DETERMINANDO LOS COSTOS DE LA SOLDADURA

El enfoque a los costos de soldadura

Cálculos basados en los datos del manual

Cálculos para soldaduras no listadas

Recopilación de métodos de cálculo de costos

Método rápido para estimar los costos de soldadura

DETERMINANDO LOS COSTOS DE LA SOLDADURA

Muchos soldadores comerciales, alguna vez, se confrontan con el problema de cómo determinar costos de soldadura. Un análisis de costos puede ser requerido para planear una soldadura- en cuyo caso el resultado podría constituir un costo estimado- o el análisis de costos puede realizarse después de que la soldadura esta en progreso para evaluar situaciones o propósitos de gerencia. La razón para analizar los costos de la soldadura son variados, pero en la mayoría de los casos son:

… Proveer los datos necesarios para ofertar un trabajo.

…Comparar la economía de la soldadura con algún otro método de fabricación o manufactura.

…Establecer la información que se requiere para tomar una decisión entre diseños alternativos.

…Evaluar cambios propuestos en el procedimiento.

…Comparar las ventajas económicas de procesos de soldadura competitivos.

Los diseñadores, estimadores, jefes de tienda y otros tienden a ser aprehensivos en cuanto a la tarea de estimar los costos por los muchos factores que deben ser tomados en cuenta y la posibilidad de tener un error. También, las formulas matemáticas que han sido desarrolladas para la determinación de costos parecen incorrectas – aunque solo involucren procesos aritméticos simples. Está la intención de dar métodos prácticos para analizar costos de soldadura que puedan ser usados por cualquiera y que lleven a resultados confiables.

Una palabra de advertencia, sin embargo, es deseable. A pesar de que las técnicas para determinar o estimar los costos de soldadura son sondeados y han sido probados en la práctica, los resultados de un análisis será tan bueno como los datos ingresados en la ecuación de costos. Parte de los datos a usar será dependiente del factor humano; otros datos dependerán de las prácticas de contabilidad de la empresa. Donde figuras no realistas son asignadas – dígase, velocidades de soldadura o el factor de operación – las formulas de costo darán resultados no reales. Eso, por lo tanto, corresponde a la persona que realiza el análisis de costos a verificar la validez de los datos antes de aplicárselos a la formula de costos. Esos datos sondeados pueden ser obtenidos, esto se ha probado en las grandes compañías que, a través de años de experiencia son capaces de estimar figurativamente al porcentaje en soldadura repetitiva. También la capacidad de un capataz experimentado de adivinar el costo de un trabajo con más precisión sugiere que el sondeo de juicio acerca de los factores intangibles puede ser desarrollado.

Como debe ser, cada operación hace necesaria la decisión de usar una configuración de soldadura que puede ser cargada como costo de soldadura. Pero, el costo de la preparación de las juntas, como el corte y el maquinado, puede ser añadido al costo de soldadura si estas operaciones no son necesarias para el método de fabricación alternativo. De manera similar, la limpieza y calentamiento antes y después de la soldadura u otras operaciones que se hacen necesarias para soldar son parte del costo

total de soldadura. Sin embargo, estas incidencias en el consumo de materiales, tiempo y energía son con frecuencia incluidos en el factor operativo asignado a la soldadura si el soldador lleva a cabo alguna de las operaciones mencionadas. Algunas operaciones como las inspecciones radiográficas, pruebas de ultrasonido y alivio de esfuerzos son cotizadas por separado, no en el costo de soldadura. En vez de involucrarse con ecuaciones de costo complejas de dudosa aplicación a la contabilidad de una empresa, la discusión aquí será limitada principalmente al costo de depositar el metal soldado.

Los procesos de soldadura son bastante consistentes. El tiempo y el material requerido para producir una cierta longitud de soldadura por un proceso dado en un trabajo son buenos indicadores del tiempo y material requerido para producir el mismo tipo de unión en un trabajo similar. La mayoría de los métodos descritos en esta sección hacen uso de este hecho; es decir, que proporcionan un estimado de los costos utilizando tablas y curvas obtenidas de manera experimental. Algunos de los métodos presentados, diseñados para determinar costos desde pruebas de soldadura, pueden ser usados donde no se encuentren figuras (tablas, curvas) previamente, o donde se requiera un acercamiento particular del costo.

EL ENFOQUE DE CALCULO DE COSTOS

El costo de producir una unión soldada es básicamente los costos combinados de la labor y los materiales. Los costos del material consisten en el costo del electrodo, fundente, gas protector y otros consumibles. Los costos de la mano de obra incluyen el costo normal de honorarios al soldador, mas una asignación para gastos generales. Los gastos generales pueden agrupar gastos no aparentes de manera inmediata: el costo de supervisión, servicios de conserjería y mantenimiento, amortización de equipos y reparaciones, el costo de calefacción e iluminación, y otros. El costo de la energía eléctrica necesaria para la soldadura esta generalmente agrupada en los gastos generales.

Por conveniencia en el cálculo de costos de soldadura, es deseable usar una referencia común para el material y la mano de obra. Ambos pueden ser convenientemente expresados en dólares por pie de cordón de soldadura.

CALCULOS BASADOS EN EL MANUAL DE DATOS

Las secciones 6 a la 10 de este manual, da una lista de datos necesarios para estimar el costo de las soldaduras mas comunes. Las tablas de procedimiento en estas secciones ofrecen:

1) El tiempo requerido para producir una longitud dada de cordón de soldadura.2) Cantidad de electrodos consumidos3) Cantidad de fundente o gas protector requerido.

El cálculo de costos para uniones soldadas que aparecen en esas secciones es simple y lineal, porque la información básica requerida puede ser seleccionada directamente de tablas de procedimientos. La única información adicional requerida es el costo de la libra de electrodos, determinada por su valor de compra, mano de obra y gastos generales por hora, establecidos por el sistema contable de la empresa; y un factor de operaciones estimado. Los costos pueden ser entonces calculados por formulas simples.

Materiales: el costo del electrodo consumido por pie de cordón soldado es encontrado al multiplicar el peso de un electrodo en libras consumidas por pie lineal (WE) por el costo en dólares del electrodo (CE).

Costo del fundente por pie es similar al peso del fundente (WF) requerido por pie lineal de cordón de soldadura multiplicado por el costo del fundente por libra.

Costo del fundente por pie de cordón de soldadura = (WF)(CF)

El costo del fas por pie de soldadura es el volumen de gas requerido por pie lineal (VG) multiplicado por el costo de gas en dólares por pie cubico (CG)

Costo del gas por pie de soldadura = (VG)(CG)

El costo del material por pie de soldadura (CM), entonces, es igual a la suma de todos los consumibles;

CM = (WE) (CE) + (WF) (CF) + (VG) (CG) (1)

Los símbolos usados anteriormente y las siguientes ecuaciones se describen en la tabla 12.1, definiciones de los símbolos usados en las ecuaciones de costo.

Nótese que el termino (VG) (CG) en la ecuación (1) seria cero en soldadura de arco sumergido o soldadura de electrodo auto protegido ya que no se usa gas en esos procesos. De manera similar, el termino (WF) (CF) será cero en todos los procesos que no sean de arco sumergido.

Mano de obra, gastos generales, factor de operación: la mano de obra directa mas todos los factores del gasto general, como esta establecido por la compañía, puede ser representado por (CR) en dólares por hora. La mano de obra y gastos generales por pie lineal de cordón soldado (CL) son:

CL = (T) (CR)/OF (2)

El denominador (OF) en esta ecuación es el factor de operación, el cual necesita ser explicado.

Tabla 12.1 Definición de los símbolos usados en las ecuaciones de costo

A = Área transversal de la soldadura en pulg cuadradasCE = Costo del electrodo en dólares por libraCF = Costo del fundente, dólares por libraCG = Costo del gas protector por unidad de volumen, dólares por pie cubicoCL = Costo de la mano de obra y gastos generales por pie lineal de soldadura, dólares por pieCM = Costo del material consumible por pie lineal de soldadura, dólares por pieCR = Costo de la mano de obra y gastos generales, dólares por horaD = Tasa de deposición, libras por horaDE = Eficiencia de deposición, tasa en masa del electrodo depositado por electrodo consumidoOF = Factor operativo, tasa de tiempo productivo al tiempo total requerido por el soldadorOH = Gastos generalesM = Tasa de fundido del electrodo, libras por horaS = Velocidad de viaje, o “velocidad de junta”. Horas por pie

T = Tiempo requerido por pie lineal de soldadura, horas por pieT ‘ = Valor aproximado de TVG = Volumen de gas protector requerido por pie de soldadura, pie cubico por pieWE = Peso del electrodo consumido por pie lineal de soldadura, libras por pieWE’ = Valor aproximado de WEWF = Peso de fundente requerido por pie lineal de soldadura. Libras por pieWW = Peso de metal de aporte depositado por pie lineal de soldadura. Libra por pie

El tiempo real del arco se considera solo durante el tiempo que el soldador esa aplicando el metal soldado. Mientras esta ensamblando, posicionando, y virando, el soldador esta “preparando” para soldar. Cuando esta desmontando un ensamble o limpiando una soldadura, el esta ejecutando las operaciones necesarias. Cuando esta cambiando los electrodos, moviéndose desde un sitio a otro o tomando un descanso, el no esta soldando. Las horas totales que el trabaja siempre son mas que las horas que suelda, y la tasa de horas que gasta en la soldadura al total de horas que trabajo es conocida como el factor de operación. Este factor es uno de los mas básicos en las formulas de costos, y debe ser determinados cuidadosamente para sondear las evaluaciones de costo.

El factor de operación puede ser definido como:

OF = tiempo de arco / tiempo total

Donde el tiempo total es el tiempo de arco mas el tiempo que el soldador gasta en las actividades que no son soldar, incluyendo tiempo para asuntos personales. Ya que el tiempo de arco es siempre dividido por un número mayor, la tasa siempre es menor a 1,0. Por conveniencia al referirse al factor de operación, la tasa es multiplicada por 100 y expresada en porcentaje. Así se habla de un factor operativo de 30, 40 o 50%. Cuando se usa el factor operativo en las formulas de costo, se debe conservar en la forma decimal, entonces un factor operativo de 40% es igual a 0,40 en la formula de costo. Los valores para (OF) generalmente van desde 0,2 a 0,6. Pero pueden ser mayores para sistemas de soldadura automatizada o bajas para soldadura en el área de construcción. Sin embargo, el (OF) debe ser determinado cuidadosamente ya que tiene una influencia considerable en el estimado final del costo de la soldadura.

Agregando los valores calculados para (CM) y (CL), el costo soldadura por pie lineal de cordón soldado es:

Costo por pie lineal soldado = (CM) + (CL)… (3)

Multiplicando el costo por pie lineal soldado con el número de pies de soldadura da el costo calculado de la soldadura. La precisión del valor obtenido dependerá de la precisión de los factores usados.

Cálculos para soldaduras no tabuladas.

Cuando la soldadura bajo consideración no aparece en las tablas de procedimientos de este manual, la misma ecuación de costos es aplicada, pero los valores para (WE) y (T) – y (WF) y (VG) si son aplicables – deben ser determinados por medida a partir de soldaduras de prueba. Otras ecuaciones son requeridas para dichos cálculos. A este punto se hace necesario distinguir entre (WE) y (WW). En la mayoría de los

procesos de soldadura (con excepción de el proceso de arco sumergido), no todo el electrodo termina depositado como metal de aporte. Alguna parte es perdida como salpicaduras y vaporizados, y una porción sustancial del peso del electrodo puede terminar en la cubierta protectora del arco o la escoria. Consecuentemente el peso del electrodo (WE) requerido para producir una longitud dada de cordón de soldadura es mayor que el peso del metal en el propio cordón (WW).

La proporción del electrodo que termina como metal de aporte, sin embargo, es generalmente constante para cada proceso de soldadura y, como se muestra mas adelante en la ecuación (4), el peso del electrodo requerido puede ser calculado si el peso del metal aportado al cordón es conocido. El peso del electrodo puede ser medido directamente de una soldadura de prueba, en cuyo caso el cálculo para (WW) no es requerido.

Una distinción similar debe ser hecha entre las dos cantidades que pueden ser usadas para calcular el tiempo de soldadura (T). Una de estas es la tasa de fundido del electrodo (M) en libras por hora a la cual el electrodo es fundido durante la soldadura. La otra cantidad es la tasa de deposición (D) en libras por hora, a la cual el metal de aporte es realmente depositado. Estas dos cantidades normalmente difieren por la misma razón que el peso del electrodo consumido no es necesariamente igual que el peso de metal de aporte depositado.

Como se muestra desde la ecuación (5) a la (9), los valores de (M) y (D), junto con la velocidad de soldadura (S) en pies por hora, son usados en varias combinaciones con (WE) y (WW) para estimar el costo de la mano de obra y de los electrodos.

Medición directa del consumo de electrodos: el peso del electrodo requerido puede ser determinado directamente (por soldaduras de prueba) en base tanto a la longitud como al tiempo de la soldadura. Si los cálculos son hechos en base a la longitud (libras por pie soldado), la masa de electrodo consumido es dividida por la longitud del cordón para dar un valor a (WE).

El consumo de los electrodos de varilla es fácilmente medible directamente. El método más común es pesar mas electrodos de los necesarios para completar la prueba de soldadura y al terminar los electrodos restantes son pesados nuevamente. La diferencia en peso, antes y después, es la medida del peso del consumo de electrodos para la longitud de la prueba de soldadura.

Realizar la prueba de soldadura con menos de un electrodo completo generalmente no es preciso y no se recomienda. Sin embargo, si es necesario hacer la prueba de soldadura con menos de una longitud de electrodos, el peso del electrodo consumido debe incrementarse una cantidad proporcional para incluir la perdida de los cabos. Los cabos de electrodos generalmente son de 1,5 a 3 pulgadas de longitud.

Con electrodo de alambre, una cantidad suficiente de alambre debe ser desenrollado de la bobina y marcado con una grapa o un lápiz de color. Medido desde la marca hasta un punto conveniente en la alimentación del alambre. El consumo de electrodo es encontrado por la distancia que avanza la marca hecha. El peso puede ser calculado usando las tablas en la sección de datos de referencia.

Calculando el consumo de electrodos: la mayoría de los métodos de cálculo de (WE) están basados en una estimación de (WW), el peso del metal de aporte depositado. Hay, en cambio, varias formas de calcular (WW). Los métodos más directos son seleccionar los valores de (WW) de las tablas 12-2, 12-3 o 12-4. Si la soldadura no aparece en las tablas o los procedimientos de soldadura, (WW) puede ser calculado del volumen de metal de aporte requerido para soldar un área transversal (A) dada.

Una estimación menos precisa de (WW) puede ser hecha de los valores de la tasa de deposición y la velocidad de soldadura, usando la ecuación (9). Sin tomar en cuenta el procedimiento usado para encontrar (WW), el consumo de electrodos (WE) se determina;

WE = (WW) / (DE)……. (4)

Donde (DE) es la eficiencia de deposición, un factor que compensa la perdida de electrodo como Vapor protector, escoria, y salpicaduras. Valores típicos de este factor para varios procesos son:

Soldadura con electrodo de varilla = 0,65

Flux-cored = 0,82

GMAW = 0,92

SAW = 1,00

La soldadura de arco sumergido tiene una eficiencia de 1,00 por que el fundente es aplicado por separado y las salpicaduras son inexistentes. Sin embargo, como regla de oro, el consumo de fundente con arco sumergido se aproxima a una libra por cada libra de electrodo fundido.

Determinando el peso del metal de aporte: estimar el metal de aporte (WW) requiere predecir el consumo de electrodos con la ecuación (4) que puede ser hecho primero hallando (A) la sección transversal de la soldadura en pulgadas cuadradas. Este valor es luego multiplicado por un factor de conversión apropiado (3,4 para aceros y 1,2 para aluminios) para determinar (WW) en libras por pie lineal de cordón. El factor (3,4) es aproximado para la mayoría de los aceros, incluyendo los inoxidables.

Los datos tabulados, como los de las tablas 12-2, 12-3 y 12-4 dan el peso del acero soldado directamente. Así, la tabla 12-2 da el peso del metal aportado en libras por pie para varios tamaños de filetes, planos, convexos y cóncavos. La tabla 12-3 ilustra varias gargantas soldadas con filetes de refuerzo que pueden ser usados en ensambles en forma de T y da el peso del metal aportado en libras por pie para tales uniones con diferentes espesores de placa. La tabla 12-4 da valores similares de (WW) para varias juntas a tope.

Una junta a tope, sin embargo, puede ser moldeada por lo que los datos tabulados en 12-4 no aplican. En ese caso, la tabla 12-5 puede ser útil. Con su uso, los pesos de las porciones de área transversal de los cordones pueden ser determinados uno por uno, y estos pesos totalizados para dar el peso del metal de aporte depositado en libras por pie para la configuración de sección transversal.

En la tabla 12-5, los segmentos que pueden ser prescritos por líneas rectas a través de la sección transversal de la junta a tope son indicados por líneas etiquetadas A,B,C y D. Los valores para el peso de los segmentos son leídos desde las columnas, usando la dimensión aplicable para (d) y (t) o el ángulo incluido.

Por ejemplo, un estimador necesita saber el peso del metal de aporte por pie lineal (WW) para la garganta mostrada en la figura 12-1 para usar ese valor en la ecuación de costo. El divide la sección transversal en los segmentos A,B,C y D ilustrados con las líneas punteadas en la figura 12-1. Esos segmentos son formas que responden a las dibujadas en las ilustradas en la tabla 12-5. Usando las dimensiones dadas para la soldadura y leyendo de la tabla, los pesos de la soldadura para cada segmento individual es determinado.

Así –

segmento Dimensión dada o ángulo incluido

(WW) de cada segmento de la tabla 12-5 (lb/pie)

A t= 1/8 pulgd = 1-1/8 pulg

0,318

B Angulo incluido -7° + 7° = 14°d= 1-1/2 - ( ¼ + ¼ ) = 1 pulg

0,417

C t= ( ¼ + ¼ ) = ½ pulgd = 1-1/2 - ( ¼ + ¼ ) = 1 pulg

1,7

D r = ¼ pulg 0,334TOTALO valor de (WW) para la junta

2,769 lb/pie

Estimados del tiempo de soldadura: los valores de (T) pueden ser obtenidos por varios métodos. La estimación puede ser proyectada directamente de la medición del tiempo que requiere soldar un pie de cordón en una prueba. O, si el tipo de electrodo y la corriente son conocidos, el tiempo (T) puede ser calculado de la tasa de deposición (D). Las tasas de deposición (D) están dadas en las figuras 6-81, 6-86, y de la 12-2 a la 12-7 y en las tablas 6-22, 6-27, y 12-6. Luego un valor para (WW) puede ser seleccionado desde una tabla o ser calculado desde el área transversal de un cordón. Finalmente, el tiempo en horas por pie requerido para completar la soldadura es encontrado de la ecuación:

T = (WW) / (D) ……………………. (5)

Si el valor de (D) no esta disponible, (T) puede ser calculado por aproximación utilizando valores del manual para tipos de cordones similares. Para esta estimación, los valores de (T) y (WE) son seleccionados para unos tipos de cordón y un espesor de lámina cercana a la soldadura bajo consideración. Estos valores – designados (T’) y (WE’) para indicar que ellos son aproximados y no aplican directamente al cordón manual – son usados para aproximar la tasa de Tasa de fundido del electrodo a través de:

M = (WE’) / (T’) ………………………………. (6)

El valor de (WE) obtenido de la ecuación (4) y el valor de (M) obtenido de la ecuación (6) son usados para estimar el tiempo de soldadura a través de:

T = (WE) / (M) ……. (7)

Algunos cálculos pueden ser hechos más convenientemente si la velocidad de soldadura (S) es usada en lugar de (T). Estas dos cantidades están relacionadas a través de la ecuación:

T = 1 / (S) …………………….. (8)

Una aproximación de (WW) puede ser hecha combinando las ecuaciones (5) y (8) en:

WW = (D) / (S) …………………………….(9)

La mano de obra y los gastos generales por pie pueden ser calculados directamente midiendo la velocidad de soldadura al combinar (3) con (8) en:

CL = (CR) / (S) (OF)……………………………………….. (10)

La tasa de deposición para método SAW:

La tasa de deposición para SAW puede ser aproximada refiriéndose a la tabla 12-6, esta tabla da los valores para un solo electrodo, soldadura con salida normal de polaridad positiva. Como se indica en la nota al pie, los valores deben incrementarse de 30 a 50% para polaridad negativa. (Vea también la tabla 6-22).

Tiempo requerido para soldadura con pases múltiples: El tiempo requerido para soldaduras que consisten de mas de un pase puede ser encontrado primero calculando la velocidad total (S) de la ecuación:

S = 1 / ((1/S1)+ (1/S2)+… (1/Sn)) …………………………..(11)

Donde S1 y S2,…Sn. Son las velocidades de cada pase hasta terminar la soldadura.

RECOPILACION DE LOS METODOS DE CÁLCULO DE COSTOS

Materiales: el costo por pie de los materiales (CM) puede ser calculado de la ecuación (1) si la cantidad de consumibles (WE, WF, y VG ) y su costo (CE, CF y CG ) es conocida. El peso de los electrodos (WE) puede ser encontrado de la ecuación (4) si el peso del metal de aporte (WW) y la eficiencia de deposición (DE) son conocidas. El peso del metal de aporte (WW) puede ser calculado del área transversal del cordón (A) y la densidad del metal soldado.

Mano de obra y gastos generales: el costo de la mano de obra y los gastos generales por pie (CL) puede ser calculado por la ecuación (2) si el tiempo requerido (T), la tasa de mano de obra y gastos generales (CR) y el factor operativo (OF) son conocidos. El tiempo (T) puede ser calculado de la ecuación (5) si el

metal de aporte (WW) y la tasa de deposición (D) son conocidos; por la ecuación (7) si el peso de los electrodos consumidos (WE) y la tasa de fundido (M) son conocidos; por la ecuación (8) si la velocidad de soldadura es conocida. Los costos por mano de obra y gastos generales puede ser calculado directamente si (CR), (S) y (OF) son conocidos.

Método rápido para estimar los costos de soldadura:

Al principio de esta sección se mencionan varias situaciones que requieren un análisis exacto del costo de soldadura. Dichos análisis requieren considerar muchos detalles y, no por complicados, los cálculos consumen bastante tiempo.

Algunas situaciones no requieren la exactitud de un análisis de costos cuidadoso. Por ejemplo, estimados preliminares serán satisfactorios para comparar dos procesos de soldadura similares con diferentes condiciones de manejo de material, fijaciones y posicionamientos. Un método rápido para propósitos de comparación es ignorar los costos de los consumibles y calcular el costo solo de la mano de obra y los gastos generales, velocidad de arco y factores operacionales.

Consumibles: el costo de los consumibles es la parte mas pequeña de los costos de soldadura y además, el costo de los consumibles no varían ampliamente entre los procesos de soldadura cuando la eficiencia de deposición es considerada. La tabla 12-7 muestra el costo por pie de soldadura calculado con precios de materiales de la fecha de esta publicación. El costo promedio de los consumibles es cerca de $ 0,05 por pie de cordón y la desviación suficientemente pequeña para que pueda ignorarse en caso de comparación.

Mano de obra, Gastos generales, factor de operación, y velocidad de soldadura:

La ecuación (2) da el costo por pie lineal de soldadura de la mano de obra y los gastos generales. Modificando la ecuación (2) y usando pie por hora (S) en lugar de horas por pie (T) la ecuación se convierte en:

CL = (CR) / (S) (OF) …………………………………………….(12)

Esta ecuación sustenta el costo estimado por pie de soldadura (dólares / pie) y es la mano de obra y los gastos generales divididos de la velocidad de soldadura (S) (pie/h) y el factor operativo (OF).