25 * % Si + 0.50 * % P
AleaciónSobrecalentamiento por encima la línea Liquidus
0 °C 50 °C 150 °C
Bronces corrientes --- 4.0 4.5
Latones ordinarios 4.5 6.0 6.5
Latones de alta resistencia 5.5 7.0 7.5
Cupro aluminios y cupro níquel 4.0 5.0 5.5
Aleaciones de Hg 4.2 5.0 6.0
AISI (12 a 13)% 3.8 4.5 5.0
Aleaciones de Al, AlSi10, AlSi7, AlSi5, AISI AlCu3, AlCu4 6.3 7.0 8.0
AlMg (AlMg3, AlMg4) --- 8.0 9.0
Aceros, 0.8%C 4.0 6.0 7.0
Aceros, 0.3%C 3.0 5.0 6.0
Fundición Blanca, Ceq = 3% 4.0 4.5 6.0
Aleación %Ceq
Sobrecalentamiento por encima del Liquidus
50 150
Molde rígido
Molde NO rígido
Molde rígido
Molde NO rígido
Fundición Gris laminar No Inoculada >4.1 0.5 4.0 1.0 5.0
Fundición Gris Laminar Inoculada>4.1
0.5 5.0 1.0 6.0
Fundición Gris Laminar 3.8 a 4.1 1.0 5.0 2.0 6.0
Fundición Gris Laminar≤3.8
2.0 5.0 3.0 6.0
Fundición Grafito esferoidal (Nodular)>4.3
2.5 6.0 a 8.0 3.0 8.0 a 10.0
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Mazarota en un extremo de la piezaMm = (1.00 a 1.35) * Mp
Mazarota sobre la piezaMm = (1.40 a 1.80) * Mp
Mazarota a un lado de la piezaMm = (1.20 a 1.60) * Mp
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Diferentes posiciones de la mazarota para una misma pieza
Geometría relativa del cargador y la fundición para obtener fundiciones de
acero macizas. “De Caine”
Geometría relativa del cargador y la fundición para obtener fundiciones de acero macizas. “De Adams y Taylor”
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Fluidez relacionada a la temperatura de vaciado y la composición de la fundición gris y maleable“L.F. Porter y P.C. Rosenthal”
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Curvas de tiempo de vaciado para piezas de fundición gris de diferente peso y espesor
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Tiempo vaciado en función del peso y espesor de la pieza
“J. C. Zikel y F. Nielsen”
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Metales puros
Solidificación a temperatura constante llamada “Punto de fusión” (Punto de congelación)
Solidificación real:
Tiempo local de solidificación
Evacuación del calor latente de fusión del metal a través del molde
La velocidad de enfriamiento depende de:
Del calor que se transfiere en el molde
Las propiedades térmicas del metal
La solidificación es función de:
Tiempo de enfriamiento
La contracción
La solidificación direccional
El diseño de las mazarotas
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 45
1. El metal que forma la película inicial se ha enfriado rápidamente por la extracción del calor a través de la
pared del molde.
Granos finos
Equiaxiales
Orientados en cualquier dirección
2. Formación de granos alargados (agujas o espinas)
Formados en direcciones perpendiculares a la transferencia de calor, creciendo hacia adentro. Granos
dendríticos
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Diagrama de fase para un sistema de aleación Cu - Ni
Curva de enfriamiento (solidificación) asociada para una composición 50% Cu – 50% Ni
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1. El metal que forma la película inicial se ha enfriado rápidamente por la extracción del calor a través de la pared
del molde.
Granos finos
Equiaxiales
Orientados en cualquier dirección
2. Formación de granos alargados (agujas o espinas)
Formados en direcciones perpendiculares a la transferencia de calor, creciendo hacia adentro. Granos dendríticos
3. Debido a la diferencia de la temperatura entre líquido y sólido se genera una zona pastosa donde coexisten el líquido
y el sólido
Heterogeneidad química
Las primeras dendritas tienen una composición química diferente a la del líquido (aleación) y las últimas tienen una composición igual a la de
aleación, generando una “segregación” de elementos en las fundiciones
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 48
K: Constante de Chvorinov
f( Calor especifico y conductividad térmica del molde)
f( Calor de fusión, calor especifico y conductividad térmica del liquido)
f( Temperatura de vaciado respecto a la temperatura de fusión)
V: Volumen de la pieza
A: Área que disipa calor
A
Vt K
s
2
*
Ley de Chvorinov
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1. Contracción líquida, 0.5%
2. Contracción durante el cambio de fase (contracción por solidificación)
3. Contracción térmica de la fundición solidificada durante el enfriamiento hasta la temperatura ambiente. f( coeficiente de expansión térmica del metal sólido)
Dimensiones del modelo
Metal
Contracción volumétrica debida a:
Contracción por solidificación
%
Contracción térmica del solido
%
Aluminio 7.0 5.6
Aleación de aluminio (típica) 7.0 5.0
Fundición de hierro gris 1.8 3.0
Fundición de hierro gris al alto carbono 0.0 3.0
Fundición de acero al bajo carbono 3.0 7.2
Cobre 4.5 7.5
Bronce (Cu + Sn) 5.5 6.0
contracción térmica del sólido
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Espaciamiento entre los brazos dendríticos secundarios
Dendritas en una aleación de aluminio (x50)
Efecto del espaciamiento entre brazos dendríticos secundarios y las propiedades
para una aleación de aluminio
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 51
Las reglas de diseño son en común acuerdo entre:
•Diseñador
•Modelista
•Fundidor
•Usuario
No generar:
•Gastos excesivos para el modelo y para el moldeo
•Tensiones internas
•Deformaciones
•Baja resistencia
•Fracturas
•Rechupes
•Porosidades
Se debe tener en cuenta:
•Resistencia mecánica
•Economía y buen empleo del material de la pieza
•Trabajo mecánico de la pieza
•Metalurgia
•Modelo y moldeo
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 52
Menor peso
Isotermas paralelas
Mínimo rechupe
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a. b. c. d.
Tipo de uniónR, mm
E < 10 mm 10 < E < 30 mm E > 30 mm
a 0.75 * E 7.5 0.25 * E
b E
c 1.20 * E 12.0 0.40 * E
d 1.50 * E
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 54
a b c
Tipo de uniónR, mm
E < 10 mm 10 < E < 30 mm E > 30 mm
a 1.25 * E
b y c E 10.0 0.33 * E
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 55
a b c d
Figura E, mm e, mm R, mm A, mm
a≤ 30
< 0.67 * E10
(0.7 * E) + 10
b ≥ 0.67 * E e + 10
c> 30
< 0.67 * E0.33 * E
E
d ≥ 0.67 * E (e + 0.33) * 10
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 56
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 57
“AB” y “EF” se enfrían rápidamente debido a su sección delgada, mientras que “CD” se encuentra
aún en estado pastoso
El enfriamiento de “AB” y “EF” genera una disminución de su longitud
Cuando “CD” se enfría “AB” y “EF” están muy rígidos y no se dejan deformar
La contracción de “CD” es posible solo si “AB” y “EF” se curvan
Las barras “1”, “AC” y “BD” se enfrían rápidamente
El enfriamiento de las barras es más lento al estar mas cerca del centro de la rejilla
Las barras “1” ya se han contraído cuando las barras “2” están a alta temperatura, las barras “3” apenas se están
solidificando y las barras “4” están en estado pastoso
Como los bordes ya están rígidos, la barra central se contrae si ellos se dejan curvar
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 58
Son desgarres de la aleación que se producen en las partes de la pieza que no han solidificado y que tienen baja resistencia a la
tracción
Habrá un instante en el que los lados “OC” y “OD” estén en estado pastoso
La aleación solidificada experimenta su contracción a medida que se enfría, al mismo tiempo que gana
resistencia
En algún momento, los lados de la escuadra están prácticamente rígidos, mientras que cerca al punto “O”
hay una delgada capa sólida que sufre la contracción
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 59
a.
b.
a. b.
b
Radios en estrella
a. Pieza inicial
b. Pieza optimizada, superficie perpendicular a la perforación
a. Mazarota inicial
b. Mazarota optimizada, mayor volumen a mayor altura
a. Pieza inicial
b. Pieza optimizada, radios curvos, mayor resistencia
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 60
a. Posición inicial
b. Posición final curvada
c. Posición inicial optimizada
d. Posición final optimizada
a. Puntos calientes, rechupes
b. Pieza optimizada
a.
b.
a. Pieza inicial, machos excesivos
b. Pieza final optimizada
a.
b.
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 61
Fluidez insuficiente del metal
fundido
Baja temperatura de vaciado
Baja velocidad de vaciado
Sección transversal de los canales
(de la pieza) muy delgada
Falta de fusión entre dos líquidos que
fluyen al mismo tiempo debido a la
solidificación prematura (enfriamiento)
Baja temperatura de vaciado
Baja velocidad de vaciado
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 62
Debidos a salpicaduras durante el
vaciado
Diseñar un buen sistema de
alimentación
Depresión interna o externa debido a
la contracción por solidificación que
restringe la cantidad de metal fundido
disponible en la última región que
solidifica
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 63
Debidos a la contracción
por solidificación del último
metal fundido en la
estructura dendrítica
Muy común en las
aleaciones, las cuales
tienen un intervalo muy alto
de solidificación
Cuando un molde, que no cede durante las
etapas finales de la solidificación o en las
primeras etapas del enfriamiento, restringe
la contracción de la solidificación
Separación del material en un punto donde
haya altos esfuerzos internos causados por
la dificultad del material para contraerse
libremente
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 64
Cavidad de gas causada por su atrapamiento
durante el vaciado. Ocurre en la parte superior
de la solidificación o cerca de ella
Baja permeabilidad. Alto % de humedad
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 65
Erosión de la arena durante
el vaciado que provoca una
irregularidad en la
superficie de la pieza
Áreas rugosas debidas a la
incrustación de la arena. Son
causadas por el desprendimiento de
la superficie del molde que se
descascara durante la solidificación
y queda adherida a la superficie de
la pieza
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 66
Alta fluidez del líquido, que puede
penetrar en el molde o en los
corazones
Luego de la solidificación, la superficie
de la pieza presenta una mezcla de
granos de arena y de metal
Deficiente compactación de la arena
Baja resistencia del
molde, el metal líquido
entra y forma una aleta en
la pieza
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 67
Debido a la flotación
del corazón en el
metal fundido
Escalón en el plano de
separación del molde, debido
a un desplazamiento lateral
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 68
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 69
1. El metal fluye en la
cámara y el embolo
arriba
2. El embolo hace fluir el
líquido a presión
constante
3. Retirar la presión y
separar los dados
4. Pieza
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 70
1. Vaciar el metal
líquido en la
cámara
2. Pisón obliga al
metal líquido a
entrar en la
cámara
3. Dados abiertos
y pieza
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 71
La presión se sostiene hasta la solidificación
Los moldes son templados y revenidos
Cámara caliente (7 a 35 MPa): metales de baja temperatura de
fusión, zinc, estaño, plomo, magnesio
Cámara fría (14 a 140 MPa): aluminio, latón, magnesio y metales de baja
temperatura de fusión
Aplicaciones
Cuerpos de carburadores, de bombas
Bloques de motor
Máquinas de coser
Ventajas
Se pueden obtener piezas de forma complicada y aristas vivas
Alta precisión dimensional, 0,076 mm
Piezas delgadas, 0,05 mm
Piezas libres de defectos, sin necesidad de mecanizado posterior
Las propiedades mecánicas de las piezas pueden ser superiores hasta en un 20 % respecto a otros
procedimientos
Desventajas
Alto costo del equipo
Se recomienda únicamente para altas series
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 72
Bloque de motor Pistón + biela
Carburador
Máquina de coser
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 73
Material a vaciar Material del molde
Aleaciones de plomo y estaño Aceros con 0,50% Mn
Aceros con 0,45 %C, 0,60 %Mn,
1,00 %Cr, 0,50 %V
Aleaciones de aluminio y cobre Aceros con alto % de Cr y W
Hierro fundido entre (1250 y 1500) °C Materiales refractarios (W, Mb)
Aleaciones de zinc
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 74
1. Precalentamiento y
protección
2. Corazones
3. Vaciado
4. Separación
5. Pieza
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 75
Recubrimiento, protección a la superficie interna del molde. Ayuda a disipar el calor y a lubricar la superficie
del molde para retirar fácilmente la pieza
Precalentamiento de la coquilla para mejorar la fluidez del líquido
Los moldes se deben abrir antes de que ocurra la contracción por enfriamiento a fin de prevenir la
formación de grietas
Corazones metálicos o de arena
Ventajas
Estructura de grano fino, alta resistencia
Alta precisión dimensional, disminuyendo los sobre espesores de las superficies que van a ser
maquinadas
Las contracciones lineales son aproximadamente del 0,5%, mucho menor que en el molde en arena
Se necesita mucho menos espacio y menor cantidad de materia prima
Es muy económica para altas series
Desventajas
Elevado costo de las coquillas
Únicamente para vaciar metales de baja temperatura de fusión
Únicamente para piezas más sencillas que las que se pueden obtener en molde en arena
Se recomienda únicamente para altas producciones
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 76
Molde Pieza
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 77
Ventajas
La fuerza centrífuga produce el mismo efecto que si se aumentara la fluidez del líquido, y por lo
tanto se pueden obtener espesores más delgados que colando por gravedad
Las piezas se obtienen con menor defectología, grietas
El tamaño del grano es más pequeño
Desventajas
No se recomienda vaciar aleaciones
Cuyo intervalo de solidificación sea muy grande
Cuya velocidad de enfriamiento sea muy pequeña
Cuyos componentes tengan densidades muy diferentes, elementos de baja densidad hacia el centro
Precalentar el molde a 350 C
w = 350 rpm
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 78
1. Modelo con placa de
acoplamiento
2. La caja se voltea
3. Posición original
4. Horno
5. Desprendimiento
6. Molde (arena)
7. Pieza
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 79
Moldeo Croning (Shell moulding)
Placa modelo metálica que incluye el sistema de alimentación, precalentada entre (200 y 300) C
Se utiliza para vaciar todas las aleaciones
Mezcla de sílice con una resina sintética termoendurecible (fenol formaldehido) que se endurece al aplicarle calor
Recubrir la placa con una capa de parafina o silicona (antiadherente)
Formar una cáscara porosa con espesor entre 5 y 8 mm, t = 10 s
Extraer la placa modelo y calentar a 350 C, t = 5 minutos
Separar la placa modelo y la cáscara
Unir las dos cáscaras con mordazas
Hacer un moldeo en arena típico, alta permeabilidad, alta cohesión
Secar el molde
Ventajas
Alta precisión, 0,25 mm, menores sobre espesores en las superficies que se van a maquinar
Excelente acabado superficial, ya que la superficie de la cáscara es más lisa que la arena base sílice
Alta rapidez del proceso
El peso del molde es 0,1 veces el molde en arena
Las piezas son más homogéneas
Los moldes se fabrican rápidamente y en espacios reducidos
Personal no calificado
Desventajas
Se recomienda únicamente para alta serie
Alto costo de la resina, 6 veces el costo de la arena
Alto costo de la placa modelo
Peso máximo 20 kgf
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 80
Modelo de poliestireno
Molde Vaciado
El modelo se recubre con un compuesto refractario para darle una superficie más lisa y mejorar su resistencia a
alta temperatura
La arena puede tener aditivos aglutinantes o ser solamente seca, para facilitar su reciclaje
Aplicación
Motores
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 81
1. Modelo de cera
2. Árbol (modelos + bebedero)
3. Recubrimiento material refractario
4. Molde
5. Evacuación de la cera
6. Vaciado, molde precalentado
7. Piezas terminadas
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 82
El modelo se recubre con un material refractario (polvo de hierro mezclado con
yeso, 2CaSO4 – H2O) dando una superficie lisa al modelo
Ventajas
Se pueden vaciar todos los metales
Se pueden obtener piezas complejas, con un buen acabado superficial
Las tolerancias dimensionales son de 0,076 mm
Se recupera la cera
Se necesita un mínimo maquinado posterior, útil para aleaciones Cr-Ni y Cr-Ni-Mo, las cuales son difíciles de
mecanizar por su alta dureza
Las piezas tienen bajas tensiones internas debido a un enfriamiento lento
Desventajas
Peso máximo de las piezas de 30 kgf
Precalentamiento del molde para retirar la cera
Aplicaciones
Joyería
Accesorios dentales
Partes para motores
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 83
1. Coquilla metálica con placa intermedia de machos
2. Vaciado del mercurio, Temp solidificación = -40 C
3. Enfriamiento de la coquilla a –75 C (en un baño deacetona)
4. Separación de las placas intermedias
5. Unión de las dos mitades del molde sin placaintermedia, quedando los modelos de mercurioperfectamente adheridos por simple presión
6. Recubrimiento del molde de mercurio congelado deun baño de material cerámico por inmersión(3 a 6 mm de espesor)
7. Calentamiento hasta temperaturaambiente, quedando el mercurio líquido y el moldecerámico
8. Cocimiento del molde formado por el recubrimiento
9. Colada por gravedad o por centrifugación
10. Pieza terminada, alta calidad superficial, precisióndimensional, tolerancia de 0,003 mm por mm lineal
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 84
Es la coalescencia localizada de metales o no metales producida, o por calentamiento a una temperatura de soldadura con o sin la aplicación
de presión, o por la aplicación de presión solamente, con o sin la adición de aporte
En una soldadura no existen discontinuidades, y si se presentan son solo como defectos
Es el crecimiento de los granos, el cual se produce como una continuación de los granos del metal base y con su misma orientación cristalográfica, este fenómeno se conoce como crecimiento epitaxial
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 85
Todos los metales son soldables siempre y cuando se aplique el procedimiento y la técnica adecuados
Si el Ingeniero y el operario comprendenLa composición química
La estructuraLas propiedades de un metal
estarán en la posibilidad de diseñar y hacer mejores soldaduras
Esto pone de relieve la estrecha relación que existe entre la metalurgia de un metal y su soldabilidad o habilidad para
dejarse soldar
Automóviles, trenes, equipos electrónicos, aviones, barcos, edifici
os
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 86
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 87
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 88
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 89
Proceso en el cual el calor necesario para lograr la unión de dos piezas es obtenido de
un arco eléctrico establecido entre el extremo de un electrodo consumible y las piezas a unir.
Es una corriente eléctrica que fluye entre dos electrodos a través de una columna gaseosa llamada plasma
La temperatura aumenta debido a:
•El choque de electrones entre si
•El choque de iones entre si
•El choque de iones con electrones
•El choque de electrones en el ánodo
•El choque de iones en el cátodo
Si aumenta la temperatura es mas fácil el desprendimiento de electrones y la ionización del
gas, lo cual disminuye la resistencia eléctrica
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 90
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 91
Electrodo al ánodo (+)
70% del calor se concentra en el cátodo (-)
Alta penetración
Útil en pases de raíz
Efecto de granallado, limpieza de óxidos refractarios
Electrodo al cátodo (-)
70% del calor se concentra en el cátodo (-)
Fusión muy rápida del electrodo
Baja penetración
Láminas delgadas
Láminas gruesas con abertura de raíz muy grande
No útil para electrodos de bajo hidrógeno
Produce un arco más uniforme, más calmado, más fácil de sostener que la corriente alterna
Útil para soldar con arco corto y en posición vertical y sobrecabeza
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 92
Hay cambio de polaridad entre el electrodo y lapieza 120 veces/segundo, presentándose la mismatemperatura en ambos
A bajos amperajes el arco trata deapagarse, por lo tanto no se recomiendanelectrodos de pequeño diámetro
Sostener un arco corto no es fácil
El chisporroteo es abundante
No se recomienda para láminas delgadas
El revestimiento de los electrodos debe tenerelementos de bajo potencial de ionización paramejorar la estabilidad del arco
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 93
Igual o similar composición química al metal base
Aporta el metal para formar el cordón
Adiciona elementos aleantes para proporcionar las propiedades mecánicas deseadas
Ayuda a encender el arco y sostenerlo
Mal conductor de la corriente eléctrica
Crea una atmósfera inerte que protege al metal fundido del contacto con el oxígeno y el nitrógeno del aire
Aporta algunos elementos aleantes de bajo potencial de ionización para facilitar el encendido del arco, sales de sodio y sales de potasio
Forma un fundente alrededor de la gota de metal fundido del electrodo, este fundente cae al charco de soldadura recogiendo las
impurezas y formando la escoria
Protege al cordón durante el enfriamiento y disminuye la velocidad de enfriamiento evitando estructuras duras
Produce humos que evita que el aire penetre al cordón, en especial el oxígeno y el nitrógeno y produzcan grietas
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 94
Último digito
Tipo de revestimiento Tipo de corriente
0 Celulosa CDEP
1 Celulosa, sales de K CDEP, CA
2 Óxido de Ti, sales de Na CDEN, CA
3 Óxido de Ti, sales de KCDEP, CDEN, CA
4 Óxido de Ti, polvo de Fe
5 Bajo hidrogeno, óxido de Fe CDEP
6 Bajo hidrogeno, óxido de K CDEP, CA
7 Bajo hidrogeno, polvo de Fe CDEP, CDEN, CA
8 Bajo hidrogeno, polvo de Fe CDEP, CA
Tercer digito Posición para soldar
1 Todas las posiciones
2 Plana y horizontal
3 Plana
4Plana, horizontal, vertical
descendente
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 95
Tercer digito Posición para soldar
L Low carbon, máximo 0.04%
H High carbon
CbColumbio, Niobio, evita la
formación de carburos de Cr
Mo De 2.0 a 3.0 %
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 96
ClasificaciónAWS
Normales Horno Secado
6010, 6011De (3 a 7)% de humedad
Temperatura ambiente No recomendable
6012, 6013, 6020, 6022, 6027, 7014, 7024 Entre (20 a 40) °C
Humedad relativa menor al 50%
22 °C por encima de la temperatura
ambiente
(120 a 150) °Ct= 1 hora
7015, 7016, 7018, 7028, 70480,6 % de humedad
139 °C por encima de la temperatura
ambiente
(230 a 260) °Ct= 2 horas
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 97
Son los parámetros que influyen en la geometría del cordón
Posición vertical y sobrecabeza. Utilizar electrodos con diámetros pequeños para controlar el tamaño del charco
Pases de raíz. Utilizar electrodos con diámetros pequeños para controlar la penetración y el exceso de fusión
Pases de relleno. Utilizar electrodos con diámetros grandes para aumentar la producción.
Es función del tipo de revestimiento y diámetro del electrodo
Se recomienda en las soldaduras verticales y sobrecabeza utilizar
bajos amperajes
Es función de:
•El amperaje
•La posición
•El espesor del material
•Diseño de la junta
Si aumenta la velocidad, disminuye
•El calor introducido. Implica menos ZAT
•La penetración
•El ancho del cordón
Igual al diámetro del núcleo del electrodo
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 98
El arco esta dirigido hacia el charco
Mayor convexidad
Mayor penetración
El arco esta dirigido hacia la pieza
Menor convexidad
Menor penetración
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 99
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 100
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 101
Gas inerte, noble, raro
No se combina con otros elementos
Helio, Neón, Argón
Generalidades
CDEP
(50 a 600) A
(15 a 32) V
GMAW
MIG
Metal Inert Gas
Argón
Aluminio
MAG
Metal Active Gas
CO2
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 102
•Se pueden soldar todos los metales comerciales
•Grandes cordones sin interrupción
•Velocidades de deposición y de soldadura mayores que con SMAW
•Eficiencia del electrodo del 98%
•No produce escoria, mayor productividad
•Se puede soldar en todas las posiciones
•Láminas delgadas
•Equipo complejo y de alto costo
•Dificultad de soldar a la intemperie
•Mano de obra más calificada que para el proceso SMAW
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 103
CO2
El diámetro de la gota es mayor que el diámetro del electrodo
Las gotas son desprendidas por acción de la fuerza de la gravedad, por lo cual es adecuado para posición plana y horizontal únicamente
Mínimo 90% de argón
La corriente necesaria es superior a la corriente de transición
El metal del electrodo se transfiere en forma de finas gotas (moltens) que viajan axialmente a través del
charco
Las gotas son desprendidas por fuerzas electromagnéticas
No hay puente entre las gotas del electrodo, el metal base y el electrodo, evitando el chisporroteo
Útil para altos espesores
Por las altas corrientes se produce un charco muy fluido, inconveniente en posición vertical y sobrecabeza
Corriente de soldadura
Diámetro del alambre
Longitud del arco (voltaje)
Tipo de gas
Equipo
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 104
CO2
Helio
Bajo amperaje
Bajo calor de entrada
Falta de penetración
Falta de fusión
Platinas delgadas, 1mm
Posición vertical y sobrecabeza
Etapas
a) Inicio de la gota
b) avance de la gota hacia el charco
c) Formación del cortocircuito
d) Se rompe el cortocircuito y se inicia otra gota
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 105
Tipo de electrodo
DiámetroGas
CorrienteAPulgadas mm
Acero al carbono
0,030 0,8
98% Ar + 2% O2
150
0,035 0,9 165
0,045 1,1 220
0,062 1,6 275
Acero inoxidable0,035 0,9 170
0,045 1,1 225
Aluminio
0,030 0,8
Argón
95
0,045 1,1 135
0,062 1,6 180
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 106
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 107
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 108
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 109
Aislar el charco de soldadura del aire que rodea el arco y formar el plasma para permitir el paso de la corriente y formar así el arco
Determinar el tipo de transferencia del metal
•La penetración y en la geometría del cordón
•La limpieza de óxidos refractarios
•La velocidad de soldadura
•La socavación
•Las propiedades mecánicas
•Potencial de ionización adecuado a los voltajes usados en el arco
•No tener afinidad química con los metales a soldar para evitar que se formen compuestos indeseables
•No presentar peligros para el operario
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 110
argón= 1,4 aire
Bajo costo (destilado del aire)
Posición plana y horizontal
Potencial de ionización de 15,76 ev
Baja penetración
Menor chisporroteo
Puro para No ferrosos
Argón + CO2 (O2) para ferrosos
Baja conductividad térmica
Globular y spray (corriente mayor que la de transición)
Eliminación de los óxidos del aluminio y del magnesio
helio= 0,14 aire
Alto costo (gas natural)
Posición vertical y sobrecabeza
Potencial de ionización de 24,58 ev
Alta penetración
Mayor chisporroteo
Alta conductividad térmica
Transferencia globular
No spray
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 111
Gas reactivo
Bajo costo
Electrodo que tenga elementos desoxidantes como aluminio, titanio y silicio
Transferencia globular
Transferencia por cortocircuito
Buena penetración
Cordones más abultados
Aumento de salpicaduras
Mejor penetración
Mayor velocidad
Inestabilidad del arco
Para metales conductores (cobre)
Máximo 5% oxígeno
Transferencia spray
Menor chisporroteo
Arco muy estable
Menor socavación
Máximo 10% CO2
Transferencia spray arco muy estable
Mejor penetración
Menor socavación
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 112
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 113
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 114
Si se aumenta tiende a incrementar la fluidez y las salpicaduras, reducen la penetración, y causan la pérdida de elementos aleantes
Para una misma longitud del arco, si se aumenta la corriente, aumenta el voltaje
A mayor corriente mayor penetración
Para conservar la longitud del arco constante, debe existir una relación directa entre la
velocidad de alimentación del electrodo y su velocidad de fusión
Un arco más estable
Una transferencia del metal más suave
Mínimo chisporroteo
Alta penetración
Arco de argón con electrodo de aluminio
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 115
Es la rapidez a la cual se mueve el arco a lo largo de la junta de soldadura
Cordón ancho
Baja penetración ya que el arco actúa sobre el charco más que sobre el material
Menor calor introducido
Cordón angosto
Socavación porque el electrodo no alcanza a llenar la ranura en el metal base
dejada por el arco
Distancia entre la boquilla y el extremo del electrodo
Si se aumenta se aumenta el metal fundido, menos penetración
Cortocircuito : ¼” a ½”
Otras : ½” a 1”
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 116
no se combina con otros elementos
Argón, helio
Soldadura al arco eléctrico con electrodo de tungsteno (no consumible) y con
protección gaseosa con un gas inerte
Tungsten Inert Gas
Temp fusión W = 3410 C
Dado que el área de soldadura está aislada 100% de la atmósfera y existe un control muy
fino y preciso de la aplicación de calor, las soldaduras mediante este proceso son más fuertes, mas dúctiles y más resistentes a la
corrosión que con el proceso SMAW
Cátodo (-) a alta temperatura
Emisión de electrones
Sólo cátodos de tungsteno o de carbono lo pueden hacer
Titanio, magnesio
Aluminio, cobre y aceros inoxidables de muy bajo espesor
Esquema pistola GTAW
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 117
70% del calor generado en el electrodo, ánodo (+)
30% del calor generado en la pieza, cátodo (-)
Corrientes hasta de 100 A
Espesores máximo hasta de 2.4 mm
Cuando el gas de protección es argón se genera una limpieza de óxidos refractarios, debido a un bombardeo de electrones, útil en la
soldadura del aluminio y del magnesio
70% del calor generado en la pieza
30% del calor generado en el electrodo
Nube de electrones que enfría al electrodo y calienta el ánodo
Útil para el acero inoxidable
Alta penetración
Corrientes hasta de 1000 A
•Todos los metales y sus aleaciones
•Metales diferentes
•No requiere fundentes ni decapantes
•Fuente de calor concentrada
•Charco de fusión muy calmado
•Alta calidad
•No hay humos ni vapores nocivos
•Baja velocidad de deposición
•Alta habilidad del operario
•Para láminas con espesores mayores a 9 mm es un proceso demasiado costoso
•No útil a la intemperie
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 118
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 119
* CA. Aluminio, magnesio, buena estabilidad del arco
** Torio, alta radioactividad, mayor amperaje que EWP, fácil encendido del arco
Función de trabajo termoiónico
AWS Color Elemento aleante Óxido aleante % en peso
EWP Verde ---
EWCe-2 Naranja Cerio CeO2 2,00
EWLa-1 Negro Lantano La2O31,00
EWTh-1** AmarilloTorio ThO2
EWTh-2 Rojo 2,00
EWZr-1 Café Circonio ZrO2 0,25
EWG Gris No especificado ---
Elemento e.v.
Tungsteno 4,4
Circonio 4,2
Torio 3,4
Lantano 3,3
Cerio 2,6
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 120
Diámetro del electrodo Diámetro tobera
pulgadas
Amperaje
Pulgadas mm CDEN CDEP
0,01 0,2541/4
Hasta 15
No aplica0,02 0,508 5 a 20
0,04 1,0163/8
15 a 80
1/16 1,588 70 a 150 10 a 20
3/32 2,381
1/2
150 a 250 15 a 30
1/8 3,175 250 a 400 25 a 40
5/32 3,969 400 a 500 40 a 55
3/16 4,763 5/8 500 a 750 55 a 80
1/4 6,350 3/4 750 a 1100 80 a 125
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 121
•Permitir el encendido del arco
•Proteger el charco, al electrodo y al material de aporte
•15 a 35 cfh (cubic feet hour)
•Potencial de ionización de 16 ev
•Fácil iniciación del arco
•Arco tranquilo
•Fácil control del charco
•Limpieza de óxidos
•Bajo costo
•Baja penetración, útil para platinas delgadas
•Posición plana
•30 a 50 cfh (cubic feet hour)
•Potencial de ionización de 25 ev
•Alto voltaje en el arco para iguales condiciones de soldadura comparándolo con el argón, alta penetración
•Metales de alta conductividad, cobre y sus aleaciones
•Difícil encender el arco con bajos amperajes
•CDEN. Aluminio pero con limpieza mecánica de los óxidos
•Máximo 7% de H2
•Potencial de ionización del H2 de 15,4 ev
•Alta temperatura en el arco
•Útil para platinas muy delgadas de acero inoxidable
•Puede causar grietas en los aceros ferríticos
•Puede causar porosidad en el aluminio y en el cobre
•Buen arranque del arco, argón
•Buena estabilidad del arco, argón
•Buena penetración, helio
•Buena velocidad, helio
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 122
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 123
•Alta calidad
•Altos amperajes
•Mínima preparación de junta, dependiendo de la capacidad del equipo, espesores de 25
mm con un solo cordón
•Bajo riesgo de grietas por hidrogeno
•Alta velocidad de avance
•Alta velocidad de fusión
•Mínima protección del operario
•Eficiencia del electrodo del 99%
•Equipos muy costosos
•Fundente granular, no adecuado para posición vertical ni sobre cabeza
•Espesor mínimo de 3/16 pulgada
•Fundentes higroscópicos
El electrodo, el arco y el charco de soldadura están sumergidos en un fundente granular que además de protegerlos de la atmósfera limpia el metal fundido de elementos
indeseables, aporta elementos desoxidantes y de aleación y es formador de la escoria.
El fundente que no se funde se puede reutilizar
El fundente está separado del electrodo permitiendo diferentes combinaciones, modificando propiedades mecánicas y químicas del cordón
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 124
Viga en “I”
Cilindro, acero al carbono, posición plana
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 125
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 126
Sílice + óxidos metálicos + sales haloideas (combinación de metales y metaloides)
Se funde y forma silicatos metálicos
Enfriado, molido y tamizado en diferentes granulometrías
Alta velocidad de avance
Ventajas.
•Buena homogeneidad química
•No son higroscópicos
Desventajas
•Bajo contenido de desoxidantes y de aleantes debido a las altas temperaturas de fabricación
Óxidos de metales alcalinotérreos (MnO2, Al2O3, SiO2) + agentes desoxidantes (silicio manganeso,
ferromanganeso, ferro silicio) + sales halógenas
Ventajas
•Permite gruesas capas debido a su baja densidad
•Escoria fácil de remover
Desventajas
•Absorben humedad
•Alta probabilidad de formar gases
•Proteger la soldadura fundida de la interacción con la atmósfera
•Limpia y desoxida la soldadura fundida
•Ayuda a controlar las propiedades químicas y mecánicas del metal de aporte en la soldadura
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 127
MnO2, CaO, SiO2
Aumentan el % de Mn y de Si del depósito con respecto al metal base, incrementando la resistencia, pero cuando se hace una
soldadura multipases, puede ocurrir una excesiva acumulación de estos componentes generando una soldadura muy vulnerable a las
grietas y a las fracturas
Causan un cambio sustancial en la composición química final del metal de soldadura cuando el voltaje y el espesor de la capa de
fundente son cambiados
Para laminas de menos de 25 mm de espesor. Para cordones simples
No tienen efecto (o es muy pequeño) en las propiedades mecánicas del cordón de
soldadura
Varios cordones
Contienen ferroaleantes para producir depósitos aleados
Aplicación
Aceros de baja aleación
Reparaciones
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 128
Mínima temperatura a la cual se realizó el ensayo de impacto para cumplir con una energía
de impacto de 20 lbf – ft
0: 0 F
2: -20 F
4: -40 F
5: -50 F
6: -60 F
8: -80 F
Z: Sin requerimientos
L: low Mn, máx. 0,60%
M: mid Mn, máx. 1,40%
H: high Mn, máx. 2,25%
% de carbono/100
K: killed, acero calmado al silicio, no efervescente
Aleación presente
Electrodo
Alambre sólido
Electrodo compuesto (alambre tubular con fundente + elementos aleantes)
Los electrodos están recubiertos de cobre para
•Aumentar la resistencia a la corrosión
•Aumentar la conductividad eléctrica
•Disminuir el rozamiento con la guaya
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 129
Clasificación AWS A5.17Fundente - Electrodo
F7A0-EL12 F7A2-EM12
psi MPa psi MPa
Resistencia a la tracción 83100 570 91300 629
Limite de fluencia 70300 484 79000 544
Alargamiento en 2 pulgadas 30% 29%
Espesor del material, mm
Diámetro del electrodo, mm
Amperaje VoltajeVelocidad de
avance, cm/min
42,4
375 30100
5 42535
63,2
480 90
7550
30 88
84,0
3590
10 600
12
4,8
750 80
16 800 36 55
20
925
3845
25
6,436
30 35
35 1000 34 28
Parámetros parasoldar aceros alcarbono
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 130
De ella depende
•La velocidad de fusión del electrodo y del metal base
•La penetración
Igual que para SMAW
CDEN, Polaridad directa : alta velocidad de fusión, baja penetración
CDEP, Polaridad invertida : alta penetración
CA, cuando se usan dos electrodos
Alto. Disminuye el refuerzo, aumenta el consumo
del fundente
Muy alto. Se generan grietas
Alta velocidad
•Cordón angosto
•Alto socavado
•Alta porosidad
Baja velocidad
•Posibilidad de formar grietas
•Aumenta el calor introducido, aumenta la ZAT
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 131
Si se aumenta la longitud libre
Aumenta su temperatura
Aumenta la velocidad de fusión
Disminuye la penetración
•Delgada. Poros, aspecto desagradable, se ve destellos del arco
•Gruesa. Alta penetración
•Muy gruesa. Atrapamiento de gases, mala apariencia
ArrastreEmpuje
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 132
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 133
SALES HALOIDEAS O HALUROS se forman por la combinaciónde un hidrácido con una base
Un hidrácido es un ácido que no contiene oxígeno
Una base se forma cuando un óxido de un metal reaccionacon agua
Los metales alcalinotérreos son un grupo de elementos quese encuentran situados en el grupo 2 de la tabla periódica yson los siguientes: berilio(Be), magnesio(Mg), calcio(Ca),estroncio(Sr), bario(Ba) y radio(Ra).
Los elementos halógenos, son los el grupo VIIAF, Cl, Br, I, At
Metaloide: elemento que tiene propiedades metálicas y no metálicasB, Si, Ge, As, Sb, Te, At
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 134
Se funden las piezas de trabajo con el calor de una llama, sin electricidad. La llama es producida por la
combustión de un gas combustible con aire u oxígeno
Gases combustibles, compuestos por carbono y por hidrógeno
Acetileno
Metil acetileno propadieno
Etileno
Propileno
Hidrógeno
Propano
Butano
Gas natural (metano)
Los gases combustibles son hidrocarburos con la excepción del hidrógeno y el monóxido de carbono
Oxigas
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 135
Generalmente se queman estos gases con oxígeno porque el nitrógeno del aire genera una
temperatura baja de llama, inferior a la temperatura de fusión de la mayoría de los
metales
Cuando se usa material de aporte, su composición debe ser similar a la de los metales base
Con frecuencia se recubre el aporte con un fundente, lo cual ayuda a limpiar las
superficies, evita la oxidación y se produce una mejor unión soldada
Desventajas
La combustión del combustible con el oxígeno produce bióxido de carbono y agua, los cuales
son perjudiciales para algunos materiales
Titanio
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 136
El oxígeno
Es en general perjudicial, y un metal que se oxide fácilmente resultará difícil de soldar. Las soldaduras oxidadas son indeseables, y pueden ser fácilmente identificadas porque la apariencia de su superficie
es irregular, y está picada. Estas soldaduras carecen de resistencia y de ductilidad
El nitrógeno
Se disuelve en muchos metales líquidos, y puede reaccionar con algunos de sus constituyentes. Si se
permite que el nitrógeno entre en el punto de fusión al llevar a cabo la soldadura de ciertos aceros, la
soldadura que se obtenga será quebradiza, porosa y de baja ductilidad
El hidrógeno
Puede dar lugar a problemas indeseables con muchos de los metales de aporte, en particular el acero, el aluminio y el cobre duro. La presencia de hidrógeno ocasiona porosidad gaseosa, lo
que hace débiles e inadecuadas las uniones
La reacción del hidrógeno con cualquier óxido presente en el metal fundido de aporte dará por resultado la producción de
vapor de agua, agente que ocasiona porosidad y debilidad. Este hidrógeno proviene de los productos de la combustión
Vapor de agua
Tiende a separarse en H2 y O2, cuando se pone en contacto con la superficie del metal de aporte. Una
parte del hidrógeno liberado se disolverá en el metal, y una parte del oxígeno liberado reaccionará
con el metal
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 137
Acetileno, etino
Gas incoloro
No tóxico
Ligeramente anestesiante
Inoloro
Olor a ajo (seguridad)
Formado a partir de carburo de calcio y agua
Disuelto en acetona (absorbida por una masa porosa dentro del cilindro)
Produce la llama primaria más caliente y más concentrada de todos los gases combustibles
Etileno
Gas incoloro
Olor dulce y rancio
Ligeramente anestesiante
El poder calorífico es similar al del acetileno, pero una sola cantidad se genera en la llama primaria
Gas natural (metano)
Compuesto básicamente por metano
Gas incoloro, e inoloro, no tóxico
Se le adiciona olor para facilitar su detección
Tiene bajo valor calorífico
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 138
Materiales y equipo para la soldadura aplicada con gas combustible
El sopleteMezcla y controla el paso de los gases
para producir la llama requerida
Los reguladores
Reducen la presión del cilindro a un nivel aceptable para los sopletes y mantienen una
presión constante en los sopletes
Oxígeno: verdes, rosca derecha
Acetileno: rojos, rosca izquierda
Cilindro de oxígeno contiene entre 20 a 300 pies3
de capacidad, con presiones de hasta 2200 psi
Cilindro de acetileno tiene una presión de 250 psi. La presión de almacenaje es de 15 psi debido a
una acetona disuelta en su interior
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 139
Tipos de llama
Llama premezclada
La más usada en la soldadura manual
El gas combustible y el oxígeno se mezclan en la cámara del soplete, y generalmente quedan mezclados antes de
que ocurra la combustión en la boquilla
Concentran el calor en un cono con la muy elevada temperatura para soldar
Es de color azul o casi invisible
Llama mezclada en boquilla
La combustión y la mezcla ocurren inmediatamente fuera de la boquilla
Es una llama larga y de color amarillo
Es una llama radiadora de calor
Cono
Es una llama premezclada
Envolvente
Puede extraer aire de la atmósfera, convirtiéndose en una llama
mezclada
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 140
Llama neutra
Igual cantidad de oxígeno y acetileno
Uso general
Cono interior blanco y claramente definido
La reacción primaria produce monóxido de carbono e hidrógeno, ambos gases reductores
La reacción secundaria para una combustión completa absorbe algún oxígeno adicional de la atmósfera que rodea la llama, produciendo bióxido de carbono y vapor de agua. Por tanto hay
pocas posibilidades que el oxígeno atmosférico se combine con el metal fundido
Con una combustión completa no hay carbono libre que resulte absorbido por el metal fundido, y por lo tanto no se producirá cambio alguno en la estructura del metal fundido
cuando se utiliza una llama neutra
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 141
Llama oxidante
Se obtiene a partir de una llama neutra reduciendo el suministro de acetileno mediante la válvula de control del soplete
Cono interior corto y muy cónico
La llama tiende a rugir
Hay oxígeno en exceso proveniente del cilindro
El metal fundido y caliente se oxidará rápidamente por estar expuesto al oxígeno atmosférico
Es la más caliente de todas, sin embargo puede ocasionar oxidación en el metal base
No es conveniente para soldar
En los aceros al carbono, el exceso de oxígeno tiende a combinarse con el carbono en el metal para formar monóxido de carbono, apareciendo burbujas en el metal líquido. Generando una perdida de carbono en el
metal y una presencia de porosidad gaseosa
Los óxidos de hierro quedarán atrapados como inclusiones generando una pérdida de resistencia
Oxidación en los límites de los granos
Útil para soldar latones, bronces y aleaciones de aluminio
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 142
Llama carburizante (reductora)
Se obtiene a partir de una llama neutra aumentando el suministro de acetileno mediante la válvula de control del soplete
Hay gas combustible en exceso, generando partículas de carbono incandescente que aparecen entre el cono interior y la envoltura exterior
El exceso de acetileno da lugar a una combustión incompleta que genera carbono libre. El metal de aporte queda fuertemente carburizado, lo que se traduce en un cambio mayor en la dureza y
ductilidad de la estructura soldada (difusión del carbono en la superficie, cementación)
Útil para agregar carbono al metal base
Tiene menor temperatura que la oxidante
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 143
Soldadura hacia la izquierda (empuje)
La llama se dirige hacia fuera de la soldadura ya hecha, es decir hacia la parte no soldada de la unión
Si se utiliza varilla de aporte se dirige hacia la parte soldada de la unión
Útil para soldar aceros de bajo carbono
Soldadura hacia la derecha (arrastre)
La dirección de la llama se orienta hacia el metal depositado
Útil para altos espesores
El cono de la llama se debe mantener separado de la varilla de relleno y del metal fundido
depositado
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 144
Ventajas de la soldadura a derechas (arrastre)
Con placas hasta 8.0 mm de espesor, no es necesario el biselado. Ahorro de costo y tiempo
Si se necesita el biselado de los bordes de las placas, el ángulo de la V será de 60 para la soldadura a derechas y 80 para la soldadura a izquierdas
Se pueden utilizar boquillas de mayor tamaño. Mayor rapidez de soldadura
No hay obstrucción del punto de fusión y los lados de la V. Mejor control del metal fundido. Adecuada penetración
El metal fundido está protegido por la envoltura de la llama, lo que disminuye la velocidad de enfriamiento y protege al metal fundido de la oxidación atmosférica
Hay menos depósito de metal fundido. Disminuye la distorsión
Menos consumo de material de relleno y menos tiempo de trabajo. Más económico
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 145
Eficiencia de la llama
La capacidad de un gas combustible de permitir calentamientos localizados rápidos está determinada
por la temperatura de la llama
Temperatura de la llama
Descomposición del gas combustible en la llama primaria a carbono e hidrógeno. Dependiendo de si el
calor de formación del gas es positivo o negativo, se producirá un aumento o disminución de la temperatura
La combustión en la llama primaria genera calor, el cual aumenta la temperatura de la llama
A mayor temperatura, más rápido se producirá el calentamiento y antes se podrá comenzar el proceso en
si
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 146
Seguridad
Manejo
Todos los gases son seguros si son manejados correctamente
Tener en cuenta las instrucciones dadas por el proveedor
Límites de explosivos
Si se produce una fuga de gas combustible en el aire, se puede
formar una mezcla explosiva
Retroceso de la llama
La llama se devuelve hacia el soplete, escuchándose el sonido de pequeñas explosiones.
La llama se extingue o se reenciende en la punta de la boquilla.
Es un indicativo de que algo está funcionando mal
Retroceso total de la llama
La llama se retrae hacia dentro del soplete y continúa ardiendo en el punto de mezcla de los gases.
El sonido al comienzo es de pequeñas explosiones, en la medida que la combustión prosigue, se produce un
siseo
Si no se detiene el retroceso el soplete se podrá dañar o peor aún el operario sufrir lesiones
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 147
Retroceso total y sostenido de la llama
Se retrae por el soplete hasta alcanzar el sistema de alimentación del gas
Si la llama alcanza el recipiente de gas combustible puede producirse un grave accidente
Una medida de seguridad es colocar un bloqueador de retroceso de la llama en ambos cilindros
Riesgos para la salud
El mayor peligro lo representa el riesgo de asfixia
Este riesgo es mayor cuando se trabaja con gases combustibles más pesados que el aire
De producirse una fuga, el gas se acumulará en los lugares bajos, desplazando al aire y causando deficiencia de
oxígeno
Los gases nitrosos a partir del nitrógeno de la atmósfera como consecuencia de la alta temperatura de la llama.
Son formados cuando la llama arde libremente
Monóxido de carbono
La llama secundaria consume oxígeno atmosférico en la combustión
Si el oxígeno disminuye, generará una deficiencia de oxígeno, así como una combustión incompleta
produciéndose así monóxido de carbono (tóxico) en vez de dióxido de carbono
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 148
Ventajas de la llama oxiacetilénica
Una temperatura de 3100 C por combustión con un volumen de oxígeno (en la práctica de 1.1 a 1.3 volúmenes)
Una composición de la llama que corresponde a propiedades reductoras muy marcadas
Una llama dócil, fácilmente regulable, bien con exceso de oxígeno (llama oxidante) o de acetileno (llama carburante), según los metales o
aleaciones que se trate de unir
Estas propiedades son debidas al elevado contenido de carbono de la molécula C2H2 (contiene en peso 92.3% de C y 7.7% de H2)
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 149
Originadas cuando se interrumpe el arco
Propagación de una grieta de cráter en una soldadura
de aluminio
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 150
Se presentan generalmente en el centro del cordón de soldadura
Pueden originarse a partir de grietas de cráter formadas al final
de la soldadura o debido a una grieta formada en el depósito
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 151
Pueden extenderse hasta el metal base
Se pueden encontrar en juntas muy rígidas
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 152
Juntas muy rígidas
Diseño inadecuado de la junta
Alta velocidad de avance
Falta de precalentamiento
Falta de postcalentamiento
Alto amperaje
Electrodos de NO bajo hidrógeno
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 153
Abertura de raíz muy pequeña
Angulo de bisel muy pequeño
Altura de raíz muy grande
Diámetro de electrodo muy grande
Velocidad de avance muy alta
Bajo amperaje
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 154
Bajo amperaje
Materiales extraños en la zona del cordón de soldadura tales como óxidos, escoria
Alta velocidad de avance
Diámetro inadecuado del electrodo
Deficiente preparación de la junta
Bajo caudal de gas
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 155
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 156
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 157
Inclusión de escoria alargadaInclusión de escoria aislada
Inadecuada limpieza de la escoria antes del cordón siguiente
Óxidos u otros sólidos no metálicos, provenientes del revestimiento del electrodo atrapados dentro del cordón de
soldadura o entre el cordón de soldadura y el metal base
Metal base sucio
Técnicas inadecuadas del movimiento del electrodo
Falta de precalentamiento
Disminuyen el área de aplicación de carga
Concentradores de esfuerzo
Generar grietas
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 158
Porosidad agrupada
Poros lineales unidos por una grieta
Es un gas (O2, H2, N2 ) que queda atrapado en el cordón de soldadura durante la
solidificación
Alto amperaje
Arco muy corto o muy largo
Material base sucio
Velocidad de avance muy alta
Electrodo húmedo
Bajo caudal de gas
Alta velocidad de solidificación
Falta de precalentamiento
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 159
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 160
Manipulación incorrecta del electrodo
Alto amperaje
Alta velocidad de avance
Diámetro del electrodo muy grande
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 161
Gotas pequeñas de metal fundido que caen en la superficie del metal base adyacente al depósito
Alto amperaje
Electrodo inadecuado
Polaridad incorrecta
Electrodo y/o metal base sucio
Inclusión de tungsteno
Debido al contacto del electrodo con el charco de soldadura
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 162
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 163
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 164
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 165
Función de la soldadura
Unir los elementos estructurales y transmitir los esfuerzos generados por las cargas de servicio
La estabilidad de una estructura está directamente relacionada con la calidad de sus soldaduras
Garantizar que la estructura es capaz de desempeñar la función para la cual fue proyectada de manera confiable y segura, sin arriesgar la salud
de las personas, o sus bienes económicos
Diseñador
Determinar la geometría y dimensiones (tolerancias) de los elementos
Selección de los materiales y sus propiedades mecánicas, químicas y físicas
Códigos internacionales
AISC: American Institute of Steel Contruction
CCCSR: Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes
AWS: American Welding Society
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 166
Etapas
Elaboración de planos de fabricación y de montaje
Especificaciones técnicas: materiales, dimensiones, tolerancias, procesos de soldadura, tipos de uniones, tamaños
de soldadura, END
Objetivo
Inspeccionar todas las características físicas de la estructura y confrontarlas con las especificaciones técnicas, planos de fabricación y
códigos de diseño y de soldadura aplicables, para determinar si la estructura o parte de ella es aceptada, se debe reparar ó, en última
instancia rechazar
Garantizar que:
Los procesos de fabricación
La técnica de aplicación de las soldaduras
El personal de trabajo
Los equipos y accesorios
En general, todos los aspectos que puedan influir en la calidad total de la estructura sean los adecuados
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 167
Nivel de calidad
Determinado por el departamento de diseño
Características físicas
Propiedades mecánicas
Composición química
Personal de inspección
Inspector de calidad
Empresa o externo
Planos de fabricación
Especificaciones técnicas
Códigos de diseño y de soldadura
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 168
Inspector de calidad
Requisitos esenciales
Buena condición física
Buena visión, natural o corregida
Conocimientos de soldadura
Interpretar planos, especificaciones y procedimientos
Ensayos destructivos y no destructivos
Realizar informes técnicos
Requisitos éticos
Honesto
Responsable
Objetivo
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 169
Controles previos a la fabricación
Materiales base y de aporte
ASTM: American Society for Testing and Materials
AWS: American Welding Society
Certificados de pruebas de los materiales MTR: Material (or Mill) Test Report, MTC: Material (or Mill) Test
Certificate
Composición química
Propiedades mecánicas
Ensayos de control realizados
Especificación que cumple
Tipo o grado
Número de colada
Verificación del estampe
Corrosión
Deformaciones inadmisibles
Dimensiones
Defectos metalúrgicos
Condiciones de almacenamiento
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 170
Especificaciones de procedimientos de soldadura
WPS: Welding Procedure Specification
Descripción de las variables que se deben utilizar para efectuar una soldadura con cierto nivel de calidad
Es una herramienta para comunicarle al operario y al inspector la forma de hacer los cordones de soldadura
Verificar
Equipos de soldadura
Hornos de almacenamiento de los consumibles
Seguridad industrial
Calificación de los WPS
Cupón de prueba
Inspección visual
Radiografía
Ensayos mecánicos
Metalografía
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 171
Calificación del procedimiento de soldadura
PQR: Procedure Qualification Record
Soporte técnico que asegura que con determinado WPS se obtienen soldaduras con la sanidad y propiedades mecánicas requeridas por
cierto código de soldadura
Cada WPS debe tener un PQR de respaldo
Una vez aprobado el WPS, se puede utilizar en la producción, casi siempre de forma indefinida
Calificación de soldadores
WPQR: Welder Performance Qualification Record
Determinar la habilidad para realizar las soldaduras sanas utilizando un WPS calificado
Realizar un cupón
Radiografía
Ensayo de doblez
Macro ataque
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 172
Criterios de aceptación
Discontinuidad (imperfecciones)
Una interrupción de la estructura típica de un elemento soldado, puede consistir en una falta de
homogeneidad en las propiedades mecánicas, físicas o metalúrgica del metal base o del metal soldado
Poros
Inclusiones de escoria
Socavado
Desgarre laminar
Convexidad
Concavidad
Falta de penetración
Falta de fusión
Grietas
Tipo
Tamaño
Distribución y localización de las discontinuidades
Defecto
Es una discontinuidad que ha sobrepasado los requisitos indicados en los códigos
Reducen la resistencia de las juntas soldadas
Concentradores de esfuerzos
Reducen el área transversal, incrementado el esfuerzo
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 173
Métodos de inspección
Ensayos no destructivos
Procedimiento escrito
Formatos adecuados
Inspección visual
Discontinuidades superficiales
Es el más simple de todos
Menos costoso
Rápido
Inspección base
Líquidos penetrantes
Para detectar discontinuidades abiertas a la superficie
Económico
Resultados fáciles de interpretar
Equipo portátil
No energía eléctrica
Partículas magnéticas
Discontinuidades abiertas a la superficie
Subsuperficiales
Económico y rápido
Energía eléctrica
Materiales ferromagnéticos
Radiografía industrial
Discontinuidades superficiales e internas
Registro permanente
Fuentes radioactivas
Alto costo
Personal calificado
Ultrasonido
Discontinuidades internas
Equipo de alto costo
Personal calificado
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 174
Controles durante la fabricación
Antes
WPS, PQR, WPQR
Certificados de los materiales utilizados
Establecer un plan de inspección según el tipo de estructura
Revisar defectos del material base
Verificar: ensambles, juntas de soldadura, limpieza de las superficies, precalentamientos
Almacenamiento de los consumibles de soldadura
Durante
Condiciones de aplicación de la soldadura
Manipulación de los consumibles de soldadura
Calidad de los cordones de raíz
Inspección visual y END
Limpieza entre los cordones de soldadura
Después
Apariencia final de los cordones de soldadura
Tamaño y longitud de los cordones
Verificación del cumplimiento de los planos y sus especificaciones
Ensayos no destructivos (destructivos)
Determinar posibles distorsiones
Supervisar tareas de reparación
Efectuar tratamientos térmicos
Registros
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 175
Es la variación de la temperatura con el tiempo en cada punto del cordón
de soldadura o del metal base
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 176
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 177
Se mezcla homogéneamente el metal de aporte fundido con una porción fundida del metal base
Es una porción del metal base que se funde pero no se mezcla con el metal fundido de la zona mezclada
Presenta igual composición del metal base
Altas velocidades de enfriamiento
Debido a su rápida solidificación puede tener estructuras totalmente diferentes
Espesor entre 1,27 a 2,54 mm
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 178
La zona del metal base adyacente a la línea de fusión (solo se puede observar al microscopio en soldaduras con metal de aporte muy diferentes)
Puede alcanzar temperaturas muy próximas a la del Liquidus, por lo tanto se puede presentar fusión de algunas impurezas o inclusiones de bajo punto de
fusión o la fusión parcial de los limites de grano
En los aceros de alta resistencia baja aleación (HSLA) se cree como la causante del agrietamiento
El espesor depende de la temperatura entre el solido y el liquido
Ocurren cambios microestructurales
Crecimiento de grano
Esferoidización de la cementita en la perlita de los aceros laminados en caliente
Recristalización de los aceros laminados en frio
El tamaño depende del ciclo térmico
Se puede presentar
Distorsiones
Esfuerzos residuales
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 179
Zonas de un cordón de soldadura
a Zona fundida
b.1 Zona de grano grueso
b.2 Zona de grano fino (recristalización)
b.3 Zona de austenización parcial
b.4 Zona revenida
c Metal base no afectado térmicamente
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 180
En un proceso de soldadura, la zona fundida, tanto como la zona adyacente sufren una variación de temperatura que va, en el caso de la zona adyacente desde la temperatura ambiente hasta temperaturas que
causen transformaciones importantes como:
•Crecimiento de grano
•Precipitaciones
•Cambios en la micro estructura
•Recristalización
Todas estas transformaciones generan cambios en las propiedades mecánicas de la junta soldada. Por lo tanto es importante conocer el ciclo térmico para hacer la modificaciones que sean necesarias para prevenir la perdida de las propiedades mecánicas
Interesa conocer:
•La velocidad de enfriamiento
•El tiempo de permanencia sobre una temperatura en particular, por ejemplo, la temperatura de austenización, lo
cual puede implicar un crecimiento del grano
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 181
•Las temperaturas máximas disminuyen a medida que el punto esta mas alejado del centro del cordón de soldadura
•Las velocidades de enfriamiento son mayores para los puntos mas cercanos al cordón de soldadura. Se debe utilizar el diagrama de enfriamiento continuo
•Temperaturas máximas
•Velocidad de enfriamiento a una temperatura dada
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 182
Variable Unidades
Tm Temperatura máxima C
To Temperatura ambiente o de precalentamiento C
ρcCalor especifico volumétrico J/(mm3 * C)
K Conductividad térmica J/(mm * s * C)
t: Espesor de la platina mm
X Distancia a la cual se calcula la temperatura máxima mm
Hn Calor neto introducido J/mm
Tf Temperatura de fusión o temperatura Liquidus del metal base C
Ti Temperatura de interés C
ts Tiempo de permanencia a una temperatura determinada s
θ Coeficiente de temperatura ___
f2 y f3 Coeficientes que dependen del coeficiente de temperatura θ
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 183
Diferencia entre platina gruesa y platina delgada
Es función de la energía del proceso utilizado y de la forma en que el calor es evacuado de la masa de la pieza
τ : Coeficiente para determinar si la platina se considera delgada o gruesa
< 0,75 > 0,75
HTT
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Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 184
Para una platina delgadaPara una platina gruesa
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Procesos de Manufactura
Mauricio Gaviria González 185
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 186
WPS: Welding Procedure Specification
PQR: Procedure Qualification Record
WPQR: Welder Performance Qualification Record
Procesos de Manufactura 187Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 188Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 189
Procesos de Manufactura 190Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 191
Soldadura WPS Producción
Platina a tope
Groove (G)
Plana 1G F (flat)
Horizontal 2G H (horizontal)
Vertical 3G V (vertical)
Sobrecabeza 4G OH (overhead)
Platinas a filete
Fillet (F)
Plana 1F F (flat)
Horizontal 2F H (horizontal)
Vertical 3F V (vertical)
Sobrecabeza 4F OH (overhead)
Procesos de Manufactura 192Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 193Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 194Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 195Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 196Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 197Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 198Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 199Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 200Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 201Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 202Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 203Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 204Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 205Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 206Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 207Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 208Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura 209Mauricio Gaviria González
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 210
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 211
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 212
Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 213