soldadura
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Diseño de estructuras de acero
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL –CARRERA PROFESIONAL INGENIERIA CIVIL
CURSO
DISENO EN ESTRUCTURAS DE ACERO
MONOGRAFIA
PRESENTADO POR:
SANDRO MEDRANO ZUNIGA
DOCENTE:
Ing. DANNY NIETO PALOMINO
SEMESTRE:
2010-I
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U N
S A
A C
Diseño de estructuras de acero
SOLDADURA1. DEFINICION
Se le llama soldadura a la unión de dos materiales generalmente metales mediante el
calentamiento de sus superficies a un estado plástico, permitiendo que las partes fluyan y
se unan con o sin adición de otro metal fundido , usualmente logrado a través de un proceso
de fusión en el cual las piezas son soldadas derritiendo ambas y agregando metal o plástico
derretido para conseguir una "pileta" (punto de soldadura) que, al enfriarse, forma una
unión fuerte.
El arte de trabajar los metales, incluyendo las soldadura, fue un arte en la antigua Grecia
desde hace por lo menos tres mil anos.
La energía necesaria para formar la unión entre dos piezas de metal generalmente proviene
de un arco eléctrico, pero la soldadura puede ser lograda mediante rayos láser, rayos de
electrones, procesos de fricción o ultrasonido.
La abertura de electrodos es la distancia que entre los electrodos en una soldadura recalcada
o a tope se mide con las piezas en contacto, pero antes de comenzar o inmediatamente
después de completar el ciclo de soldadura. Soldadura por puntos de fabricación casera.
A veces es difícil soldar chapas pequeñas, o materiales extraños con la soldadura al arco,
también puede ser difícil soldar con plata o estaño, por eso ocasionalmente disponer de una
soldadura por puntos puede resultar conveniente.
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2. PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA
Existen variables diversas para cada método de soldadura; dentro de todas ellas podemos
nombrar:
Espesor de la pieza.
Calidad del acero a soldar.
Piezas con bordes preparados o no para recibir soldadura.
Intensidad de la corriente.
Velocidad de avance.
Otras.
En la normativa correspondiente se establece una serie de prescripciones generales para que
las uniones por soldadura posean la resistencia prevista.
Estas prescripciones indican:
1. La limpieza de los bordes a soldar,
2. La calidad y estado de uso de los electrodos,
3. El precalentamiento del material para espesores considerables,
4. Orden de ejecución de los cordones,
5. Eliminación de escoria,
6. Condiciones del enfriamiento
7. Otras.
Para las soldaduras a tope es importante preparar los bordes, tareas previas necesarias para
espesores entre 7 y 10 mm., según la clase de electrodo a emplear.
El Procedimiento de Soldadura se realiza complementando las normas mencionadas, sobre
todo para soldaduras que puedan presentar dificultades. En estos casos se fijan los
parámetros específicos que ameritan, se realiza una muestra a tamaño real y luego se
procede al ensayo con la muestra.
Si el conjunto con la unión conservan las mismas características que el material base (en
relación al límite elástico, tensión de rotura, plegado, resiliencia, etc.), entonces se ha
definido un procedimiento de soldadura.
2.1 NORMATIVA.
Las Normas ASME IX AWS D1.1, o la Norma Europea EN 288, establecen y regulan estas
actuaciones
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1.2 SOLDADORA
Soldadora
Se denomina Soldadora a la herramienta diseñada para realizar soldaduras sobre todo tipo
de materiales, como Acero, Acero Inoxidable, Acero Galvanizado, Acero Galvanizado y
Aluminio.
Un equipo de soldadura eléctrica está formado por:
Transformador: Su función es producir una descarga eléctrica controlada, tanto en
potencia como en duración, al poner en contacto el electrodo con las piezas a soldar
haciendo pasar la corriente a través de la masa.
Pinza: Su objetivo es sujetar el electrodo y permite conducir el material de aporte
necesario para la soldadura. Su disposición en empuñadura hace posible cortar el paso
de la corriente sin más que separarlo del material a soldar.
Masa: en forma de pinza o gato de presión sirve para cerrar el circuito eléctrico. Se fija a
la mesa o banco de trabajo (que debe ser metálica) y posibilita la acción de soldar en
toda la superficie de la mesa de trabajo.
Electrodo: varilla metálica, generalmente de acero dulce, revestida de un material que
conforma luego la escoria, protegiendo a la soldadura de la corrosión. Esta es la
soldadura más utilizada, no obstante también se pueden realizar soldaduras de hilo
continuo, en las que el electrodo es un hilo metálico continuo sin recubrimiento.
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La unidad de alimentación puede separarse de la fuente de alimentación de corriente,
permitiendo así su desplazamiento hasta zonas alejadas y de difícil acceso y facilitando la
ejecución de la soldadura en superficies elevadas e interiores de vehículos industriales.
2. ELECTRODO
Las baterías comunes poseen dos electrodos.
Un electrodo es un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un
circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica),
un gas (en una lámpara de neón), etc. La palabra fue acuñada por el científico Michael
Faraday y procede de las voces griegas elektron, que significa ámbar y de la que proviene la
palabra electricidad y hodos, que significa camino.
A. Ánodo y Cátodo en Celdas Electroquímicas
Un electrodo en una celda electroquímica se refiere a cualquiera de los dos conceptos, sea
ánodo o cátodo, que también fueron acuñados por Faraday. El ánodo es definido como el
electrodo al cual los electrones vienen de la celda y ocurre la oxidación, y el cátodo es
definido como el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y ocurre la reducción.
Cada electrodo puede convertirse en ánodo o cátodo dependiendo del voltaje que se aplique
a la celda. Un electrodo bipolar es un electrodo que funciona como ánodo en una celda y
como cátodo en otra.
Celda Primaria
Una celda primaria es un tipo especial de celda electroquímica en la cual la reacción no
puede ser revertida, y las identidades del ánodo y cátodo son, por lo tanto, fijas. El Cátodo
siempre es el electrodo negativo. La celda puede ser descargada pero no recargada.
Celda Secundaria [editar]
Una celda secundaria, una batería recargable por ejemplo, es una celda en que la reacción es
reversible. Cuando la celda está siendo cargada, el ánodo se convierte en el electrodo
positivo (+) y el cátodo en el negativo (-). Esto también aplica para la celda electrolítica.
Cuando la celda está siendo descargada, se comporta como una celda primaria o voltaica,
con el ánodo como electrodo negativo y el cátodo como positivo.
B. OTROS ÁNODOS Y CÁTODOS
En un tubo de vacío o un semiconductor polarizado (diodos, capacitores electrolíticos) el
ánodo es el electrodo positivo (+) y el cátodo el negativo (-). Los electrones entran al
dispositivo por el cátodo y salen por el ánodo.
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En una celda de tres electrodos, un electrodo auxiliar es usado sólo para hacer la conexión
con el electrolito para que una corriente pueda ser aplicada al electrodo en curso. El
electrodo auxiliar esta usualmente hecho de un material inerte, como un metal noble o
grafito. Hecho por Anthony QC
C. ELECTRODOS DE SOLDADURA
En soldadura de arco un electrodo es usado para conducir corriente a través de la pieza de
trabajo y fusionar dos piezas juntas. Dependiendo del proceso, el electrodo puede ser
consumible, en el caso de la soldadura con gas metal o la soldadura blindada, o no
consumible, como la soldadura con gas tungsteno. Para un sistema de corriente directa, la
barra de soldadura puede ser el cátodo para una soldadura de tipo llenado o el ánodo para
cualquier otro tipo de soldadura. Para corriente alterna, el electrodo de soldadura no puede
ser considerado ánodo o cátodo.
D. ELECTRODOS DE CORRIENTE ALTERNA
Para sistemas eléctricos que usan corriente alterna, los electrodos son conexiones del
circuito hacia el objeto que actuará bajo la corriente eléctrica, pero no se designa ánodo o
cátodo debido a que la dirección del flujo de los electrones cambia periódicamente,
numerosas veces por segundo. Son una excepción a esto, los sistemas en los que la corriente
alterna que se aplica es de baja amplitud (por ejemplo 10 mV) de tal forma que no se alteren
las propiedades como ánodo o cátodo, ya que el sistema se mantiene en un estado pseudo-
estacionario.
E. TIPOS DE ELECTRODOS
Electrodos para fines médicos, como EEG, EKG, ECT, desfibrilador
Electrodos para técnicas de Electrofisiología en investigación biomédica
Electrodos para ejecución en silla eléctrica
Electrodos para galvanoplastia
Electrodos para soldadura
Electrodos de protección catódica
Electrodos inertes para hidrólisis (hechos de platino)
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3. TIPOS DE SOLDADURAS
Existen aproximadamente cuarenta tipos distintos de soldaduras; los más importantes en la
construcción de Estructuras Metálicas son los Sistemas de Soldaduras por Fusión.
La mayoría de las soldaduras se efectúan en forma manual, lo cual requiere mano de obra
calificada e implica un coste considerable de obra.
4.1 SOLDADURAS POR FUSIÓN
En las soldaduras por fusión se emplea calor para fundir los extremos de la piezas; cuando
enfrían, las partes soldadas solidifican logrando la unión permanente.
Las uniones soldadas con defectos de calidad son de difícil detección visual; dichos defectos
reducen la resistencia de las uniones pudiendo comprometer la estabilidad de la estructura,
por eso se requiere personal calificado.
Los tipos de soldaduras de fusión más utilizados son:
Soldadura Autógena
Soldadura por Arco Eléctrico
y para corte de piezas metálicas:
Oxicorte
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4.2 TIPOS DE UNIONES POR SOLDADURA
Existen diferentes Formas de Disponer las Uniones por Soldaduras, las más usuales son:
Soldadura a Tope
Soldadura en Ángulo
4.2.1 SOLDADURA A TOPE
Cordón de Soldadura a Tope
Soldadura a Tope con elementos en prolongación en T ó en L.
Los bordes se preparan según los tipos H, V, X, Y, Z, indicados en los gráficos; se determinan
en cada caso según su espesor y por la posición de los elementos a unir según la tabla
siguiente:
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Espesor En Prolongación Horizontal En Prolongación Vertical en T ó L
5 H H ---
5 -10 H V Z
10 - 15 V V Z
12 - 50 V V Y
20 -40 X X Y
En caso de unir dos piezas de distinta sección dispuestas en prolongación, la que posee
mayor sección se adelgaza con una pendiente no superior al 25% hasta conseguir el espesor
de la pieza más delgada en la zona de contacto.
La soldadura debe ser continua a todo lo largo de la unión y con completa penetración.
En uniones de fuerza, debe realizarse por ambas caras el cordón de soldadura.
En caso de no ser posible el acceso por la cara posterior, la soldadura se realiza por medio de
chapa dorsal.
El cordón de soldadura a tope no necesita dimensionarse.
4.2.2 SOLDADURA EN ÁNGULO
Cordón de soldadura en ángulo - G.
La soldadura en ángulo puede ser en ángulo de esquina o en solape.
Se realiza con cordón continuo de espesor de garganta G, siendo G la altura del máximo
triángulo isósceles inscrito en la sección transversal de la soldadura (ver gráfico).
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Si la longitud del cordón no supera los 500 mm, para su ejecución se comienza por un
extremo siguiendo hasta el otro.
Cuando la longitud se encuentra entre 500 mm y 1000 mm, la soldadura se ejecuta en dos
tramos, iniciándola en el centro.
Cuando la longitud supera los 1000 mm, la soldadura se ejecuta por cordones parciales,
terminando el tramo donde comienza el anterior.
Las esquinas de chapas donde coinciden los puntos de cruce de cordones, debe recortase
para evitar el cruce.
Nunca se ejecuta una soldadura a lo largo de otra ya realizada.
Se deberá indicar en los planos del proyecto el tipo de soldadura y sus medidas (longitud y
espesor de garganta G).
Los planos de taller deben indicar la preparación de bordes.
OTROS TIPOS DE SOLDADURAS
4.3. Soldadura TIG
4.4 Soldadura MAG
4.5. Soldadura MIG
4.6 Soldadura por arco
4.7 Soldadura en frío
4.8 Soldadura explosiva
4.9 Soldadura por fricción
4.10 Soldadura por fusión
4.11 Soldadura a gas
4.12 Soldadura por inducción
4.13 Soldadura mixta
4.14 Soldadura por plasma
4.15 Soldadura por puntos
4.16 Soldadura de choque
4.17 Soldadura con rayo de electrones
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4.18 Soldadura por rayo láser
4.19 Soldadura ultrasónica
4.20 Soldadura aluminotérmica
4.21 Soldadura GMAW
4.22 Soldadura sin plomo
4.23 Soldadura Autogena
4.3 SOLDADURA TIG
Accesorios para soldadura TIG.
Esquema de la soldadura TIG.
La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo
permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en porcentajes no superiores a
un 2%. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 ºC),
acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso
prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el
argón y el helio, o mezclas de ambos.
La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de cordones más
resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto de procedimientos,
ya que el gas protector impide el contacto entre el oxigeno de la atmósfera y el baño de
fusión. Además, dicho gas simplifica notablemente el soldeo de metales ferrosos y no
ferrosos, por no requerir el empleo de desoxidantes, con las deformaciones o inclusiones de
escoria que pueden implicar. Otra ventaja de la soldadura por arco en atmósfera inerte es la
que permite obtener soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de humos y
proyecciones; la movilidad del gas que rodea al arco transparente permite al soldador ver
claramente lo que está haciendo en todo momento, lo que repercute favorablemente en la
calidad de la soldadura. El cordón obtenido es por tanto de un buen acabado superficial, que
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Diseño de estructuras de acero
puede mejorarse con sencillas operaciones de acabado, lo que incide favorablemente en los
costes de producción. Además, la deformación que se produce en las inmediaciones del
cordón de soldadura es menor.
Como inconvenientes está la necesidad de proporcionar un flujo continuo de gas, con la
subsiguiente instalación de tuberías, bombonas, etc., y el encarecimiento que supone.
Además, este método de soldadura requiere una mano de obra muy especializada, lo que
también aumenta los costes. Por tanto, no es uno de los métodos más utilizados sino que se
reserva para uniones con necesidades especiales de acabado superficial y precisión.
4.4 SOLDADURA POR ARCO
La idea de la soldadura por arco eléctrico fue propuesta a principios del siglo XIX por el
científico inglés Humphrey Davy pero ya en 1885 dos investigadores rusos consiguieron
soldar con electrodos de carbono.
Cuatro años más tarde fue patentado un proceso de soldadura con varilla metálica. Sin
embargo, este procedimiento no tomó importancia en el ámbito industrial hasta que el
sueco Oskar Kjellberg descubrió, en 1904, el electrodo recubierto. Su uso masivo comenzó
Para realizar una soldadura por arco eléctrico se induce una diferencia de potencial entre el
electrodo y la pieza a soldar, con lo cual ioniza el aire entre ellos y pasa a ser conductor, de
modo que se cierra el circuito y se crea el arco eléctrico. El calor del arco funde parcialmente
el material de base y funde el material de aporte, el cual se deposita y crea el cordón de
soldadura.
La soldadura por arco eléctrico es utilizada comúnmente debido a la facilidad de
transportación
Esquema.4.4.1 Electrodo: Son varillas metálicas preparadas para servir como polo del
circuito; en su extremo se genera el arco. En algunos casos, sirven también como material
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fundente. La varilla metálica a menudo va recubierta de distintos materiales, en función de
la pieza a soldar y del procedimiento empleado.
4.4.2 Plasma: Está compuesto por electrones que transportan la corriente y que van del polo
negativo al positivo, de iones metálicos que van del polo positivo al negativo, de átomos
gaseosos que se van ionizando y estabilizándose conforme pierden o ganan electrones, y de
productos de la fusión tales como vapores que ayudarán a la formación de una atmósfera
protectora. Esta zona alcanza la mayor temperatura del proceso.
4.4.3 Llama: Es la zona que envuelve al plasma y presenta menor temperatura que éste,
formada por átomos que se disocian y recombinan desprendiendo calor por la combustión
del revestimiento del electrodo. Otorga al arco eléctrico su forma cónica.
Baño de fusión: La acción calorífica del arco provoca la fusión del material, donde parte de
éste se mezcla con el material de aportación del electrodo, provocando la soldadura de las
piezas una vez solidificado.
Cráter: Surco producido por el calentamiento del metal. Su forma y profundidad vendrán
dadas por el poder de penetración del electrodo.
Cordón de soldadura: Está constituido por el metal base y el material de aportación del
electrodo y se pueden diferenciar dos partes: la escoria, compuesta por impurezas que son
segregadas durante la solidificación y que posteriormente son eliminadas, y el sobre
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espesor, formado por la parte útil del material de aportación y parte del metal base, que es
lo que compone la soldadura en sí.
La característica más importante de la soldadura con electrodos revestidos, en inglés Shield
Metal Arc Welding (SMAW) o Manual Metal Arc Welding (MMAW), es que el arco eléctrico
se produce entre la pieza y un electrodo metálico recubierto. El recubrimiento protege el
interior del electrodo hasta el momento de la fusión. Con el calor del arco, el extremo del
electrodo funde y se quema el recubrimiento, de modo que se obtiene la atmósfera
adecuada para que se produzca la transferencia de metal fundido desde el núcleo del
electrodo hasta el baño de fusión en el material base.
Estas gotas de metal fundido caen recubiertas de escoria fundida procedente de la fusión del
recubrimiento del arco. La escoria flota en la superficie y forma, por encima del cordón de
soldadura, una capa protectora del metal fundido.
Como son los propios electrodos los que aportan el flujo de metal fundido, será necesario
reponerlos cuando se desgasten. Los electrodos están compuestos de dos piezas: el alma y el
revestimiento.
El alma o varilla es alambre (de diámetro original 5.5 mm) que se comercializa en rollos
continuos. Tras obtener el material, el fabricante lo decapa mecánicamente (a fin de eliminar
el óxido y aumentar la pureza) y posteriormente lo trefila para reducir su diámetro.
El revestimiento se produce mediante la combinación de una gran variedad de elementos
(minerales varios, celulosa, mármol, aleaciones, etc.) convenientemente seleccionados y
probados por los fabricantes, que mantienen el proceso, cantidades y dosificaciones en
riguroso secreto.
La composición y clasificación de cada tipo de electrodo está regulada por AWS (American
Welding Society), organismo de referencia mundial en el ámbito de la soldadura.
Este tipo de soldaduras pueden ser efectuados bajo corriente tanto continua como alterna.
En corriente continua el arco es más estable y fácil de encender y las salpicaduras son poco
frecuentes; en cambio, el método es poco eficaz con soldaduras de piezas gruesas. La
corriente alterna posibilita el uso de electrodos de mayor diámetro, con lo que el
rendimiento a mayor escala también aumenta. En cualquier caso, las intensidades de
corriente oscilan entre 10 y 500 amperios.
El factor principal que hace de este proceso de soldadura un método tan útil es su
simplicidad y, por tanto, su bajo precio. A pesar de la gran variedad de procesos de
soldadura disponibles, la soldadura con electrodo revestido no ha sido desplazada del
mercado. La sencillez hace de ella un procedimiento práctico; todo lo que necesita un
soldador para trabajar es una fuente de alimentación, cables, un portaelectrodo y
electrodos. El soldador no tiene que estar junto a la fuente y no hay necesidad de utilizar
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Diseño de estructuras de acero
gases comprimidos como protección. El procedimiento es excelente para trabajos,
reparación, fabricación y construcción. Además, la soldadura SMAW es muy versátil. Su
campo de aplicaciones es enorme: casi todos los trabajos de pequeña y mediana soldadura
de taller se efectúan con electrodo revestido; se puede soldar metal de casi cualquier
espesor y se pueden hacer uniones de cualquier tipo.
Sin embargo, el procedimiento de soldadura con electrodo revestido no se presta para su
automatización o semi automatización; su aplicación es esencialmente manual. La longitud
de los electrodos es relativamente corta: de 230 a 700 mm. Por tanto, es un proceso
principalmente para soldadura a pequeña escala. El soldador tiene que interrumpir el
trabajo a intervalos regulares para cambiar el electrodo y debe limpiar el punto de inicio
antes de empezar a usar electrodo nuevo. Sin embargo, aun con todo este tiempo muerto y
de preparación, un soldador eficiente puede ser muy productivo.
El objetivo fundamental en cualquier operación de soldadura es el de conseguir una junta
con la misma característica del metal base. Este resultado sólo puede obtenerse si el baño de
fusión está completamente aislado de la atmósfera durante toda la operación de soldeo. De
no ser así, tanto el oxígeno como el nitrógeno del aire serán absorbidos por el metal en
estado de fusión y la soldadura quedará porosa y frágil. En este tipo de soldadura se utiliza
como medio de protección un chorro de gas que impide la contaminación de la junta. Tanto
este como el siguiente proceso de soldeo tienen en común la protección del electrodo por
medio de dicho gas. La soldadura por electrodo no consumible, también llamada Soldadura
TIG (siglas de Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente
que normalmente, como indica el nombre, es de tungsteno.
Este método de soldadura se patentó en 1920 pero no se empezó a utilizar de manera
generalizada hasta 1940, dado su coste y complejidad técnica.
A diferencia que en las soldaduras de electrodo consumible, en este caso el metal que
formará el cordón de soldadura debe ser añadido externamente, a no ser que las piezas a
soldar sean específicamente delgadas y no sea necesario. El metal de aportación debe ser de
la misma composición o similar que el metal base; incluso, en algunos casos, puede utilizarse
satisfactoriamente como material de aportación una tira obtenida de las propias chapas a
soldar.
La inyección del gas a la zona de soldeo se consigue mediante una canalización que llega
directamente a la punta del electrodo, rodeándolo. Dada la elevada resistencia a la
temperatura del tungsteno (funde a 3410 ºC), acompañada de la protección del gas, la punta
del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Es conveniente, eso sí, repasar la
terminación en punta, ya que una geometría poco adecuada perjudicaría en gran medida la
calidad del soldado. Respecto al gas, los más utilizados son el argón, el helio, y mezclas de
ambos. El helio, gas noble (inerte, de ahí el nombre de soldadura por gas inerte) es más
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Diseño de estructuras de acero
usado en los Estados Unidos, dado que allí se obtiene de forma económica en yacimientos
de gas natural. Este gas deja un cordón de soldadura más achatado y menos profundo que el
argón. Este último, más utilizado en Europa por su bajo precio en comparación con el helio,
deja un cordón más triangular y que se infiltra en la soldadura. Una mezcla de ambos gases
proporcionará un cordón de soldadura con características intermedias entre los dos.
La soldadura TIG se trabaja con corrientes continua y alterna. En corriente continua y
polaridad directa, las intensidades de corriente son del orden de 50 a 500 amperios. Con esta
polarización se consigue mayor penetración y un aumento en la duración del electrodo. Con
polarización inversa, el baño de fusión es mayor pero hay menor penetración; las
intensidades oscilan entre 5 y 60 A. La corriente alterna combina las ventajas de las dos
anteriores, pero en contra da un arco poco estable y difícil de cebar.
La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de cordones más
resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto de procedimientos,
ya que el gas protector impide el contacto entre la atmósfera y el baño de fusión. Además,
dicho gas simplifica notablemente el soldeo de metales no ferrosos, por no requerir el
empleo de desoxidantes, con las deformaciones o inclusiones de escoria que pueden
implicar. Otra ventaja de la soldadura por arco con protección gaseosa es la que permite
obtener soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de humos y proyecciones; la
movilidad del gas que rodea al arco transparente permite al soldador ver claramente lo que
está haciendo en todo momento, lo que repercute favorablemente en la calidad de la
soldadura. El cordón obtenido es por tanto de un buen acabado superficial, que puede
mejorarse con sencillas operaciones de acabado, lo que incide favorablemente en los costes
de producción. Además, la deformación que se produce en las inmediaciones del cordón de
soldadura es menor.
Como inconvenientes está la necesidad de proporcionar un flujo continuo de gas, con la
subsiguiente instalación de tuberías, bombonas, etc., y el encarecimiento que supone.
Además, este método de soldadura requiere una mano de obra muy especializada, lo que
también aumenta los costes. Por tanto, no es uno de los métodos más utilizados sino que se
reserva para uniones con necesidades especiales de acabado superficial y precisión.
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Diseño de estructuras de acero
4.4.4 Soldadura por electrodo consumible protegido
Este método resulta similar al anterior, con la salvedad de que en los dos tipos de soldadura
por electrodo consumible protegido, MIG (Metal Inert Gas) y MAG (Metal Active Gas), es
este electrodo el alimento del cordón de soldadura. El arco eléctrico está protegido, como en
el caso anterior, por un flujo continuo de gas que garantiza una unión limpia y en buenas
condiciones.
En la soldadura MIG, como su nombre indica, el gas es inerte; no participa en modo alguno
en la reacción de soldadura. Su función es proteger la zona crítica de la soldadura de
oxidaciones e impurezas exteriores. Se emplean usualmente los mismos gases que en el caso
de electrodo no consumible, argón, menos frecuentemente helio, y mezcla de ambos.
En la soldadura MAG, en cambio, el gas utilizado participa de forma activa en la soldadura.
Su zona de influencia puede ser oxidante o reductora, ya se utilicen gases como el dióxido de
carbono o el argón mezclado con oxígeno. El problema de usar CO2 en la soldadura es que la
unión resultante, debido al oxígeno liberado, resulta muy porosa. Además, sólo se puede
usar para soldar acero, por lo que su uso queda restringido a las ocasiones en las que es
necesario soldar grandes cantidades de material y en las que la porosidad resultante no es
un problema a tener en cuenta.
El punto común de los dos procedimientos es el empleo de un electrodo consumible
continuo. Dicho electrodo, en forma de alambre, es a la vez el material a partir del cual se
generará el cordón de soldadura, y llega hasta la zona de aplicación por el mismo camino
que el gas o la alimentación. Dependiendo de cada caso, el ajuste de la velocidad del hilo
conllevará un mayor o menor flujo de fundente en la zona a soldar.
En general, en este proceso se trabaja con corriente continua (electrodo positivo, base
negativa), y en raras ocasiones con corriente alterna. Las intensidades de corriente fluctúan
entre 20 y 500 amperios con corriente continua y polaridad directa, 5 y 60 con polaridad
inversa, y 40 y 300 amperios con corriente alterna.
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Diseño de estructuras de acero
El uso de los métodos de soldadura MIG y MAG es cada vez más frecuente en el sector
industrial. En la actualidad, es uno de los métodos más utilizados en Europa occidental,
Estados Unidos y Japón en soldaduras de fábrica. Ello se debe, entre otras cosas, a su
elevada productividad y a la facilidad de automatización, lo que le ha valido abrirse un hueco
en la industria automovilística. La flexibilidad es la característica más sobresaliente del
método MIG / MAG, ya que permite soldar aceros de baja aleación, aceros inoxidables,
aluminio y cobre, en espesores a partir de los 0,5 mm y en todas las posiciones. La protección
por gas garantiza un cordón de soldadura continuo y uniforme, además de libre de
impurezas y escorias. Además, la soldadura MIG / MAG es un método limpio y compatible
con todas las medidas de protección para el medio ambiente.
En contra, su mayor problema es la necesidad de aporte tanto de gas como de electrodo, lo
que multiplica las posibilidades de fallo del aparato, además del lógico encarecimiento del
proceso.
El proceso de soldadura por arco sumergido, también llamado proceso SAW (Submerged Arc
Welding), tiene como detalle más característico el empleo de un flujo continuo de material
protector en polvo o granulado, llamado flux. Esta sustancia protege el arco y el baño de
fusión de la atmósfera, de tal forma que ambos permanecen invisibles durante la soldadura.
Parte del flux funde, y con ello protege y estabiliza el arco, genera escoria que aísla el
cordón, e incluso puede contribuir a la aleación. El resto del flux, no fundido, se recoge tras
el paso del arco para su reutilización. Este proceso está totalmente automatizado y permite
obtener grandes rendimientos.
El electrodo de soldadura SAW es consumible, con lo que no es necesaria aportación externa
de fundente. Se comercializa en forma de hilo, macizo o hueco con el flux dentro (de forma
que no se requiere un conducto de aporte sino sólo uno de recogida), de alrededor de 0,5
mm de espesor.
El flux, o mejor dicho, los fluxes, son mezclas de compuestos minerales varios (SIO2, CaO,
MnO, etc…) con determinadas características de escorificación, viscosidad, etc. Obviamente,
cada fabricante mantiene la composición y el proceso de obtención del flux en secreto, pero,
en general, se clasifican en fundidos (se obtienen por fusión de los elementos), aglomerados
(se cohesionan con aglomerantes; cerámicos, silicato potásico, etc.) y mezclados
mecánicamente (simples mezclas de otros fluxes). Ya que el flux puede actuar como
elemento fundente, la adición en él de polvo metálico optimiza bastante el proceso, mejora
la tenacidad de la unión y evita un indeseable aumento del tamaño de grano en el metal
base.
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Diseño de estructuras de acero
Dependiendo del equipo y del diámetro del hilo de electrodo, este proceso se trabaja con
intensidades de hasta 1600 amperios, con corrientes continuas (electrodo positivo y base
negativa) o alternas.
Este proceso es bastante versátil; se usa en general para unir metales férreos y aleaciones, y
para recubrir materiales contra la corrosión (overlay). Además, permite la soldadura de
piezas con poca separación entre ellas. El arco actúa bajo el flux, evitando salpicaduras y
contaminación del cordón, y alimentándose, si es necesario, del propio flux, que además
evita que el arco se desestabilice por corrientes de aire. La soldadura SAW puede aplicarse a
gran velocidad en posiciones de sobremesa, para casi cualquier tipo de material y es
altamente automatizable. El cordón obtenido en estos soldeos es sano y de buen aspecto
visual. Una característica mejora del proceso SAW es la soldadura en tándem, mediante la
cual se aplican dos electrodos a un mismo baño. Así se aumenta la calidad de la soldadura,
ya que uno de los electrodos se encarga de la penetración y el volumen del cordón, mientras
que el segundo maneja lo parámetros de geometría y tamaño.
En cambio, la mayor limitación de este proceso es que solo puede aplicarse en posiciones de
sobremesa y cornisa, ya que de otra manera el flux se derramaría. Flux que ha de ser
continuamente aportado, lo cual encarece el procedimiento y aumenta sus probabilidades
de fallo (hay que alimentar tanto el rollo de electrodo como el flux); además, si se contamina
por agentes externos, la calidad del cordón disminuye bastante. A pesar de que puede unir
materiales poco separados, no es recomendable para unir espesores menores de 5mm.
Este proceso tiene su mayor campo de aplicación en la fabricación de tuberías de acero en
espiral y, en general, en la soldadura de casi cualquier tipo de aceros (especialmente los
inoxidables).
Según la NASD (Nacional Ag Safety Database), las medidas de seguridad necesarias para
trabajar con soldadura con arco son las siguientes.
Antes de empezar cualquier operación de soldadura de arco, se debe hacer una inspección
completa del soldador y de la zona donde se va a usar. Todos los objetos susceptibles de
arder deben ser retirados del área de trabajo, y debe haber un extintor apropiado de PQS o
de CO2 a la mano, no sin antes recordar que en ocaciones puedes tener maguera de espuma
mecanica.
Los interruptores de las máquinas necesarias para el soldeo deben poderse desconectar
rápida y fácilmente. La alimentación estará desconectada siempre que no se esté soldando, y
contará con una toma de tierra
Los portaelectrodos no deben usarse si tienen los cables sueltos y las tenazas o los aislantes
dañados.
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Diseño de estructuras de acero
La operación de soldadura deberá llevarse a cabo en un lugar bien ventilado pero sin
corrientes de aire que perjudiquen la estabilidad del arco. El techo del lugar donde se suelde
tendrá que ser alto o disponer de un sistema de ventilación adecuado. Las naves o talleres
grandes pueden tener corrientes no detectadas que deben bloquearse.
La radiación de un arco eléctrico es enormemente perjudicial para la retina y puede producir
cataratas, pérdida parcial de visión, o incluso ceguera. Los ojos y la cara del soldador deben
estar protegidos con un casco de soldar homologado equipado con un visor filtrante de
grado apropiado.
La ropa apropiada para trabajar con soldadura por arco debe ser holgada y cómoda,
resistente a la temperatura y al fuego. Debe estar en buenas condiciones, sin agujeros ni
remiendos y limpia de grasas y aceites. Las camisas deben tener mangas largas, y los
pantalones deben ser de bota larga, acompañados con zapatos o botas aislantes que cubran.
4.5 . ARCO ELÉCTRICO
En electricidad se denomina arco eléctrico o también arco voltaico a la descarga eléctrica
que se forma entre dos electrodos sometidos a una diferencia de potencial y colocados en el
seno de una atmósfera gaseosa enrarecida, normalmente a baja presión, o al aire libre. Fue
descubierto y demostrado por primera vez por el químico británico Humphry Davy en 1800.
Para iniciar un arco se ponen en contacto, brevemente, los extremos de dos electrodos,
usualmente en forma de lápiz, por lo general de grafito, y se hace pasar una corriente
intensa (unos 10 amperios) a través de ellos. Esta corriente provoca un gran calentamiento
en el punto de contacto, al separse los electrodos, se forma entre ellos una descarga
luminosa similar a una llama.
La descarga está producida por electrones que van desde el electrodo negativo al positivo,
pero también, en parte, por iones positivos que se mueven en sentido opuesto. El choque de
los iones genera un calor intenso en los electrodos, calentándose más el electrodo positivo
debido a que los electrones que golpean contra él tienen mayor energía total.
En un arco abierto al aire a presión normal el electrodo positivo alcanza una temperatura de
3.500 grados celsius. Durante el tiempo de la descarga se produce una luminosidad muy
intensa y un gran desprendimiento de calor. Ambos fenómenos, en caso de ser accidentales,
pueden ser sumamente destructivos, como ocurre con la perforación de aisladores en las
líneas de transporte de energía eléctrica en alta tensión o de los aislantes de conductores y
otros elementos eléctricos o electrónicos.
Aplicaciones
El arco eléctrico utilizado de forma controlada se ha empleado como fuente de luz, antes de
la invención de la lámpara incandescente e incluso después, en la industria cinematográfica
para conseguir fuertes intensidades luminosas en la filmación de películas así como en los
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Diseño de estructuras de acero
proyectores de las salas de cine. Los efectos caloríficos del arco eléctrico se continúan
utilizando en la industria para la soldadura de metales y otros procedimientos metalúrgicos.
En este último tipo de aplicaciones el intenso calor generado por el arco eléctrico suele
utilizarse en hornos especiales para fundir materiales refractarios. En este tipo de hornos
pueden alcanzarse fácilmente temperaturas del orden de los 3.500 ºC. Esto también permite
fundir productos con un punto de fusión muy alto. La ventaja especial de este procedimiento
es una completa independencia a la hora de elegir los productos a aplicar (chatarra, esponja
de hierro, arrabio así como cualquier tipo de mezcla). Los hornos modernos pueden llegar a
tener una capacidad de hasta 300 toneladas de acero y se necesita aproximadamente una
hora y media para cada colada..
4.6 SOLDADURA EN FRÍO
Se entiende por soldadura en frío al encolado o pegado de dos o más partes por intermedio
de un tercer material adhesivo generalmente derivados del petróleo.
Cuando se utilizan piezas de PVC, Alto Impacto, Acrílico, existen químicos capaces de realizar
las uniones disolviendo el material de las superficies a unir, fusionándolas.
Los resultados que se obtienen con el procedimiento de pegado pueden compararse a los
obtenidos por la soldadura tradicional, ya que existen pegamentos específicos para distintas
necesidades y que producen una unión sólida, estanca y permanente.
Cuándo se debe utilizar
Cuando se desea unir piezas de materiales distintos o similares que no resistan los sistemas
tradicionales de soldadura con calor, y en muchos casos cuando se quieran reducir costos.
21
Diseño de estructuras de acero
4.7 . SOLDADURA EXPLOSIVA
El proceso de soldadura por explosión se conoce técnicamente como EXW (EXplosion
Welding), basándose en la detonación de una carga explosiva colocada adecuadamente y
que obliga a uno de los metales que se desean soldar a precipitarse aceleradamente sobre
otro.
Una de las condiciones fundamentales para que se realice esta soldadura es la existencia de
un flujo o chorro limpiador que viaja inmediatamente por delante del punto de colisión en el
que la velocidad de la chapa, presión, ángulo y velocidad del punto de colisión se controlan
de manera que este flujo sea forzado a salir de entre las chapas a alta velocidad, expulsando
óxidos y contaminantes, dejando así limpias las superficies de unión.
Entre las reducidas aplicaciones de esta soldadura están la calderería, para la fabricación de
recipientes a presión, y la industria eléctrica, para la fabricación de juntas de transición
donde entran en juego materiales difícilmente soldables entre si como el aluminio y el cobre.
También se usa para la fabricación de algunas monedas bimetálicas.
4.8 SOLDADURA POR FRICCIÓN
La soldadura por fricción es un método de soldadura que aprovecha el calor generado por la
fricción mecánica entre dos piezas en movimiento.
Es utilizada para unir dos piezas aun cuando una de ellas por lo menos sea de igual o distinta
naturaleza, por ejemplo: acero duro y acero suave, aluminio y aleaciones, acero y cobre, etc.
El principio de funcionamiento consiste en que la pieza de revolución gira en un movimiento
de rotación fijo o variable alrededor de su eje longitudinal y se asienta sobre la otra pieza.
Cuando la cantidad de calor producida por rozamiento es suficiente para llevar las piezas a la
temperatura de soldadura, se detiene bruscamente el movimiento, y se ejerce un empuje el
cual produce la soldadura por interpenetración granular
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Diseño de estructuras de acero
4.8 SOLDADURA POR FUSIÓN
4.8.1 Soldadura por fusión
En la soldadura de los metales, la técnica que consiste en calentar dos piezas de metal hasta
que se derriten y se funden entre sí se le llama soldadura por fusión. Puede ser o no con
aporte de material.
Dentro de la soldadura por fusión observamos los siguientes tipos:
Soldadura TIG
Soldadura MAG
Soldadura MIG
Soldadura por arco
Soldadura por plasma
Soldadura por puntos
Soldadura con rayo de electrones
Soldadura por rayo láser
Soldadura aluminotérmica
Soldadura GMAW
4.8.2 Soldadura sin fusión
Si el proceso consiste en calentar los metales hasta una temperatura inferior a su punto de
fusión y unirlos con un metal de aporte fundido, o calentar los metales hasta que están
blandos para martillarlos o unirlos a presión entre sí. Se llamaría soldadura sin fusión.
4.9. SOLDADURA A GAS
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Diseño de estructuras de acero
Soldadura a gas
La soldadura a gas fue unos de los primeros procesos de soldadura de fusión desarrollados
que demostraron ser aplicables a una extensa variedad de materiales y aleaciones. Durante
muchos años fue el método más útil para soldar metales no ferrosos. Sigue siendo un
proceso versátil e importante pero su uso se ha restringido ampliamente a soldadura de
chapa metálica, cobre y aluminio. El equipo de soldadura a gas puede emplearse también
para la soldadura fuerte, blanda y corte de acero.
Tanto el oxígeno como el gas combustible son alimentados desde cilindros, o algún
suministro principal, a través de reductores de presión y a lo largo de una tubería de goma
hacia un soplete. En este, el flujo de los dos gases es regulado por medio de válvulas de
control, pasa a una cámara de mezcla y de ahí a una boquilla. El caudal máximo de flujo de
gas es controlado por el orificio de la boquilla. Se inicia la combustión de dicha mezcla por
medio de un mecanismo de ignición (como un encendedor por fricción) y la llama resultante
funde un material de aporte (generalmente acero o aleaciones de zinc, estaño, cobre o
bronce) el cual permite un enlace de aleación con la superficie a soldar y es suministrado por
el operador del soplete.
Las características térmicas de diversos gases combustibles se indican en la siguiente tabla:
Gas combustibleTemperatura
deflama teórica °C
Intensidad de combustioncal/cm3 /s Uso
Acetileno 3 270 3 500 Soldadura y corte
Metano 3 100 1 700 Soldadura fuerte y blanda
Propano 3 185 1 500 Soldadura en general
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Diseño de estructuras de acero
Hidrógeno 2 810 2 100 Uso limitado
El valor de una mezcla de gas combustible para el calentamiento depende de la temperatura
de la llama y la intensidad de la combustión.
En la práctica, esta soldadura es comúnmente usada con acetileno y oxígeno. El aspecto de la
llama resultado de esta combustión se muestra a continuación:
en el cono interno el acetileno, al ser oxidado, se transforma en hidrógeno y monóxido de
carbono según la siguiente reacción:
C2H2 + O2 → 2CO + H2 + E
En la parte externa de la flama estos gases se combinan con el oxígeno de la atmósfera para
formar dióxido de carbono y vapor de agua. Para obtener una flama neutra, las escalas del
volumen del flujo de acetileno y de oxígeno son ajustadas hasta que el cono interno alcanza
su tamaño máximo con una frontera claramente definida. La composición de la envoltura
carece entonces de reacción a acero de bajo contenido de carbono. Si se suministra oxígeno
en dosis excesivas, el cono interno se hace más pequeño y puntiagudo y la flama resultante
descarburará el acero. Por otra parte, un exceso de acetileno hace que el cono desarrolle
una envoltura exterior en forma de pluma (como la de las aves) y la flama será carburante.
Para acero de alto contenido de carbono y en el tratamiento de superficies duras se utiliza
flama carburante, esto con el fin de evitar la descarburización y producir un depósito de
fundición de alto contenido de carbono en la superficie, que permitirá el enlace de la
aleación de superficie sin dilución excesiva. Es especialmente importante no soldar aceros
austeníticos inoxidables con una flama carburante ya que dará lugar a una subida de
carbono, en consecuencia, corrosión integranular.
4.10 SOLDADURA POR INDUCCIÓN
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Diseño de estructuras de acero
La soldadura por inducción es un tipo de soldadura que se produce al aprovechar el calor
generado por la resistencia al flujo de la corriente eléctrica inducida que se tiene en la piezas
a unir. Por lo regular esta soldadura se logra también con presión.
Consiste en la conexión de una bobina a los metales que se desea unir, y debido a que en la
unión de los metales se tiene una resistencia mayor al paso de la corriente inducida, es en
esa parte donde se genera el calor, lo que con presión genera la unión de las dos piezas. La
soldadura por inducción de alta frecuencia utiliza corrientes con el rango de 200.000 a
500.000 Amperes, los sistemas de soldadura por inducción normales sólo utilizan frecuencias
entre los 400 y 450 Hz.
4.11. SOLDADURA POR PLASMA
La soldadura por arco plasma es conocida técnicamente como PAW (Plasma Arc Welding), y
utiliza los mismos principios que la soldadura TIG, por lo que puede considerarse como un
desarrollo de este último proceso. Sin embargo, tanto la densidad energética como las
temperaturas son en este proceso mucho más elevadas ya que el estado plasmático se
alcanza cuando un gas es calentado a una temperatura suficiente para conseguir su
ionización, separando así el elemento en iones y electrones. La mayor ventaja del proceso
PAW es que su zona de impacto es dos o tres veces inferior en comparación a la soldadura
TIG, por lo que se convierte en una técnica óptima para soldar metal de espesores pequeños.
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Diseño de estructuras de acero
En la soldadura por plasma la energía necesaria para conseguir la ionización la proporciona
el arco eléctrico que se establece entre un electrodo de tungsteno y el metal base a soldar.
Como soporte del arco se emplea un gas, generalmente argón puro o en ciertos casos helio
con pequeñas proporciones de hidrógeno, que pasa a estado plasmático a través del orificio
de la boquilla que estrangula el arco, dirigiéndose al metal base un chorro concentrado que
puede alcanzar los 28.000 ºC. El flujo de gas de plasma no suele ser suficiente para proteger
de la atmósfera al arco, el baño de fusión y al material expuesto al calentamiento. Por ello a
través de la envoltura de la pistola se aporta un segundo gas de protección, que envuelve al
conjunto.
4.12 . SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA
Reacción en proceso, momentos antes de que el metal fundido fluya hacia el hueco entre los
extremos de los rieles.
Soldadura aluminotérmica terminada.
La soldadura aluminotérmica es un procedimiento de soldadura utilizado en rieles de vías
férreas. Se basa en el proceso, fuertemente exotérmico, de reducción del óxido de hierro por
el aluminio, según la fórmula
Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe + calor
Desarrollada en 1902, esta soldadura se realiza mediante un molde refractario colocado en
los extremos de los carriles a unir, dentro del cual se vierte el acero fundido producto de la
reacción, la cual se inicia con un fósforo.
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Diseño de estructuras de acero
El óxido de hierro y el aluminio, finamente molidos, provienen de la porción de soldadura, la
cual se dispone dentro de un crisol situado encima de los carriles a soldar. Una vez alcanzada
la temperatura adecuada, del orden de los 2000 °C, se produce el destape del crisol
mediante un fusible situado en la base, y el colado del metal fundido, que llena el molde.
Una vez iniciada la reacción el proceso es muy rápido y el material fundido fluye dentro del
molde de manera estudiada, quedando el acero entre los extremos a soldar y vertiendo la
escoria de corindón en una cubeta.
Existen diversos tipos de soldadura, atendiendo a la composición del acero de los carriles y a
la geometría de estos, aunque generalmente se utilizan soldaduras que requieren del
calentamiento previo de los extremos a soldar y del molde donde se verterá el metal
fundido. El calentamiento se realiza mediante mezcla de oxígeno y propano, o mezcla de
oxígeno y gasolina.
Luego del vertido se espera un lapso especificado por el fabricante de la porción de
soldadura y se procede a romper el molde y cortar las rebabas, mediante trancha o
cortamazarota, para luego realizar el pulido de la superficie de rodadura del carril.
Cuando se sitúan los moldes para la soldadura los huecos se rellenan con una pasta
selladora, diseñada especialmente para soportar la temperatura, y así evitar fugas.
4.13 SOLDADURA GMAW
La soldadura GMAW (Gas Metal Arc Welding) es un proceso semiautomático, automático o
robotizado de soldadura que utiliza un electrodo consumible y continuo que es alimentado a
la pistola junto con el gas inerte en soldadura MIG o gas activo en soldadura MAG que crea
la atmósfera protectora. Hace que no sea necesario estar cambiando de electrodo
constantemente.
Este proceso se utiliza mucho en industrias donde el tiempo y la calidad de la soldadura son
cruciales. El principio es similar a la soldadura por arco, con la diferencia en el electrodo
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Diseño de estructuras de acero
continuo y la protección del gas inerte lo que le dan a este método la capacidad de producir
cordones más limpios
4.14 . SOLDADURA SIN PLOMO
4.14.1 Motivación
Aunque la industria electrónica es el blanco de la eliminación del plomo señalado por la
Directiva europea RoHS, es justo decir que solamente una pequeña proporción del total del
plomo utilizado por la industria es usado en la producción de equipos eléctricos y
electrónicos. El motivo por el cual es esta industria la que tiene que enfrentarse al cambio, a
pesar del bajo contenido en plomo en relación con otras industrias, es la gran cantidad de
basura electrónica que se genera y que termina muchas veces en vertederos al aire libre de
todo el mundo, muchos sin ningún tipo de control químico previo.
4.14.2 Problemática
Debido a que el plomo es uno de los metales más baratos de la tierra, el hecho de
reemplazarlo por otro, implica directamente la subida del precio en la aleación. Además, no
debe pasarse por alto el coste subyacente de educar y entrenar al personal en el uso de
aleaciones sin plomo.
Por otro lado, la fiabilidad y la durabilidad a largo plazo son un motivo de gran preocupación
para la industria electrónica.
Este cambio no sólo afectará al proceso de soldadura sino también a sus componentes. Al
complicado proceso de adaptación y rediseño de todos los componentes industriales que
forman el proceso de fabricación se suma, además, el riesgo de que algunos componentes
puedan quedar obsoletos.
4.14.3 Historia de la soldadura sin plomo
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Diseño de estructuras de acero
Desafortunadamente, el plomo es una sustancia tóxica que a menudo ha sido apodada con
el sobrenombre de “la amenaza silenciosa”. Se especula que la historia de la legislación libre
de plomo podría haberse originado en la Antigua Roma, donde el agua de bebida que era
distribuida por tuberías fabricadas con plomo provocó daños cerebrales a sus ciudadanos.
La soldadura sin plomo es sólo una parte, aunque la más controvertida, de toda una
tendencia global hacia un entorno de productos green.
En 1990, los EEUU fijaron una tasa para el plomo utilizado en la industria, pero los grupos de
poder presionaron intensamente hasta lograr que estas tasas fueran suprimidas. Uno de
estos grupos era IPC, que, sin embargo, nueve años más tarde, declaraba que empezarían a
prestar un servicio a la industria con el objetivo de ayudarla a introducir alternativas libres
de plomo.
En 1994, se inició el programa “Improved Design Life and Environmentally Aware
Manufacturing of Electronics Assemblies by Lead-free Soldering” (IDEALS). Grupos de
investigación, OEMs y consorcios se reunieron para examinar y considerar más de 200
aleaciones sin plomo. Resultó que tan sólo servían menos de 10 de todas las opciones
evaluadas. Por último concluyeron que, para la mayoría de los procesos, la aleación más
apta era aquella compuesta por estaño/plata/cobre, también llamada SAC. La temperatura
de fusión de la aleación SAC305 (96.5% Sn, 3.0% Ag, 0.5% Cu) es 34 ºC superior a la de SnPb.
Es en el mercado japonés donde la presión medioambiental ejerce mayor influencia, debido
a que las consecuencias climáticas se han hecho claramente más visibles en este país que en
otras partes del mundo. En 1998, los japoneses destacaron 3 alternativas: una forma de
SnAgCu y dos formas de SnAgBi. El movimiento japonés es el que ha ido presionando
progresivamente al resto del mundo a iniciar la conversión hacia una producción libre de
plomo. El gobierno japonés no estaba seguro de regular el uso del plomo en los productos de
electrónica de consumo debido al potencial impacto económico, pero muchos de sus
esfuerzos por reducir el plomo han sido seguidos voluntariamente por la industria. Muchos
OEMs japoneses hicieron numerosos anuncios sobre su objetivo de reducir y eliminar el
plomo en sus productos e incluso han demostrado que los denominados productos verdes
pueden incrementar la cuota de mercado. Sirva como ejemplo el MiniDisc MJ30 lanzado por
Matsushita (Panasonic) en 1998 y vendido como el primer producto Lead Free. El eslogan
decía “because even the smallest details help the planet” (porque hasta los más pequeños
detalles ayudan al planeta). En concreto usaba una soldadura de SnAgBi. Su cuota de
mercado se incrementó desde el 4.6% al 15% en tan sólo 6 meses.
En Europa, la Directiva RoHS se publicó el 13 de febrero del 2003 y su última revisión, el 13
de febrero del 2005. Entró en vigor el 1 de julio del 2006. Restringe seis sustancias, entre
ellas el plomo.
30
Diseño de estructuras de acero
Algunos creen que la culminación de la implementación de la Directiva RoHS será el
acontecimiento más perjudicial en toda la historia de la industria electrónica. Sin embargo,
bien utilizado, puede ser un instrumento de marketing.
4.15 SOLDADURA AUTÓGENA
Sopletes con botellas OA: el quemador, que expulsa una mezcla de oxígeno y de gas, es la
parte más importante de un equipo de soldadura autógeno. El gas mezclado con oxígeno es
el acetileno, un gas hidrocarburo no saturado. Cuidado, no es fácil notar su escape.
Mezcla gaseosa : la mezcla gaseosa se efectúa con la boquilla del soplete con botellas de gas.
Se pone en contacto el oxígeno y el acetileno, el primero a gran velocidad, el segundo a baja
presión. Este produce, al nivel de la abertura de la boquilla, una depresión que provoca la
aspiración de acetileno y permite la mezcla.
Manómetros: los manómetros, previstos con dos botellas, juegan un papel muy importante:
permiten reducir la presión alta dentro de las botellas hasta un valor que permite la
producción de una llama utilizable: 1 bar para el oxígeno, 0,4 bar para el acetileno.
31
Diseño de estructuras de acero
Encendido: abra las dos válvulas. Utilice preferentemente, un encendedor especial para
encender la mezcla gaseosa. Por lo general, la llama tendrá un aspecto blanco amarillento, lo
que indica que la mezcla es muy rica en acetileno. Aparecerá, además, separada del tubo.
Caudal de acetileno: disminuya ahora, progresivamente, el caudal de acetileno hasta que la
llama "vuelva a pegarse" al tubo. La mejor manera de asegurar un reglaje óptimo para la
soldadura es comenzar con un exceso de acetileno para ir disminuyendo poco a poco su
caudal.
4.16 SOLDADURA MIG
Principio: el aparato de arco eléctrico MIG incluye un transformador que ofrece, mediante su
cable de masa (unido por una pinza a la pieza a soldar) y un hilo de acero, una intensidad
baja. El hilo de acero, enrollado en una bobina colocada al lado del aparato, es transportado
automáticamente.
MIG: "MIG" es la abreviación de "metalinert gas": esta soldadura en atmósfera inerte se
refiere a gases raros como al argón y el helio. En la mayoría de los casos, se utiliza una
mezcla de argón y dióxido de carbono CO2. Se trata de una "soldadura semiautomática
protegida con gas".
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Diseño de estructuras de acero
Adición de gas: durante la soldadura MIG, solamente se calienta una pequeña zona
alrededor de la junta. Simultáneamente a la alimentación con hilo tiene lugar una adición de
gas que enfría las superficies y protege el metal de la acción del aire ambiental. Esta
previene la oxidación. El hilo de acero no está recubierto, como en el caso del electrodo del
aparato de arco eléctrico, sino compuesto de un alma totalmente metálica. Por tanto, no se
forma escoria (cuya eliminación requiere bastante trabajo), sino un cordón muy liso.
Alimentación con hilo: antes de poner en marcha un aparato MIG, es necesario fijar el tubo
por el que se efectuará la alimentación con hilo y con gas. En el extremo de este tubo se
encuentra una boquilla con un borde tubular. El rodillo está provisto de dos ranuras para el
hilo de 0,6 y 0,8mm. Se puede elegir la ranura más adecuada haciendo girar este rodillo que,
acoplado al otro rodillo, asegura un transporte suave del hilo. La velocidad en la que se
desenrolla el hilo se regula, de forma continua, a partir de un panel de control. Un tornillo de
reglaje permite ajustar la presión ejercida sobre el hilo. Una vez puesto en marcha el
transporte del hilo hasta el borde tubular del tubo, abra el reductor de presión de la botella
de gas. El aparato ya está listo para funcionar. Al fijar la pinza de masa sobre la pieza a
soldar, cierre el circuito eléctrico: ya puede comenzar.
4.17. LA SOLDADURA OXIACETILÉNICA
Reciclaje del caudal de oxígeno: aumente el caudal de oxígeno, progresivamente, hasta que
se forme un buen penacho blanco. Este reglaje debe realizarse con precisión. Un exceso de
oxígeno perjudicaría la calidad de la soldadura. Si es necesario, disminuya el caudal de
oxígeno y después vuelva a regular la llama.
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Diseño de estructuras de acero
Zona de calor: para que el calor se reparta lo mejor posible sobre los materiales a soldar, es
importante utilizar la zona más caliente de la llama, denominada "zona reductora' (la punta
del dardo).
Posición del soplete con botellas de gas: incline la boquilla 45° en relación a la línea de
soldadura. El dardo, la parte más blanca de llama, aproximará las partes a soldar sin tocarlas.
Empuje la boquilla hacia delante (sin tirar como en la soldadura por arco eléctrico). La
temperatura elevada fundirá entre sí los bordes de las dos piezas.
Retroceso de la llama: un retroceso de la llama podría acarrear graves consecuencias. Si esto
ocurriera, podría producirse una explosión en la boquilla, a nivel del reductor de presión o
capuchón mismo la botella. Por tanto, es indispensable un dispositivo de seguridad.
Apagado del soplete con botellas de gas: en primer lugar, se cierra , a nivel de la boquilla, el
grifo de acetileno, después el de acetileno, después el de oxígeno y, por último, la válvula de
acetileno de la botella, antes de volver a abrir de nuevo el extremo de la boquilla: esto es
indispensable para que el gas restante escape del reductor de presión, d e la boquilla y del
quemador. A continuación, cierre el tornillo del caudal de la botella de acetileno, después la
válvula y, finalmente, la válvula de la botella de oxígeno. Proceda según se ha descrito
anteriormente: abra y después cierre el grifo de oxígeno a nivel de la boquilla, para dejar
escapar todo el gas restante.
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Diseño de estructuras de acero
5.DEFECTOS DE LAS SOLDADURAS
En una unión soldada pueden producirse defectos variados; éstos pueden originarse en el
tipo de electrodos utilizados, o por las deformaciones producidas por el intenso calor
aportado y las anomalías o discontinuidades del cordón, que pueden malograr el aspecto y
configuración tanto interna como externa de la soldadura.
5.1 DEFORMACIONES
En el momento de la soldadura, el material depositado y zonas vecinas a la unión, alcanzan
temperaturas muy altas, que al enfriarse se contraen. Si las contracciones no están
35
Diseño de estructuras de acero
impedidas por los elementos que rodean la soldadura, se originan deformaciones tales como
acortamientos o deformaciones angulares.
Para evitar que se produzcan deformaciones, la soldadura debe efectuarse sin que se aporte
excesivo calor.
5.2 CALIDAD DE LOS ELECTRODOS
La calidad del material de los electrodos (tensión de rotura, límite elástico, alargamiento de
rotura y resiliencia) debe ser similar a la del material base. Si los electrodos presentan
excesiva resistencia, producirán una unión defectuosa.
5.3 TENSIONES RESIDUALES
Cuando la masa fría que rodea la soldadura impide su contracción durante el enfriamiento,
se origina en la soldadura y en las piezas unidas un campo de tensiones residuales que
requieren ser previstas y controladas para que no resulten riegosas al combinarse con las de
las cargas.
5.4 PENETRACIÓN INSUFICIENTE
La falta de penetración en una soldadura a tope genera un defecto interno que no puede
detectarse a simple vista. Este defecto debe detectarse con US, pues no es detectable con
RX.
Se produce si el chaflán de la soldadura no está totalmente lleno o cuando el contacto entre
el metal base y el metal de aportación no está completo en toda su superficie.
Este defecto puede deberse a una falta de definición de proyecto; a veces los talleres
realizan las mínimas soldaduras posibles para abaratar costos o no efectúan las
preparaciones de borde requeridas por norma. Si se reduce el ángulo del bisel y la
separación entre chapas, se reduce también el metal de aportación y no funden
correctamente los bordes extremos, produciendo una unión defectuosa.
5.5 FALTA DE FUSIÓN
Este es uno de los defectos internos mas serios que puede haber en una soldadura. Se
produce cuando el electrodo o material de aportación fundido cae sobre el material base sin
conseguir el fundido. Puede ocurrir en soldaduras a tope y en soldaduras en ángulo.
Puede ser que la soldadura no se realice con la intensidad de corriente adecuada, que el
operario no esté capacitado para efectuar el trabajo.
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Diseño de estructuras de acero
5.6 FISURAS O GRIETAS
Las fisuras o grietas pueden originarse en forma interna o externa, y es también un defecto
grave. Puede que la causa se encuentre en el uso de un electrodo inadecuado o que se ha
producido un enfriamiento de la soldadura demasiado rápido generalmente en piezas de
espesor considerable que no han sido precalentadas.
Cuando el defecto es externo se detecta con líquidos penetrantes y partículas magnéticas.
Cuando es interno, solo se detecta con RX y US.
6.Equipo
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Diseño de estructuras de acero
6.1 EL EQUIPO: EL ESMERIL Y LAS GAFAS
AMOLADORA: para eliminar las partes sobrantes de soldadura y dar un mejor
acabado a nuestra piezas utilizaremos la amoladora o esmeril.
Básicamente es una máquina que hace girar un disco el cual, dependiendo de su
composición, nos servirá para desbastar, pulir, lijar o cortar.
En este caso concreto de acabado utilizaremos un disco de láminas de lija, pues su
composición nos permite desbastar, lijar y pulir.
La amoladora también podemos utilizarla para cortar piezas. Para este fin es
imprescindible que el disco a utilizar sea especial para corte. No utilizar nunca
este disco, llamado de corte, para el trabajo de repasar o esbastar, ya que su
composición no es la adecuada para ello y lo único que conseguiríamos es
romperlo y correr un riesgo innecesario.
Para cualquier tipo de trabajo con la amoladora, repasar, desbastar, fijar, pulir o
cortar deben utilizarse gafas de protección y guantes. En el proceso se
desprenden chispas de las que debemos protegernos adecuadamente.
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Diseño de estructuras de acero
6.2 EL EQUIPO: LA PIQUETA Y EL CEPILLO
Cepillo y piqueta: al producirse la fusión de los metales, se forma un aglomerado de
impurezas metálicas en torno al cordón de soldadura, cascarilla, que lo protege de la
oxidación. Estos residuos o escoria deben ser limpiados para dejar la soldadura a la
vista.
En el proceso de limpiado de escorias se suele usar la piqueta y el cepillo. La escoria
del cordón no debe quitarse en caliente pues existe el riesgo de proyecciones al ser
picada, es por ello que deben usarse gafas con protecciones laterales. La cascarilla
debe eliminarse una vez solidificada.
Primero se pica con la piqueta y después los restos se eliminan con el frotando con
el cepillo. Si se va a desbastar o repasar con la amoladora no es necesario pasar el
cepillo. Siempre utiliza gafas con protección lateral.
6.3 CABEZAL DE ELECTRODO DE SOLDADURA POR PUNTO
Cabezal de electrodo de soldadura por puntoEsto es una traducción automática.Brouwer Metaal is specialised in the production of cold formed electrode caps. Besides the standards caps which can be found on our web site we also produce special caps according drawings. Cold formed caps outlast machined caps because of their undamaged copper structure. Ver la traducción.
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Diseño de estructuras de acero
Electrodo de soldadura por punto
Moleta de soldadura
Cable para corriente alta refrigerado por agua
Conector flexible laminado de cobre
Émbolo de inyección para el moldeo en coquilla de aluminio
Aleacion de cobre
Aleacion de cobre-tungsteno
Aleacion de cobre-berilio
Bronce aluminio
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Diseño de estructuras de acero
Cabezal adaptable de soldadura de pasadores
C2G SOUDAGE INNOVATION
Pasador de soldar
Pistola de soldadura de pasador
Equipo automático de soldadura de pasadores
Soldadora de perno
41
Diseño de estructuras de acero
Clavija a engastar
Tuerca remachable
6.5
ELECTRODO DE SOLDADURAS
Electrodo de soldadura
In various branches of the metal-working industry, and especially in the area of the repair and maintenance, manual arc welding still is highly effective technology. The range of the standard electrodes yet was extended by a large variety of special electrodes in the nineties to cover the demand on the market.
Kjellberg Finsterwalde
Máquina CNC de corte por plasma
Equipo de corte manual por plasma
42
Herramienta de colocación de tuercas remachables
Diseño de estructuras de acero
Pórtico para soldadura
Máquina de corte por plasma
Antorcha de corte por plasma
Consumible para antorchas de plasma
Puesto de soldadura por arco MIG/MAG y sumergido
Puesto de soldadura por arco MMAW, MIG/MAG y sumergido
43
Diseño de estructuras de acero
6.6 ANTORCHA DE CORTE DE PLASMA
Antorcha de corte por plasma
Máquina de soldadura CNCEsto es una traducción automática.Ver la traducción
Máquina compacta de soldadura láser
44
Diseño de estructuras de acero
Máquina de soldadura láser
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Diseño de estructuras de acero
7.PRODUCTOS EN PERFILES DE ACERO Y COTIZACIONES
Barras Lisas y Perfiles
Introducción: Productos laminados en caliente de diversas seccione stransversales que tienen en
común las siguientes características: la altura h, es igual o mayor de 80mm; las superficies del alma se
empalman con las caras interiores de las alas; las alas son generlamente simétricas y de igual ancho;
las caras exteriores de las alas son paralelas; las alas pueden ser de espesor decreciente desde el alma
hacia los bordes, en este caso los perfiles se denominan de "alas inclinadas", o de espesor uniforme
las que se denominan de alas paralelas.
. CUAD A36
DESCRIPCION: Producto de acero laminado en caliente de sección cuadrada.
NORMAS TECNICAS:
Composición química y propiedades mecánicas: ASTM A36 - 96. Tolerancias dimensionales: ISO
1035/4 - 1982(E).
PRESENTACION: Se produce en longitudes de 6 metros. Se suministra en paquetes de 4 TM, los cuales
están formados por 4 paquetes de 1 TM c/u.
. CUAD A36
Precio = S/. 250.00
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Diseño de estructuras de acero
Barras Cuadradas
Producto de acero laminado en caliente de sección cuadrada
Angulos Estructurales
DENOMINACION: L A36.
DESCRIPCION: Producto de acero laminado en caliente cuya sección transversal está formada por dos
alas de igual longitud, en ángulo recto.
NORMAS TECNICAS:
-Sistema Inglés : ASTM A36 / A36M - 96. -Sistema Métrico : Propiedades Mecánicas : ASTM A36 /
A36M - 96; -Tolerancias Dimensionales: ISO 657/V - 1976 (E).
PRESENTACION: Se produce en longitudes de 6 metros. Se suministra en paquetes de 4 TM, los cuales
están formados por 4 paquetes de 1 TM c/u.
L A36
Precio = S/. 45.00
Barras Cuadradas Ornamentales
Producto de acero laminado en caliente de sección cuadrada de lados cóncavos, que lo convierte en
un elemento decorativo de gran belleza.
Barras Cuadradas Ornamentales
DENOMINACION: CUAD ORN A36.
DESCRIPCION: Producto de acero laminado en caliente de sección cuadrada de lados cóncavos, que lo
convierte en un elemento decorativo de gran belleza.
NORMAS TECNICAS:
- Composición química y propiedades mecánicas: ASTM A36 - 96.
- Tolerancias dimensionales: ISO 1035/4 - 1982(E).
PRESENTACION: Se produce en barras de 6 metros de longitud. Se suministra en
paquetes de 4 TM, los cuales están formados por 4 paquetes de 1 TM c/u.
Precio = S/. 120.00
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Diseño de estructuras de acero
Barras Hexagonales
Producto laminado en caliente de sección hexagonal, de superficie lisa
Barras Hexagonales
DENOMINACION: HEXAG SAE 1045.
DESCRIPCION: Producto laminado en caliente de sección hexagonal, de superficie lisa.
NORMAS TECNICAS:
-Composición Química: SAE 1045.
-Tolerancias Dimensionales: ASTM A36 / A36M - 96.
PRESENTACION: Se produce en barras de 6 m de longitud. Se suministra en paquetes
de 4 TM, los cuales están constituidos por 4 paquetes de 1 TM c/u.
Precio = S/. 140.00
Barras Redondas Lisas
Producto laminado en caliente de sección circular, de superficie lisa
Barras Redondas Lisas
DENOMINACION: REDO A36; REDO SAE 1022; REDO SAE 1045. REDO PULI A36; REDO PULI SAE 1022;
REDO PULI SAE 1045.
DESCRIPCION: Producto laminado en caliente de sección circular, de superficie lisa.
NORMAS TECNICAS:
COMPSICION QUIMICA:
-ASTM A36 / A36M-96 -SAE 1022 -SAE 1045
PRESENTACION: Se produce en longitudes de 6 metros. Las barras de diámetros
mayores que 1", son suministradas en estado laminado en caliente y pulidas. Se
suministra en paquetones de 4 TM, los cuales están formados por 4 paquetes de 1
TM c/u.
Precio = S/. 145.00
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Diseño de estructuras de acero
Platinas
Producto de acero laminado en caliente de sección rectangular
Platinas
DENOMINACION: PLAT A36.
DESCRIPCION: Producto de acero laminado en caliente de sección rectangular.
NORMAS TECNICAS:
- Composición Química y Propiedades Mecánicas: ASTM A36 - 96.
- Tolerancias Dimensionales: ISO 1035/4 - 1982 (E).
PRESENTACION: Se produce en barras de 6 metros de longitud. Se suministra en paquetes de 4 TM, los
cuales están formados por 4 paquetes de 1 TM c/u.
Precio = S/. 100.00
Tees
Producto de acero laminado en caliente de sección en forma de T.
Tees
DENOMINACION: TEE A36.
DESCRIPCION: Producto de acero laminado en caliente de sección en forma de T.
NORMAS TECNICAS:
- Sistema Inglés: ASTM A36 / A36M - 96.
- Sistema Métrico: Propiedades Mecánicas: ASTM A36 / A36M - 96. Tolerancias Dimensionales: DIN
1024 - 82.
PRESENTACION: Se produce en longitudes de 6 metros. Se suministra en paquetones de 4 TM, los
cuales están formados por 4 paquetes de 1 TM c/u.
Precio = S/. 55.00
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Diseño de estructuras de acero
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