Post on 23-Nov-2015
UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN
NICOLAS DE HIDALGO
FACULTAD DE INGENIERA MECNICA
TESIS
DESARROLLO DE UN PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
PARA LA UNIN DE BARRAS DE ACERO DE REFUERZO
ESTRUCTURAL MEDIANTE EL PROCESO SMAW
PARA OBTENER EL TTULO DE
INGENIERO MECNICO
PRESENTA
RENE SOLIS GARCIA
ASESOR
DR. CUAUHTEMOC MALDONADO ZEPEDA
Morelia, Mich. Enero del 2008.
Tesis
INDICE
RESUMEN...I
NDICE.II
OBJETIVO..II
CAPITULO 1. REVISIN BIBLIOGRFICA..1
1.1. CARACTERSTICAS GENERALES DE LOS ACEROS DE REFUERZO ESTRUCTURAL.1
1.1.1. DEFINICIN Y CLASIFICACIN DE LOS ACEROS DE REFUERZO ESTRUCTURAL...1
1.1.2. DIMENSIONES DEL ACERO DE REFUERZO....2
1.1.3. COMPOSICIN QUMICA..3
1.1.4. ACABADO..5
1.1.5. RESISTENCIA A LA TENSIN8
1.1.6. DOBLADO..9
1.1.7. INSPECCIN METALRGICA MACROSCPICA..10
1.1.8.MARCADO...14
1.1.9. IDENTIFICACIN DOCUMENTAL15
1.1.10. TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO16
1.1.11. CRITERIOS PARA ACEPTACIN O RECHAZO..16
1.1.12. PROCESO DE FABRICACIN17
1.1.13. EL ACERO SE PUEDE OBTENER A PARTIR DE DOS MATERIAS PRIMAS FUNDAMENTALES17
1.1.12. LA CHTARA19
1.1.15. PRINCIPIOS BSICOS PARA LA OBTENCIN DEL ACERO20
1.1.16. FABRICACIN EN HORNO ELCTRICO22
1.1.17. PROCESO DE FABRICACIN DEL ACERO22
1.1.18. EL CONTROL DEL PROCESO......23
1.1.19. LA COLADA CONTINUA.24
1.1.20. LA LAMINACIN25
1.1.21. EL HORNO DE RECALENTAMIENTO25
1.1.22. EL TREN DE LAMINACIN.25
Tesis
1.2. ASPECTOS GENERALES DE SOLDADURA POR ARCO ELCTRICO...27
1.2.1. EL ARCO ELCTRICO COMO FUENTE DE CALOR27
1.2.2. ARCO ELCTRICO..27
1.2.3. CARACTERSTICAS DE ARCO29
1.2.4. FUENTES DE POTENCIA30
1.2.5. CARACTERSTICAS DE LA FUENTE DE SOLDADURA32
1.2.6. PROCESOS CONVENCIONALES DE SOLDADURA POR ARCO ELCTRICO34
1.2.7. PRINCIPIO DEL PROCESO DE ELECTRODO REVESTIDO (SMAW).35
1.2.8. CONSUMIBLES DE SOLDADURA......37
1.2.9. FUNCIONES Y CARACTERSTICAS DEL REVESTIMIENTO...38
1.2.10. LAS FUNCIONES QUE CUMPLEN EL REVESTIMIENTO...39
1.2.11. FABRICACIN DE LA VARILLA...41
1.2.12. COMPOSICIN DEL REVESTIMIENTO........42
1.2.13. CLASIFICACIN DE ELECTRODOS......................51
1.2.14. CLASIFICACIN AWS ELECTRODOS RECUBIERTOS PARA SOLDADURA POR ARCO DE ACEROS DE BAJA ALEACIN DE LA ESPECIFICACIN A5.5....52
1.2.15. CONSERVACIN Y MANIPULACIN DE LOS ELECTRODOS...57
1.3. CRITERIOS Y ASPECTOS DEL CDIGO, ESPECIFICACIONES DE UN PROCEDIMIENTO DESOLDADURA...58
1.3.1. JUNTAS Y UNIONES59
1.3.2. METAL BASE59
1.3.3. TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO.....60
1.3.4. METAL DE APORTE..61
1.3.5. POSICIN DE SOLDADURA..63
1.3.6. REGISTRO DE LA CALIFICACIN DEL PROCEDIMIENTO.65
1.3.7. CALIFICACIN DE SOLDADORES Y OPERADORES DE SOLDADURA.66
1.4. CRITERIO Y ACEPTACIN DE LOS RESULTADOS...68
1.4.1. ENSAYO DE TENSIN68
1.4.2. INSPECCIN VISUAL69
1.4.3. ENSAYO METALOGRAFICO70
1.4.4. CRITERIO DE MUESTREO70
1.4.5. ENSAYO DE DUREZA71
Tesis
CAPITULO 2. DESARROLLO EXPERIMENTAL......73
2.1. CARACTERIZACIN DEL METAL BASE..........74
2.1.1. METAL BASE UTILIZADO 74
2.1.2. ANLISIS METALOGRAFA DEL MATERIAL BASE 75
2.1.3. PREPARACIN DE BORDE.....76
2.2. ESTABLECIMIENTO DE PARMETROS DE SOLDADURA..77
2.2.1. TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO..77
2.2.2. SELECCIN DE MATERIAL DE APORTE78
2.2.3. EQUIPO UTILIZADO78
2.3. EJECUCIN DE LA UNIN..80
2.3.1. SECUENCIA DE SOLDEO80
2.4.INSPECCIN Y ENSAYOS PARA ACEPTACIN DE LA UNIN..82
2.4.1. ULTRA SONIDO..........82
2.4.2. ANLISIS METALOGRAFICO..........83
2.4.3. ENSAYO TENSIN.86
2.4.4. ENSAYO DE DUREZA...87
CAPITULO 3.- ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS88
CONCLUSIN...101
BIBLIOGRAFA..102
Tesis
RESUMEN
En Mxico se suelda una gran cantidad de acero de refuerzo estructural, en la
construccin de elementos estructurales principales, tales como Trabes o Columnas
de concreto u hormign o elementos precolados, y en elementos mixtos de barras de
acero de refuerzo con aceros estructurales.
La mayora de estas uniones se pone de manifiesto en que dichas soldaduras
son ejecutadas sin procedimientos calificados y sin soldadores certificados, esto
aunado an ms, a que la supervisin tcnica en obra en su mayora desconoce los
criterios de ejecucin, calificacin, inspeccin y especificaciones de uniones soldadas
de barras de refuerzo estructural acorde a lo estipulado por algn Cdigo, Norma o
Especificacin, siendo uno de ellos el establecido por la American Welding Society
(AWS), normatividad ms aceptada y utilizada a nivel nacional. Normatividad que se
encuentra en el idioma ingls y dividido en varias secciones, lo cual hace an ms
difcil su conocimiento, interpretacin y aplicacin, a nivel de obra.
Tesis
INTRODUCCIN
En base a la problemtica mencionada anteriormente, hace que el presente
trabajo se justifique al desarrollar y calificar un procedimiento de soldadura para la
unin de barras de acero de refuerzo estructural del tipo ASTM A-615M Grado 42,
tomando en cuenta el efecto de las variables principales del proceso de soldadura por
electrodo revestido (SMAW), sobre el comportamiento mecnico y metalrgico de la
unin soldada, considerando los aspectos fundamentales de la soldabilidad del
material, el dimetro del mismo, el tipo de junta y la geometra de la misma a soldar.
Objetivo
Los objetivos del presente proyecto son:
Desarrollo de un procedimiento de soldadura para la unin de barras de acero
de refuerzo estructural utilizadas en la construccin de elementos estructurales
de columnas y trabes de concreto u hormign, mediante el proceso de
soldadura por fusin de electrodo revestido (SMAW), y que dicha unin,
cumpla con las propiedades requeridas en servicio.
Determinar la soldabilidad de las barras de acero de refuerzo estructural del
tipo ASTM A-615M Grado 42.
Calificar el procedimiento experimental utilizado en la unin de las barras
ASTM A-615M Grado 42.
Tesis
CAPITULO 1. REVISIN BIBLIOGRFICA
1.1. CARACTERSTICAS GENERALES DE LOS ACEROS DE REFUERZO ESTRUCTURAL.
En esta revisin se trataran los trminos o conceptos bsicos de la definicin y
clasificacin de los aceros de refuerzo estructural usados en la industria de la
construccin, sobre todo en la fabricacin de componentes estructurales de concreto u
hormign. Tambin se hace una breve introduccin de los procedimientos de
soldadura usados en la unin de los aceros de refuerzo estructural y la soldabilidad de
los mismos.
1.1.1. DEFINICIN Y CLASIFICACIN DE LOS ACEROS DE REFUERZO ESTRUCTURAL
El acero de refuerzo estructural, tiene gran aplicacin en la fabricacin de
trabes y columnas estructurales de hormign. Este grupo de varillas o de barras de
acero de refuerzo estructural, se utilizan principalmente para tomar los esfuerzos
internos de tensin que se generan por la aplicacin de cargas, por la contraccin
durante la etapa de fraguado o cambios de temperatura en una estructura de concreto
hidrulico. Los elementos de acero estructural pueden ser barras lisas o corrugadas.
Tesis
Los aceros de refuerzo se clasifican como se indica en la Tabla 1.1. Esta clasificacin
se basa en la resistencia de cedencia que pueda resistir dicho material.
Tabla 1.1. Clasificacin de los aceros de refuerzo
Resistencia de cedencia
MPa (Kg/cm2)
G r a d o
294 (3000) 30
412 (4200) 42
510 (5200) 52
412 (4200) 42 Baja aleacin
1.1.2. DIMENSIONES DEL ACERO DE REFUERZO
La masa de las barras o varillas de acero de refuerzo estructural y el rea de su
seccin transversal, consideradas individualmente, no sern menores del 94% de los
valores nominales.
Las tolerancias en masa no deben de exceder los lmites indicados o sealados
a continuacin:
Masa unitaria Variacin en el lote 3.5%. En varillas individuales 6%.
A menos que se especifique lo contrario, no ser motivo de rechazo cualquier
exceso en la masa o en el rea de las varillas, con respecto a los indicados en la Tabla
1.2.
La masa nominal por metro ser calculada con el dimetro nominal en
centmetros y la densidad del acero = 7.84 , empleando la Ec.1.1.
Masa Nominal = Ecuacin.1.1
Tesis
El dimetro nominal de una varilla corrugada es equivalente al dimetro de una
barra sin corrugaciones que tenga la misma masa nominal en su seccin trasversal.
Tabla 1.2. Valores nominales indicados
Numero Masa nominal
en
Dimensiones nominales
Dimetro
mm
rea de la
seccin
trasversal en
mm2
Permetro en
mm
2.5 0.388 7.9 49 24.8
3 0.560 9.5 71 29.8
4 0.994 12.7 127 39.9
5 1.552 15.9 198 50.0
6 2.235 19.0 285 60.0
7 3.042 22.2 388 69.7
8 3.973 25.4 507 79.8
9 5.033 28.6 642 89.8
10 6.225 31.8 794 99.9
11 7.503 34.9 957 109.8
12 8.938 38.1 1140 119.7
1.1.3. COMPOSICIN QUMICA
Cuando se especifique en la orden de compra, el fabricante debe proporcionar
por colada la composicin qumica por colada especificando el contenido de carbono,
manganeso, fsforo, azufre y carbono equivalente.
Tesis
Anlisis de colada:
El contenido de fsforo en el acero no debe exceder a 0,050 %, en masa
Anlisis del producto:
Un anlisis puede ser hecho por el comprador. El contenido de fsforo en la
varilla no debe exceder a 0,062 %, en masa.
El anlisis de colada ser tal que el carbono equivalente no sea mayor de 0,55
%.
Calculado como se indica en la especificacin AWS D1.4 para lingote o
palanquilla, riel, eje. La Ec.1.2.
Para lingote o palanquilla de acero de baja aleacin la Ec.1.3.
Ecuacin.1.2
Ecuacin.1.3
Donde:
Carbono equivalen
Porcentaje de carbono
Porcentaje de manganeso
Porcentaje de cobre
Porcentaje de nquel
Porcentaje cromo
Porcentaje molibdeno
Porcentaje vanadio
6%%..
MnCEC
Tesis
1.1.4. ACABADO
Las varillas de acero tendrn buena apariencia, sin defectos exteriores
perjudiciales tales como grietas, traslapes, quemaduras y oxidacin excesiva. No ser
causa de rechazo, la presencia en la superficie de escamas, irregularidades u xido,
siempre y cuando desaparezcan mediante la limpieza manual con un cepillo de
alambre o chorro de arena y la probeta as limpiada, cumpla con los requisitos
dimensionales y mecnicos.
Su superficie est provista de rebordes (corrugaciones) que inhiben el
movimiento relativo longitudinal entre la varilla y el concreto que la rodea como se
muestra en la figura 1.1.
Las corrugaciones estarn distribuidas uniformemente a lo largo de la varilla y
el espaciamiento o distancia promedio entre corrugaciones a cada lado de la varilla, no
exceder de 0.7 veces su dimetro nominal. Las corrugaciones sern similares en
tamao y forma y sus dimensiones muestra en la Tabla 1.3.
La posicin de las corrugaciones con respecto al eje longitudinal de la varilla
formar un ngulo de 45 como mnimo. Cuando el eje longitudinal de cada
corrugacin forme un ngulo con el de la varilla, entre 45 y 70, las corrugaciones de
un lado estarn en direccin contraria a la direccin que tienen en el lado opuesto.
Cuando el eje de cada corrugacin forme un ngulo mayor de 70, no se requiere este
cambio de direccin. Cuando existan dos o ms costillas longitudinales, el ancho total
de todas ellas no exceder de 25 % del permetro nominal de la varilla.
Tesis
Las corrugaciones no sern hechas sobre un rea de la barra que contenga
smbolos nmeros o alguna otra indicacin.
Tesis
Figura 1.1. Corrugaciones
Donde:
= Permetro nominal
= Dimetro nominal
= Ancho de costilla o corrugacin
= Altura
= Separacin entre extremos de corrugaciones = 0.125
= Espaciamiento = 0.7
=Angulo entre el eje longitudinal de la corrugacin, con respecto al eje
longitudinal de la varilla.
Tabla 1.3. Dimensiones de corrugaciones
Numero Espaciamiento
mximo promedio
mm
( )
Altura mnima
promedio
mm
( )
Separacin mxima
entre extremos de
corrugaciones
transversales
(cuerda)
mm ( )
2.5 5.6 0.3 3.1
3 6.7 0.4 3.7
4 8.9 0.5 5.0
5 11.1 0.7 6.3
6 13.3 1.0 7.5
7 15.5 1.1 8.7
8 17.8 1.3 10.0
9 20.0 1.4 11.2
10 22.3 1.6 12.5
e a
s
Tesis
11 24.4 1.7 13.7
12 26.7 1.9 15.0
1.1.5. RESISTENCIA A LA TENSIN
La varilla corrugada debe cumplir con los requisitos especificados conforme a
cada grado como se muestran en las Tabla 1.4 y 1.5 para el grado 42.
Tabla 1.4. Requisitos de tensin
Grado 42
Lmite de fluencia
Mnimo
412 MPa
(4 200)
Lmite de fluencia
Mximo
---
Resistencia a la
tensin, mnima
618 MPa
(6 300)
Tabla 1.5. Alargamiento en 200 mm, por ciento mnimo
Nmero de
designacin de
las varillas
Grado
42
2.5 9%
3 9%
4 9%
5 9%
6 9%
7 8%
8 8%
Tesis
9 7%
10 7%
11 7%
12 7%
1.1.6. DOBLADO
Las pruebas de doblado se realizan a temperatura ambiente (mnimo a 16 C)
alrededor de un mandril. En la Tabla 1.6 mediante el dimetro nominal se tiene el
dimetro mnimo del mandril
El dispositivo para la prueba debe cumplir con lo siguiente:
-Aplicacin continua y uniforme de fuerza durante toda la operacin de doblado.
-Que la muestra no tenga restricciones entre el mandril y el rodillo del dispositivo
durante la operacin.
-La muestra debe estar en contacto con el mandril durante el doblado.
-El ngulo de doblado es de 180 para todos los calibres y debe realizarse por el lado
del corrugado y la costilla.
-El material no se deber agrietar ni romper.
Tabla 1.6. Dimetros de doblado
Grado 42
Nmero de
designacin
Frmula para el
clculo del dimetro
mnimo del mandril
2.5 4d
3 4d
4 4d
5 4d
6 5d
Tesis
7 6d
d= Dimetro nominal de la varilla a
doblar en mm.
8 6d
9 8d
10 8d
11 8d
12 8d
1.1.7. INSPECCIN METALRGICA MACROSCPICA
Las varillas de acero se sometern a una inspeccin metalrgica macroscpica
para verificar la presencia de defectos tales como grietas de laminacin radiales o
tangenciales, traslapes o lajas y defectos superficiales con reduccin de rea, tubo de
laminacin o rechupe, grietas de enfriamiento, inclusin de materia contaminante y
porosidad, cuyos resultados cumplirn con lo siguiente:
Grietas de laminacin radial o tangencial
Ninguna de las grietas tendr una longitud mayor de 5% del dimetro nominal
de la varilla y la longitud total de las grietas no ser mayor del 10 % del dimetro
nominal de la misma, como se muestra en la Figura 1.2.
= Longitud de una grieta de
Laminacin radial.
= Longitud de una grieta de
Laminacin tangencial.
= Longitud del defecto
Superficial.
= Longitud del traslape
1L
2L
3L
4L
Tesis
Figura 1.2
Grietas de laminacin radial y tangencial,
defectos superficiales y traslapes
Traslapes o lajas y defectos superficiales con reduccin de rea.
Ninguno de los traslapes, lajas o defectos superficiales, tendr una longitud
mayor del 5% del dimetro nominal de la varilla; la suma total de estos defectos no
ser mayor del 10% del dimetro de la misma. El permetro total daado no ser
mayor al 30% del dimetro, como se muestra en la Figura 1.2.
Tubo de laminacin o
rechupe.
La dimensin
mxima del tubo de laminacin o
rechupe no ser mayor del 10%
del dimetro nominal de la
varilla y el rea mxima del
defecto no ser mayor del 1%
de su rea nominal, como
se muestra en la Figura 1.3.
Tesis
Figura 1.3.
Tubo de laminacin o rechupe
Grietas de enfriamiento.
Ninguna de las grietas de enfriamiento distribuidas en el interior de la seccin
transversal, tendr una longitud mayor del 4% del dimetro nominal de la varilla y la
suma de las longitudes de dichas grietas no ser mayor del 8% del mismo dimetro,
como se muestra en la Figura 1.4.
Figura 1.4.
Grietas de enfriamiento
Tesis
Inclusin de materia contaminante.
La dimensin mxima de cada inclusin no ser mayor del 3% del dimetro
nominal de la varilla, la suma de dichas dimensiones no exceder del 10% de dicho
dimetro y la suma de las reas de las inclusiones no ser mayor del 1% del rea
nominal de la varilla. La separacin entre inclusiones no ser menor de 30% del
dimetro nominal de la varilla, como se muestra en la Figura 1.5.
= Dimensin mxima de la zona de inclusin.
= Separacin entre las zonas de inclusin.
Figura 1.5.
Inclusin de materia contaminante
Tesis
Porosidad.
La dimensin mxima de cada zona porosa no ser mayor del 5 % del dimetro
nominal de la varilla, la suma de dichas dimensiones no exceder del 20% del
dimetro nominal antes citado y la suma de las reas de las zonas porosas no ser
mayor del 1% del rea nominal de la varilla. La separacin mxima entre zonas
porosas no ser menor del 30% del dimetro nominal de la varilla, como se muestra
en la Figura 1.6.
= Dimensin mxima de la zona porosa
= Separacin entre las zonas porosas
Figura 1.6.
Zonas porosas
1.1.8. MARCADO
Tesis
El marcado de las varillas corrugadas ser realizado por el fabricante en lugar
visible, con un espaciamiento mximo entre marca y marca de dos metros.
Las varillas corrugadas sern marcadas en un solo lado con los siguientes
elementos realzados y en el orden en que se indica:
Para la identificacin la varilla se grava para su identificacin como se muestra
en la figura 1.7.
-marca del fabricante con letra(s) y smbolo(s).
-numero de designacin por calibre en octavos.
-procedencia del acero (palanquilla de vaciado continuo ).
-limite de fluencia mnimo en .
-marca registrada (M. R.).
Figura 1.7. Grabado de identificacin
Para el grado 42 puede utilizarse un espacio continuo longitudinal sin
corrugacin a lo largo de 5 espacios.
La letra W cuando se trate de varilla de baja aleacin.
Pas de origen, cuando se trate de varillas importadas. Esta identificacin
puede marcarse en cualquiera de los lados de la varilla.
1.1.9. IDENTIFICACIN DOCUMENTAL
Cuando el fabricante identifique el pedido de las varillas en cualquier
documento, ya sea orden de embarque, remisin, factura, certificado de calidad, entre
otros, indicar como mnimo los datos siguientes:
Tesis
Cantidad en kilogramos (kg) o en toneladas (t)
Grado de la varilla
Dimensiones:
o Dimetro nominal en milmetros (mm) o nmero de
designacin
o Longitud de la varilla en metros (m) recta o doblada
1.1.10. TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO
Con el propsito de evitar el deterioro de las varillas de acero antes de su
utilizacin en la obra, se tendr cuidado en su transporte y almacenamiento,
atendiendo los siguientes aspectos:
Las varillas de acero sern almacenadas y transportadas de tal manera que
no estn en contacto directo con superficies hmedas
Las varillas de acero permanecern libres de polvo, xido, pintura, aceite u
otros materiales contaminantes.
El acero para refuerzo se almacenar de acuerdo con su dimetro.
1.1.11. CRITERIOS PARA ACEPTACIN O RECHAZO
Para que las varillas de acero de refuerzo para concreto hidrulico. Antes de su
utilizacin, el Contratista de Obra o el proveedor cuando se trate de obra por
administracin directa, entregar un certificado de calidad por cada lote, que garantice
el cumplimiento de todos los requisitos establecidos o los especificados en forma
especial en el proyecto, expedido por su laboratorio o por un laboratorio externo.
Con objeto de controlar la calidad de las varillas de acero, durante la ejecucin
de la obra, el Contratista de Obra realizar las pruebas necesarias con la periodicidad
Tesis
que se establezca en el proyecto, que verifiquen que los requisitos qumicos y fsicos
cumplan con los valores establecidos o los especificados especialmente en el
proyecto, entregando a ayuntamiento los resultados de dichas pruebas.
Si por fallas en el equipo de prueba o preparacin incorrecta de los
especmenes de prueba, cualquier espcimen probado no cumple con los requisitos
de calidad establecidos se repetirn las pruebas en dos especmenes adicionales
tomados al azar del mismo lote, por cada espcimen original que haya salido mal. Si
los resultados de los especmenes adicionales probados cumplen con los requisitos
establecidos, el lote ser aceptado.
En cualquier momento el ayuntamiento puede verificar que las varillas de acero
de refuerzo suministradas, cumplan con cualquiera de los requisitos de calidad
establecidos o los especificados especialmente en el proyecto, siendo motivo de
rechazo el incumplimiento de cualquiera de ellos.
1.1.12. PROCESO DE FABRICACIN
El hierro en estado puro no posee la resistencia y dureza necesarias para las
aplicaciones de uso comn. Sin embargo, cuando se combina con pequeas
cantidades de carbono se obtiene un metal denominado acero, cuyas propiedades
varan en funcin de su contenido en carbono y de otros elementos en aleacin, tales
como el manganeso, el cromo, el silicio o el aluminio, entre otros.
1.1.13. EL ACERO SE PUEDE OBTENER A PARTIR DE DOS MATERIAS PRIMAS FUNDAMENTALES
El arrabio, obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de alto horno
(proceso integral); las chatarras frricas, que condicionan el proceso de fabricacin. En
lneas generales, para fabricar acero a partir de arrabio se utiliza el convertidor con
oxgeno, mientras que partiendo de chatarra como nica materia prima se utiliza
exclusivamente el horno elctrico (proceso electro siderrgico) ver Figura 1.8.
Tesis
Figura 1.8. Proceso para obtener el acero
Tesis
1.1.14. LA CHTARA
Tras el proceso de reconversin industrial de la siderurgia se abandona la va
del alto horno y se apuesta de forma decidida por la obtencin de acero a travs de
horno elctrico.
En este proceso, la materia prima es la chatarra, a la que se le presta una
especial atencin, con el fin de obtener un elevado grado de calidad de la misma. Para
ello, la chatarra es sometida a unos severos controles e inspecciones por parte del
fabricante de acero, tanto en su lugar de origen como en el momento de la recepcin
del material en fbrica.
La calidad de la chatarra depende de tres factores:
a) De su facilidad para ser cargada en el horno.
b) De su comportamiento de fusin (densidad de la chatarra, tamao,
espesor, forma, etc.).
c)
De su composicin, siendo fundamental la presencia de elementos
residuales que sean difciles de eliminar en el proceso del horno.
Atendiendo a su procedencia, la chatarra se puede clasificar en tres
grandes grupos:
I) Chatarra reciclada: formada por despuntes, rechazos, etc. originados en la
propia fbrica. Se trata de una chatarra de excelente calidad.
II) Chatarra de transformacin: producida durante la fabricacin de piezas y
componentes de acero (virutas de mquinas herramientas, recortes de
prensas y guillotinas, etc.).
III) Chatarra de recuperacin: suele ser la mayor parte de la chatarra que se
emplea en la acera y procede del desguace de edificios con estructura de
acero, plantas industriales, barcos, automviles, electrodomsticos, etc.
Tesis
Los controles a los que se somete la chatarra se producen en tres niveles:
a) Inspeccin en origen por parte de personal especializado.
b) Inspeccin visual en el momento de la descarga en puerto para material
importado.
c) Control de recepcin en fbrica por unidad de transporte, con
independencia de la procedencia del material (nacional o importado), con
el fin de eliminar todo elemento nocivo, materias explosivas o inflamables,
material radiactivo, as como de todos aquellos metales no frreos, tierras,
cuerpos extraos, etc.
1.1.15. PRINCIPIOS BSICOS PARA LA OBTENCIN DEL ACERO
La obtencin del acero pasa por la eliminacin de las impurezas que se
encuentran en el arrabio o en las chatarras, y por el control, dentro de unos lmites
especificados segn el tipo de acero, de los contenidos de los elementos que influyen
en sus propiedades.
Las reacciones qumicas que se producen durante el proceso de fabricacin del
acero requieren temperaturas superiores a los 1000 C para poder eliminar las
sustancias perjudiciales, bien en forma gaseosa o bien trasladndolas del bao a la
escoria mostrado en Tabla 1.7.
Tesis
Tabla 1.7. Reacciones qumicas para la eliminacin de impurezas
Elemento Forma de eliminacin Reaccin qumica
Carbono Al combinarse con el oxgeno se
quema dando lugar a y
gaseoso que se elimina a travs
de los humos.
Manganeso Se oxida y pasa a la escoria.
Combinado con slice da lugar a
silicatos.
Silicio Se oxida y pasa a la escoria.
Forma silicatos
Fsforo En una primera fase se oxida y
pasa a la escoria.
En presencia de carbono y altas
temperaturas puede revertir al
bao.
Para fijarlo a la escoria se
aade cal formndose fosfato
de calcio.
O
Azufre Su eliminacin debe realizarse
mediante el aporte de cal,
pasando a la escoria en forma
de sulfuro de calcio. La
presencia de manganeso
favorece la desulfuracin.
Tesis
1.1.16. FABRICACIN EN HORNO ELCTRICO
La fabricacin del acero en horno elctrico se base en la fusin de las chatarras
por medio de una corriente elctrica, y afino posterior del bao fundido.
El horno elctrico: El horno elctrico consiste en un gran recipiente cilndrico de
chapa gruesa (15 mm. a 30 mm. de espesor) forrado de material refractario que forma
la solera que alberga el bao de acero lquido y escoria. El resto del horno est
formado por paneles refrigerados por agua. La bveda es desplazable para permitir la
carga de la chatarra a travs de unas cestas adecuadas.
La bveda est dotada de una serie de orificios por los que se introducen los
electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras de grafito de hasta 700 mm de
dimetro. Los electrodos se desplazan de forma que se puede regular su distancia a la
carga a medida que se van consumiendo.
Los electrodos estn conectados a un transformador que proporciona unas
condiciones transformador que proporciona unas condiciones de voltaje e intensidad
adecuadas para hacer saltar el arco, con intensidad variable, en funcin de la fase de
operacin del horno. Otro orificio practicado en la bveda permite la captacin de
humos, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la atmsfera.
El horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular
para proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del bao.
1.1.17. PROCESO DE FABRICACIN DEL ACERO
El proceso de fabricacin se divide bsicamente en dos fases: la fase de fusin
y la fase de afino.
Fase de fusin:
Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y
escorificantes (principalmente cal) se desplaza la bveda hasta cerrar el horno y se
bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, hacindose saltar el arco hasta
fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la
capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.
Tesis
Fase de afino:
El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la
segunda en un horno cuchara.
En el primer afino se analiza la composicin del bao fundido y se procede a la
eliminacin de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fsforo, etc.) y
realizar un primer ajuste de la composicin qumica por medio de la adicin de
ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, nquel, molibdeno,
vanadio, titanio, etc.).
El acero obtenido se vaca en una cuchara de colada, revestida de material
refractario, que hace la funcin de cuba de un segundo horno de afino en el que
termina de ajustarse la composicin del acero y de drsele la temperatura adecuada
para la siguiente fase en el proceso de fabricacin.
1.1.18. EL CONTROL DEL PROCESO
Para obtener un acero de calidad el proceso debe controlarse en todas sus
fases empezando, por un estricto control de las materias primas cargadas en el horno.
Durante el proceso se toman varias muestras del bao y de las escorias para
comprobar la marcha del afino y poder ir ajustando la composicin del acero. Para ello
se utilizan tcnicas instrumentales de anlisis (espectrmetros) que permiten obtener
resultados en un corto espacio de tiempo, haciendo posible un control a tiempo real y
la adopcin de las correcciones precisas de forma casi instantnea, logrndose as la
composicin qumica deseada.
Los dos elementos que ms pueden influir en las caractersticas y propiedades
del acero obtenido, el carbono y el azufre, se controlan de forma adicional mediante un
aparato de combustin. Pero adems de la composicin del bao y de la escoria, se
controla de forma rigurosa la temperatura del bao, pues es la que determina las
condiciones y la velocidad a la que se producen las distintas reacciones qumicas
durante el afino.
Tesis
1.1.19. LA COLADA CONTINUA
Finalizado el afino la cuchara de colada se lleva hasta la artesa receptora de la
colada continua donde vaca su contenido en una artesa receptora dispuesta al efecto.
La colada continua es un procedimiento siderrgico en el que el acero se vierte
directamente en un molde de fondo desplazable, cuya seccin transversal tiene la
forma geomtrica del semiproducto que se desea fabricar; en el caso del acero de
refuerzo la palanquilla.
La artesa receptora tiene un orificio de fondo, o buza, por el que distribuye el
acero lquido en varias lneas de colada, cada una de las cuales disponen de su
lingotera o molde, generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su
refrigeracin con agua, que sirve para dar forma al producto. Durante el proceso, la
lingotera se mueve alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de despegar
la costra slida que se va formando durante el enfriamiento.
Posteriormente se aplica un sistema de enfriamiento controlado por medio de
duchas de agua fra primero, y al aire despus, cortndose el semiproducto en las
longitudes deseadas mediante sopletes que se desplazan durante el corte.
En todo momento el semiproducto se encuentra en movimiento continuo
gracias a los rodillos de arrastre dispuestos a los largo de todo el sistema.
Finalmente, se identifican todas las palanquillas con el nmero de referencia de
la colada a la que pertenecen, como parte del sistema implantado para determinar la
trazabilidad del producto, vigilndose la cuadratura de su seccin, la sanidad interna,
la ausencia de defectos externos y la longitud obtenida.
Figura 1.9. Laminacin
Tesis
1.1.20. LA LAMINACIN
Las palanquillas no son utilizables directamente, debiendo transformarse en
productos comerciales por medio de la laminacin o forja en caliente.
De forma simple, podramos describir la laminacin como un proceso en el que
se hace pasar al semiproducto (palanquilla) entre dos rodillos o cilindros, que giran a la
misma velocidad y en sentidos contrarios, reduciendo su seccin transversal gracias a
la presin ejercida por stos. En este proceso se aprovecha la ductilidad del acero, es
decir, su capacidad de deformarse, tanto mayor cuanto mayor es su temperatura. De
ah que la laminacin en caliente se realice a temperaturas comprendidas entre 1.250
C, al inicio del proceso, y 800 C al final del mismo.
La laminacin slo permite obtener productos de seccin constante, como es el
caso de las barras corrugadas ver Figura 1.9.
1.1.21. EL HORNO DE RECALENTAMIENTO
El proceso comienza elevando la temperatura de las palanquillas hasta un valor
ptimo para ser introducidas en el tren de laminacin. Generalmente estos hornos son
de gas y en ellos se distingue tres zonas: de precalentamiento, de calentamiento y de
homogeneizacin. El paso de las palanquillas de una zona a otra se realiza por medio
de distintos dispositivos de avance. La atmsfera en el interior del horno es oxidante,
con el fin de reducir al mximo la formacin de cascarilla.
1.1.22. EL TREN DE LAMINACIN
Alcanzada la temperatura deseada en toda la masa de la palanquilla, sta es
conducida a travs de un camino de rodillos hasta el tren de laminacin. El tren de
laminacin est formado, como se ha indicado, por parejas de cilindros que van
reduciendo la seccin de la palanquilla. Primero de la forma cuadrada a forma de
valo, y despus de forma de valo a forma redonda. A medida que disminuye la
seccin, aumenta la longitud del producto transformado y, por tanto, la velocidad de
laminacin. El tren se controla de forma automtica, de forma que la velocidad de las
distintas cajas que lo componen va aumentando en la misma proporcin en la que se
redujo la seccin en la anterior.
Tesis
El tren de laminacin se divide en tres partes:
Tren de desbaste: donde la palanquilla sufre una primera pasada muy ligera para
romper y eliminar la posible capa de cascarilla formada durante su permanencia
en el horno.
Tren intermedio: formado por distintas cajas en las que se va conformando por
medio de sucesivas pasadas la seccin.
Tren acabador: donde el producto experimenta su ltima pasada y obtiene su
geometra de corrugado.
Las barras ya laminadas se depositan en una gran placa o lecho de
enfriamiento Figura 1.10. De donde es trasladado a las lneas de corte a medida y
empaquetado, de donde pasa a la zona de almacenamiento y expedicin.
Durante la laminacin se controlan los distintos parmetros que determinarn la
calidad del producto final: la temperatura inicial de las palanquillas, el grado de
deformacin de cada pasada para evitar que una deformacin excesiva de lugar a
roturas o agrietamientos del material, as como el grado de reduccin final, que define
el grado de forja, y sobre todo el sistema de enfriamiento controlado; del producto final
se toman las muestras necesarias para ser sometidas a los ensayos de
caracterizacin mecnica (traccin, doblado-desdoblado, fatiga y carga cclica) y
geomtrica que les son de aplicacin en funcin de las especificaciones establecidas
por la norma conforme a la que ha sido fabricado.
En todo momento se conserva la trazabilidad del sistema, puesto que el
material en rollo o en barra obtenido queda siempre identificado con la colada de la
que procede, y el momento de su laminacin.
Figura 1.10. Lecho de enfriamiento
Tesis
1.2. ASPECTOS GENERALES DE SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO
1.2.1. EL ARCO ELECTRICO COMO FUENTE DE CALOR
Sin duda alguna la soldadura es uno de los mtodos de fabricacin ms
verstiles utilizados en la industria. Por medio de la soldadura se pueden unir una gran
cantidad de metales de composicin y forma muy variada.
Uno de los procesos de soldadura ms utilizados en la industria, es aquel en el
que se emplea un arco elctrico, esto debido a la versatilidad, facilidad y calidad de las
uniones soldadas que se pueden obtener utilizando este tipo de procesos. Las
propiedades que se obtienen mediante los procesos de soldadura dependen mucho
de las caractersticas propias del proceso.
Los procesos de soldadura por arco elctrico producen la fusin entre los
materiales base a soldar y los metales de aporte. La soldadura por arco se define
como un grupo de procesos de soldadura, los cuales producen coalescencia entre los
materiales por el calentamiento y fusin a travs de un arco elctrico, con o sin la
aplicacin de material de aporte.
Antes de describir los procesos convencionales de soldadura por arco elctrico
es necesario entender y analizar lo que es arco elctrico.
1.2.2. ARCO ELCTRICO
El arco elctrico es el paso de la corriente elctrica a travs de un gas ionizado,
llamado plasma, entre las terminales de un circuito elctrico. En la soldadura elctrica
por arco estas terminales son el metal a soldar (pieza de trabajo) y una varilla de metal
llamada electrodo, la cual puede o no ser un consumible, es decir, puede fundirse y
pasar a formar parte de la unin soldada o solo servir para la formacin del arco, el
arco est constituido por un ctodo, una columna de plasma, un nodo como se
muestra en la Figura 1.11.
Tesis
Figura 1.11. Partes del arco elctrico
Cuando el electrodo y la pieza de trabajo se ponen en contacto, la corriente
empieza a circular, si se separan un poco, la resistencia elctrica aumenta
considerablemente por lo que se genera una gran cantidad de calor por efecto Joule.
Este calor ioniza el aire que se encuentra entre el electrodo y la pieza de trabajo, lo
cual lo hace conductor y mantiene el arco. Para entender porque se ioniza el aire,
recordemos que los tomos son como pequeos sistemas solares con un ncleo con
carga positiva y electrones o cargas negativas girando alrededor.
Estas cargas se encuentran en equilibrio, pero bajo la alta temperatura
producida por el efecto Joule los tomos del aire dejan en libertad algunos electrones,
que por ser elctricamente negativos son inmediatamente atrados al nodo o polo
positivo y chocan fuertemente contra l.
El tomo entonces ionizado (desequilibrado) con carga positiva es atrado al
ctodo o polo negativo. Al ganar electrones y establecerse el equilibrio, el tomo es
repelido chocando con nuevos tomos de aire y provocando en ellos el
desprendimiento de nuevos electrones, repitindose as sucesivamente el ciclo. En
estas condiciones el aire se hace conductor de la electricidad, pues la corriente
elctrica no es ms que el transporte de electrones.
Debido a la ionizacin se puede separar unos milmetros el electrodo de la
pieza de trabajo y la corriente seguir pasando debido a que el aire se ha convertido
en conductor de la corriente y la fuerte resistencia que ofrece al paso de la misma,
mantiene la temperatura lo suficientemente elevada para que el aire contine ionizado
y por lo tanto el arco se mantenga encendido. Para formar el plasma se necesita
alcanzar una temperatura, que depende del potencial de ionizacin del gas.
Tesis
La velocidad de los electrones al chocar contra el nodo es enorme, mientras
que los iones positivos chocan con el ctodo a una velocidad menor, por lo cual el polo
positivo se calienta ms que el negativo. En la corriente alterna el nodo y el ctodo se
calienta igual dado que la polaridad est cambiando constantemente.
1.2.3. CARACTERSTICAS DE ARCO
La relacin existente entre voltaje y amperaje del arco se conoce como
caracterstica del arco, Con el mismo amperaje el voltaje aumenta con la longitud de
arco y se muestra en la Figura 1.12.
Figura 1.12. Caractersticas del arco
La caracterstica del arco depende del tamao y naturaleza del ctodo y del
nodo, gas de proteccin, recubrimiento del electrodo y longitud de arco.
Tesis
1.2.4. FUENTES DE POTENCIA
Para lograr buenas soldaduras con electricidad, se necesita una mquina que
controle la intensidad de la electricidad, aumente o disminuya la potencia segn se
requiera y que sea segura para manejarla. Hay tres tipos principales de fuentes
utilizadas en la soldadura con arco como se muestra en la Figura 1.13
Figura 1.13. fuentes de potencia
Fuentes de Potencia
TRANSFORMADORES
CA
TRASNSFORMADORES Y RECTIFICADORES
CC CA Y CC
GENERADORES
IMPULSADO CON MOTOR ELECTRICO
CC
IMPULSADO POR MOTOR DE
COMBUSTION
CAMPO ESTACIONARIO
CC
CAMPO ROTATORIO
CA Y CC
Tesis
FUENTES DE CORRIENTE ALTERNA.
Las fuentes de corriente alterna (CA) se llaman transformadores. Transforman
la corriente de la lnea de alimentacin (que es de alto voltaje y de bajo amperaje) en
una corriente til, pero segura para soldar (que es de bajo voltaje y alto amperaje).
Esto se efecta dentro de la mquina con un sistema de un devanado primario, uno
secundario y un reactor movible como se muestra en la Figura 1.14.
Figura 1.14. Transformador
FUENTES DE CORRIENTE CONTINUA.
Las fuentes de CC se clasifican en dos tipos bsicos: generador y rectificador.
En un generador de CC, la corriente se produce por la rotacin de una armadura
(inducido) dentro de un campo elctrico. Esta corriente alterna generada la captan una
serie de escobillas de carbn y un conmutador o colector y la convierten en corriente
continua. Los rectificadores bsicos son transformadores de CA a los que se ha
agregado un rectificador. La corriente alterna que suministra el transformador se enva
al rectificador que la convierte o rectifica a corriente continua como se muestra en la
Figura 1.15.
Tesis
Figura 1.15. Diagrama de rectificado de corriente
FUENTE DE CA Y CC
Las mquinas de CA y CC suministran corriente alterna o continua.
1.2.5. CARACTERSTICAS DE LA FUENTE DE SOLDADURA
La caracterstica es una curva que representa la relacin que existe en todo
momento entre el voltaje y la intensidad de corriente de la fuente, la corriente y el
voltaje real depende la interseccin entre la relacin entre las caractersticas de la
fuente y las caractersticas del arco elctrico como se muestra en la Figura 1.16.
Figura 1.16. Curvas de relacin entre intensidad y voltaje
Tesis
Fuente de intensidad constante con esta fuente los cambios en la longitud del
arco no provoca grandes intensidades y se obtiene un arco estable como se muestra
en la Figura 1.17.
Figura 1.17. Curva caracterstica de intensidad constante
Una fuente de tensin constante es una mquina en que se puede ajustar la
tensin del arco elctrico y tiene curva caracterstica que tiende a producir una tensin
de salida relativamente constante como se muestra en la Figura 1.18.
Figura 1.18. Curva caracterstica de tencin constante
Tesis
1.2.6. PROCESOS CONVENCIONALES DE SOLDADURA POR ARCO ELCTRICO
Los procesos convencionales de soldadura por arco elctrico son aquellos que
tienen un mayor uso en la industria, stos se podran definir, como se mencion
anteriormente, Estos procesos son:
1. Soldadura por arco con electrodo revestido (Shielded metal arc welding,
SMAW)
2. Soldadura por arco sumergido (Submerged arc welding, SAW)
3. Soldadura por arco de tungsteno y gas (Gas tungsten arc welding, GTAW)
4. Soldadura por arco de metal y gas (Gas metal arc welding, GMAW)
5. Soldadura por arco con electrodo tubular (Flux cored arc welding, FCAW)
El uso de estos procesos de soldadura es enorme, dado el gran nmero de
materiales y espesores que se pueden soldar con ellos, la soldadura de alta calidad
que producen, la facilidad para utilizarlos, el equipo sencillo que requieren, la facilidad
que tienen para emplearse en el taller y en campo, as como la facilidad para
mecanizarse. Sin embargo estas propiedades difieren en mayor o menor grado entre
cada uno de stos procesos. A continuacin se describen algunos de stos procesos.
Tesis
1.2.7. PRINCIPIO DEL PROCESO DE ELECTRODO REVESTIDO (SMAW)
Principio de operacin.
El proceso de soldadura SMAW consiste en un arco que se produce entre la
punta de un electrodo revestido y la pieza de trabajo, el cual produce la coalescencia
de los metales por medio de la fusin producida por el calor generado por el arco
elctrico. Este calor funde el metal base y la punta del electrodo, el cual se trasfiere a
la pileta lquida de soldadura en forma de pequeos glbulos de metal fundido. De
esta forma se deposita metal de aporte conforme el electrodo se va consumiendo, con
una longitud de arco y una velocidad de desplazamiento apropiadas. La pileta lquida
de soldadura se cubre con la escoria proveniente del revestimiento del electrodo a
medida que solidifica, el arco y el rea inmediata queda envuelta por una atmsfera de
gas de proteccin cuando el revestimiento se descompone por el calor del arco La
Figura 1.19. Muestra un esquema del proceso SMAW.
Figura 1.19. Representacin esquemtica del proceso SMAW
El proceso SMAW se aplica en forma manual, su us automtico es limitado y
no es muy frecuente. Puede soldar la mayora de los metales, pero no se usa para
soldar magnesio, metales preciosos y refractarios.
Tesis
Este proceso puede soldar espesores desde 1/16 a un espesor mximo
ilimitado mediante la tcnica de multipasadas. Con este proceso se puede soldar en
todas las posiciones, dependiendo del tipo del electrodo.
Con este proceso la tasa de deposicin de material de aporte y la productividad
estn limitadas por las corrientes de soldadura a que deben de trabajar los electrodos
ya que stos son de una longitud pequea.
Equipo del proceso.
El equipamiento bsico sencillo y econmico para el soldeo con SMAW consta
de los siguientes elementos como en la Figura 1.20.
1. Fuente de potencia
2. Porta electrodo
3. Sistemas de alimentacin de electricidad
- Cables
- Conexin con la pieza de trabajo (tierra)
4. Accesorios
Figura 1.20. Equipo bsico del proceso SMAW
Fuente de potencia.
La fuente de potencia para el proceso SMAW es del tipo de corriente
constante pudindose usar CC o CA, el rango de voltaje y amperaje depender de los
tamaos de electrodos que se usarn.
Porta electrodos.
Es el dispositivo que permite al soldador sostener y controlar el electrodo, as
tambin para poder transmitir la corriente de la fuente de potencia al electrodo.
Tesis
Conexin con la pieza de trabajo.
Conecta a la pieza de trabajo con la fuente de potencia. Debe producir una
conexin fuerte y ser fcilmente sujetada. Por lo general son pinzas tensadas con
resortes o abrazaderas de tornillo.
Cables para soldadura.
Conectan el porta electrodos y la conexin con la pieza de trabajo con la
fuente de potencia para cerrar el circuito de soldadura.
Accesorios.
Como accesorios se podra enumerar a cepillos de alambre, cinceles y martillos
para la limpieza y remocin de la escoria, as como caretas, guantes y delantal de
cuero, etc., para la proteccin bsica del soldador.
1.2.8. CONSUMIBLES DE SOLDADURA
El electrodo revestido es el nico consumible en este proceso Figura 1.21. Un
electrodo revestido es una varilla que tiene un ncleo metlico (alma) de composicin
normalmente similar a la del metal base, cuya funcin es conducir la energa elctrica
para la formacin del arco y mediante su fusin (fundamentalmente) garantizar el
metal de aporte para la formacin de una unin soldada. El electrodo consta adems
de un revestimiento a partir de substancias qumicas que cumple varias funciones y
posee un extremo no revestido que permite fijarlo en el porta electrodo.
Figura 1.21. Componentes del electrodo
Tesis
1.2.9. FUNCIONES Y CARACTERSTICAS DEL REVESTIMIENTO
El revestimiento de un determinado electrodo es una combinacin compleja de
materiales. La composicin qumica exacta del revestimiento de los electrodos
comerciales constituye un secreto que se reserva el fabricante; estos solo publican la
composicin y propiedades del metal que depositan dichos electrodos.
La composicin de los revestimientos suele ser muy compleja. Se trata
generalmente de una serie de sustancias orgnicas y minerales. En la fabricacin de
la pasta para el revestimiento suelen intervenir:
xidos naturales: xidos de hierro, ilemita (50% xido frrico y 50% xido
de titanio), rutilo (xido de titanio), slice (xido de silicio).
Silicatos naturales: caoln, talco, mica, feldespato.
Productos voltiles: celulosa, serrn...
Fundentes
Productos qumicos: carbonatos, xidos...
Ferroaleaciones: de Mn, Si, Ti...
Aglomerantes: silicato sdico, silicato potsico.
Sin embargo, la naturaleza, dosificacin y origen de los componentes
permanece en secreto por parte del fabricante que en la prctica se limita a garantizar
la composicin qumica del metal depositado y sus caractersticas mecnicas: carga
de rotura, lmite elstico, alargamiento y tenacidad.
Dentro de las funciones y caractersticas anteriores existen algunas que son
incompatibles, por lo cual, el fabricante siempre busca un balance y compromiso entre
ellas, a un mnimo costo.
Una vez escogido cada componente, se muele y criba hasta conseguir la
granulometra adecuada y se dosifica, pasando de un sistema de tolvas especficas de
cada producto a una tolva central, donde seguidamente se homogenizan mediante
vibradores distribuyndose despus la mezcla en tolvas destinadas a produccin.
Para aglutinar la mezcla seca y darle consistencia se agrega silicato sdico o
silicato potsico. Una vez obtenida la mezcla hmeda se vierte en una prensa en
donde penetra la varilla por un lado saliendo recubierta en toda su longitud por el lado
opuesto. Se comprueba la excentricidad del recubrimiento y se cepillan ambos
extremos de la varilla revestida. Uno, para el ajuste de la pinza porta electrodos y el
Tesis
otro, para facilitar el cebado de arco. Se marcan con la identificacin del fabricante y el
tipo de electrodo segn (AWS).
El secado previo se lleva a cabo hacindolos pasar por un horno de
funcionamiento continuo, cuya temperatura se incrementa gradualmente para evitar
que se agriete y se desprenda el revestimiento. Para electrodos tipo rutilo normal, el
secado previo a una temperatura es de aproximadamente 100 C es suficiente. Para
electrodos bsicos, despus de este secado previo se pasan a hornos convencionales
de aire para darles un secado final a 400-450 C, con el fin de que el contenido de H2O
a 1.000 C segn AWS, sea inferior a 0,4%. De esta forma nos aseguramos que el
contenido de hidrgeno sea inferior a 10 . Por cada 100 gr/metal depositado.
Posteriormente se empaquetan en cajas de cartn o metlicas. Aqullas suelen
protegerse de la humedad con plstico termoretrctil. En general, debe seguirse la
regla de que los materiales de aporte deben embalarse de tal forma que no sufran
deterioros, ni se humedezcan, ni se sequen.
1.2.10. LAS FUNCIONES QUE CUMPLEN EL REVESTIMIENTO
Como se muestra en la figura 1.22. Un electrodo sin revestimiento y uno con
revestimiento
Provee un gas como atmsfera protectora para la pileta liquida de
soldadura y evitar la contaminacin.
Suministra limpiadores desoxidantes y agentes fundentes.
Establece las caractersticas del electrodo, elctricas y qumicas.
Proporciona un manto de escoria para proteger el metal depositado.
Constituye un medio para adicionar elementos de aleacin.
Proporciona polvo de hierro para mejorar la productividad del electrodo.
Tesis
Los revestimientos adems deben garantizar en lo posible las siguientes
caractersticas:
Ausencia de porosidad y agrietamiento en la unin soldada.
Reducido sobrecalentamiento del electrodo durante su empleo.
Producir una escoria de fcil eliminacin.
Producir escasas salpicaduras.
No deteriorarse durante el transporte y almacenaje.
Tendencia reducida a absorber humedad durante el almacenaje.
Bajo nivel de gases y humos nocivos durante el soldeo.
figura 1.22. Comportamiento del electrodo con y sin revestimiento
Tesis
1.2.11. FABRICACIN DE LA VARILLA
La materia prima el alambrn de 6 a 8 mm de dimetro, que la siderurgia
suministra en rollos o bobinas, de aproximadamente 1.000 Kg. El fabricante
comprueba la composicin a partir del anlisis qumico de un despunte de la bobina y
posteriormente sta pasa a una devanadora protegida por una campana metlica, en
donde el alambrn se retuerce y desprende el xido adherido en el tren de laminado
en caliente. A esta etapa se le denomina decapado mecnico. Al ser la fabricacin de
electrodos un proceso continuo, los extremos de cada bobina se empalman por
resistencia elctrica, eliminando las rebabas de la soldadura con muela de esmeril.
Seguidamente el alambrn pasa a las cajas de trefilado donde tiene lugar una
reduccin progresiva de dimetro hasta el deseado, utilizando sustancias lubricantes
para facilitar la operacin y evitar un endurecimiento del alambre, que le haga
quebradizo. A continuacin se desengrasa o se lava con agua el polvo de jabn
adherido a su superficie. Una mquina endereza y corta las varillas a un ritmo entre
580 y 1400 cortes/minuto, en funcin de su dimetro, los tamaos estndares se
muestra en la Tabla 1.8.
Tabla 1.8.
Tamaos estndares usuales de dimetro y largo
Dimetro Longitud
para toda las clasificaciones
excepto E7020-A1,E7020-G,
E7027-A1
Longitud
para las clasificaciones E7020-A1,
E7020-G, E7027-A1
in. mm in. mm in. mm
3/32 2.4 12 300 12 300
1/8 3.2 14 350 14 350
5/32 4.0 14 350 14 350
3/16 4.8 14 350 14 o 18 350 o 450
7/32 5.6 14 o 18 350 o 450 18 o 28 450 o 700
1/4 6.4 18 450 18 o 28 450 o 700
5/16 8.0 18 450 18 o 28 450 o 700
Tesis
La tolerancia del dimetro del electrodo es 0.002 in. ( 0.05 mm) y de
la longitud es 1/4 in. (10mm) las otras longitudes son aceptables con
acuerdo con el proveedor y el comprador.
1.2.12. COMPOSICIN DEL REVESTIMIENTO
El revestimiento se clasifica en funcin de su composicin que determinar sus
cualidades y aplicaciones.
Acido Bsico Celulsico Rutilo
Electrodos cidos.
Estos electrodos contienen una adecuada proporcin de productos
desoxidantes en forma de ferroaleaciones, FesI, FeMn. Sin embargo, el contenido de
Si en el cordn se mantiene bajo por lo que el metal aportado contiene siempre una
cierta cantidad de oxgeno y, en consecuencia, la resiliencia de la unin es solamente
mediana.
Escorias
Pertenecen al sistema FeO-SiO2-MnO y contienen una gran proporcin de
silicatos de Fe (fayalita) y de Mn (rodonita), as como xidos libres FeO y MnO. La
reaccin es cida, o sea, disuelve los xidos bsicos, tales como el MnO. En
consecuencia, gran parte del Mn se desplaza a la escoria.
Este enriquecimiento en Mn disminuye la viscosidad, proporcionando un cordn
de aspecto liso y facilitando el soldeo.
La escoria de los electrodos tpicamente cidos es abundante, de color negro y
adquiere al solidificar una estructura esponjosa que tiende a hacerse ms compacta y
vdrea a medida que disminuye la acidez. Se separa con bastante facilidad. Por su
abundante escoria se requiere soldar con mayor intensidad e inclinacin adecuada del
electrodo, para evitar que la escoria se anticipe al metal fundido.
Metal depositado
Estos electrodos confieren al metal depositado un contenido de H2 e impurezas
relativamente alto. A menudo, el cordn contiene escorias. La soldabilidad del metal
base debe ser buena, pues en caso contrario pueden producirse grietas en caliente.
Esta susceptibilidad es funcin de la acidez de la escoria y disminuye a medida que
tiende a la neutralidad.
Tesis
Parmetros de uso
Tensin de cebado: entre los 30 y 40 V.
Tensin de funcionamiento: aproximadamente 25 V.
Arco.
Son electrodos de fusin rpida, facilitada en parte por el calor que produce la
oxidacin del Mn. Pueden emplearse con intensidades de corriente elevadas. Se usan
normalmente slo en corriente continua y electrodo unido al polo negativo.
Rendimiento gravimtrico.
El rendimiento gravimtrico estndar es del 95%.
Aplicaciones.
Destinados para soldar aceros normales de construccin de resistencia inferior
a 48 Kg/mm2. Se sola utilizar en juntas a tope o en V en calderera cuando se
requera un buen aspecto del cordn. Tambin por su facilidad en proporcionar
cordones lisos en juntas en ngulo o solapadas.
En este tipo de electrodos, que hace unas dcadas dominaba el mercado, se
ha sustituido progresivamente por los rutilos y bsicos. En la actualidad se encuentran
prcticamente en desuso.
Electrodos celulsicos.
En estos electrodos la celulosa, obtenida a partir de la pulpa de la madera, es
el componente principal. Esta sustancia orgnica se descompone por el calor
desarrollado en el arco, proporcionando un gas protector que asla y protege de la
oxidacin al Mn y al resto de los componentes. Las reacciones de reduccin se
desarrollan en una atmsfera de hidrgeno que cubre el metal fundido.
Escoria.
Es poco voluminosa ya que, recordemos, la proteccin del bao es
esencialmente de tipo gaseoso. Se desprende con facilidad.
Arco.
Producen una gran penetracin gracias al hidrgeno procedente de la celulosa
que el calor del arco libera. La velocidad de soldeo el elevada. Se producen, sin
embargo, abundantes prdidas por salpicaduras.
Metal depositado.
Tesis
El metal depositados por estos electrodos carece prcticamente de oxgeno (O2
0,02%). En cambio, contiene una gran cantidad de hidrgeno (15-25 cm3 por cada
100 gr. de metal depositado). La superficie del cordn es rugosa y ste se enfra
rpidamente.
Rendimiento gravimtrico.
El arco produce un fuerte chisporroteo, con abundantes prdidas por
salpicaduras. El rendimiento estndar suele ser inferior al 90%.
Seguridad de uso.
Los electrodos celulsicos producen una gran cantidad de humos. Por ello, es
recomendable evitar su uso en recintos cerrados, como el interior de calderas,
cisternas, recipientes, etc. Por otra parte, lo enrgico del arco aconseja emplear con
ms rigor los materiales de proteccin, tales como gorras, guantes, mandiles, polainas,
etc. Los electrodos celulsicos no deben resecarse nunca.
Aplicaciones.
Aunque son adecuados para soldar en todas las posiciones, se suelen emplear
exclusivamente para soldar tubera en vertical descendente, porque:
producen muy poca escoria.
se manejan con facilidad.
consiguen una buena penetracin en el cordn de raz, en esta
posicin.
Su uso se est generalizando en oleoductos, y gasoductos en donde resulta
ventajoso soldar en todas las posiciones, sin cambiar los parmetros de soldeo.
Electrodos de rutilo.
El principal componente de estos electrodos es el rutilo, mineral obtenido a
partir de menas que en su estado natural contienen de un 88-94% de TiO2. Tambin
puede extraerse de la ilemita, mineral compuesto por un 45-55% de TiO2 y el resto de
Fe2O3. La proteccin en estos electrodos la proporciona la escoria.
Escorias.
Pertenecen al sistema TiO2-FeO-MnO que dan como resultado titanatos de
hierro o titanatos complejos. La escoria, de aspecto globular o semiglobular, tiene la
Tesis
viscosidad adecuada para permitir la soldadura de elementos con ajuste deficiente o
cuando entre los bordes a unir existe una distancia excesiva, resultando los electrodos
de rutilo idneos en la soldadura con defectuosa preparacin de juntas. La escoria se
elimina con facilidad.
Metal depositado.
Contiene un buen nmero de inclusiones. El nivel de impurezas es intermedio
entre el que presentan los electrodos cidos y los bsicos. El contenido de hidrgeno
puede llegar a fragilizar las soldaduras. El contorno de las costuras en ngulo oscila
entre convexo. En cualquiera de los casos, el cordn presenta un buen aspecto.
Arco.
Fcil encendido y re encendido, incluso con elevadas tensiones de vaco en la
fuente de corriente. La pequea proporcin de celulosa del revestimiento permite una
elevada intensidad de corriente. La cantidad de elementos refractarios del
recubrimiento origina un arco tranquilo, de mediana penetracin.
Parmetros de uso.
Tensin de cebado: entre 40 y 50 V. Se emplean con corriente alterna o con
corriente continua, en ambas polaridades.
Rendimiento gravimtrico.
El rendimiento gravimtrico estndar est comprendido entre el 90 y el 100%.
Aplicaciones.
Estos electrodos son fciles de encender y re encender, poco sensibles a la
humedad, escasas salpicaduras y favorable eliminacin de escoria, que permiten una
razonable velocidad de soldeo constituyen una gama de consumibles muy apreciado.
Resultan por su fcil manejo en cualquier clase de montaje, la escasa
influencia de las condiciones ambientales y por ser adecuados para emplearse en
todas las posiciones, idneos para todo tipo de soldaduras siempre que no se requiera
una elevada tenacidad. Los principales campos de aplicacin son las estructuras
metlicas, en construcciones de calderas y construcciones navales.
Electrodos bsicos.
Los componentes principales son el carburo clcico y el fluoruro clcico. El
revestimiento, que no contiene celulosa ni arcilla, proporciona un gas protector a base
de CO2 procedente del mrmol y del fluoruro de silicio formado a partir de la fluorita e
espato flor, en reaccin con el SiO2. Funden a temperaturas muy elevadas (aprox.
Tesis
2.000 C), razn por la cual necesitan un fundente en su composicin, como el espato
flor.
La elevada proporcin de TiO2 y de silicato potsico, permiten su uso en
corriente alterna. Son fuertemente higroscpicos, por lo que precisan de ciertas
precauciones para evitar que una retencin de humedad origine porosidades en el
metal depositado y fisuraciones bajo el cordn en el soldeo de aceros ferrticos de alta
resistencia o lmite elstico.
Escorias.
Pertenecen al sistema CaO-SiO2, 2CaO-SiO2 y 3Cao-SiO2. La escoria es poco
abundante, de color pardo y aspecto brillante. Su fluidez se controla agregando espato
flor al revestimiento. Sube a la superficie con rapidez por lo que son poco probables
las inclusiones. Se elimina con menos facilidad que la de los otros tipos de electrodos.
Arco.
En general, la velocidad de fusin no es elevada ni tampoco soportan grandes
intensidades de corriente. Ofrecen una velocidad de soldeo razonable en posicin
horizontal y ms rpida en vertical ascendente, porque en esta posicin admiten una
intensidad de corriente ms alta que otros electrodos.
La longitud de arco es ms corta que en el caso de los rutilos. La tensin de cebado es
elevada, aproximadamente. 65 V. Por esta razn, algunos fabricantes proceden a
impregnar de grafito, excelente conductor elctrico, uno de los extremos del electrodo,
para facilitar de esta manera el encendido del arco. Los bsicos son ms difciles de
manejar que los otros electrodos.
Rendimiento gravimtrico.
Oscila entorno al 110%.
Metal depositado.
En el momento de la fusin se produce una verdadera micro metalurgia, con
fijacin de elementos metlicos en el metal fundido. Pueden obtenerse as, por adicin
de elementos adecuados tales como Mn, Cr, Ni, Mo, etc. soldaduras de elevadas
caractersticas mecnicas y de alta resistencia contra determinados agentes
corrosivos. El metal depositados se encuentra prcticamente exento de impurezas,
libre de hidrgeno (H2 10 ppm) y de porosidad, si el revestimiento est seco. Posee
adems una elevada capacidad de deformacin ( aproximadamente. 30%) y presenta
una alta tenacidad.
Tesis
Precauciones especfica. Si el electrodo, por su higroscopicidad, ha captado
humedad deposita un metal poco dctil y, en determinadas circunstancias, propenso a
fisuracin bajo el cordn. Para evitar ambos fenmenos, los electrodos bsicos que
hayan estado expuestos a un ambiente hmedo, deben secarse siguiendo
estrictamente las recomendaciones de su fabricante.
La temperatura de secado en horno o estufa y el tiempo necesario de
permanencia a esa temperatura deben ser los adecuados a la composicin del
revestimiento, que slo el fabricante conoce la exactitud. En efecto, la humedad
absorbida se encuentra en forma de hidrato lo que requiere temperaturas elevadas
para extraer el agua atrapada en los cristales.
Aplicaciones.
El campo de aplicacin es muy amplio. Una de las ventajas de los electrodos
bsicos es que pueden eliminar el S por su reaccin con el Mn, formando compuestos
que pasan a la escoria, por lo que la soldadura realizada con este tipo de electrodos
muestra una gran resistencia al agrietamiento en caliente.
El metal depositado es poco sensible a la figuracin, incluso en soldadura
sometida a fuertes tensiones de embridamiento por condiciones de rigidez. Se utilizan
ampliamente en la soldadura de estructuras metlicas, recipientes sometidos a
presin, construccin naval y maquinaria. Para resolver el problema de su fuerte
higroscopicidad, actualmente se estn desarrollando electrodos bsicos menos
propensos a captar humedad: electrodos LMA (Low Moisture Absortion).
Electrodos de gran rendimiento.
Se denominan electrodos de gran rendimiento aquellos que, cualquiera que
sea la naturaleza de la composicin de su revestimiento, tienen un rendimiento
gravimtrico superior al 130%. Si en los electrodos clsicos, como acabamos de ver, el
rendimiento suele oscilar entre el 80% y 100%, con esta clase de electrodos se puede
llegar hasta el 240%.
El rendimiento de un electrodo viene dado por la relacin del peso del metal
depositado al peso de la varilla fundida Tabla 1.9. La norma UNE-14.038 versa sobre
la determinacin del rendimiento de los electrodos. En general, para su evaluacin se
desprecian 40 mm de su longitud, aproximadamente igual a la parte desnuda del alma
que se aloja en la pinza porta electrodos de 450 mm y 310 mm para los que poseen
una longitud original de 350 mm.
Tesis
Esta clase de electrodos fue desarrollada por VAN DER WILLIGEN en Holanda
a partir del ao 1947, aadiendo polvo de hierro al revestimiento. Parece lgico
suponer que la posicin sobremesa es la ms fcil y favorable para la soldadura. En
efecto, en esa posicin el metal fundido se beneficia de la fuerza de la gravedad y se
pueden conseguir las mximas velocidades de deposicin. Despus de sta, la ms
ventajosa es la horizontal en ngulo. Por la econmica que supone soldar en ambas
posiciones se han desarrollado electrodos especficos que nicamente pueden
emplearse en estas posturas de soldeo. Pertenecen a este grupo aquellos electrodos
cuya penltima cifra en su designacin AWS es un 2. Se les llama tambin electrodos
de contacto. El rendimiento de un electrodo, en general, es funcin de la naturaleza
del revestimiento, del dimetro y de la intensidad de la corriente.
Aplicaciones.
Estos electrodos requieren altas intensidades de soldeo para lograr fundir,
adems del alma, el polvo de hierro agregado a su revestimiento, por lo que resulta
necesarias fuente de energa potentes. Se seleccionan para reducir costes en
soldadura, tanto en construccin naval como en talleres de calderera pesada.
Los electrodos de contacto se emplean en soldadura por gravedad mediante
unos aparatos mecnicos. En los astilleros, cada operario puede controlar 2-4
aparatos simultneamente. Los electrodos bsicos de gran rendimiento con elevadas
caractersticas mecnicas son utilizados en construccin off-shore y calderera
pesada, donde se exigen altos valores de impacto a baja temperatura.
A los electrodos se puede agregar diferentes tipos de metales. Uno de ellos es
el polvo de hierro produce las siguientes ventajas.
Arco ms estable.
Menos destreza para manipular el electrodo.
Aumenta la cantidad de metal depositado para un determinado dimetro de
alma.
Solo puede emplearse en posicin plana.
Tesis
Tabla 1.9. Electrodo de gran rendimiento
Electrodo normal (sin polvo de hierro)
4mm 450 mm
Electrodo con polvo de hierro
4mm 450mm
peso del alma = 40 gramos peso del alma = 40 gramos
peso del metal depositado = 40 gramos peso del metal depositado =70 gramos
rendimiento gravimtrico = (40/40)
100 = 100 %
rendimiento gravimtrico = (70/40)
100 = 175 %
Tiempo de soldeo = 70 segundos Tiempo de soldeo = 70 segundos
El rendimiento en peso Ec. 1.5. de un electrodo es la relacin entre el
metal depositado durante la soldadura y el peso del alma de los electrodos empleados,
multiplicado por cien.
Ecuacin. 1.5.
Los electrodos por el grado revestimiento son:
Delgados. Estos electrodos protegen poco a la pileta de soldadura.
Tesis
Medios. Tienen mayor estabilidad de arco, permiten CA, y protegen
mejor al metal soldado.
Gruesos. Los electrodos con revestimiento grueso permiten obtener las
mejores cualidades del metal de soldadura.
Como se muestra en la figura 1.23.
figura 1.23. Grado de revestimiento
Tesis
1.2.13. CLASIFICACIN DE ELECTRODOS
La Sociedad Americana de Soldadura (AWS) ha establecido una serie de
cdigos de identificacin y a su vez de clasificacin para los diferentes productos que
las grandes y medianas fabricas de electrodos producen para abastecer el mercado,
estos cdigos se han convertido en la referencia ms comnmente usada en Latino-
Amrica por su fcil reconocimiento y manejo y aunque algunos fabricantes nombran
sus productos con sus propios nombres comerciales, los usuarios en su mayora
prefieren llamarlos por su cdigo de identificacin de la AWS.
Otras agencias, especializadas en reas especificas, han establecido sus
cdigo para identificar sus productos, como algunas agencias que regulan los
productos de uso militar, Military (MIL), (American Society Of Mechanical Engineers )
(ASME), el Agencia Americano de constructores de Barcos (American Bureau of
Shipping) (ABS), la Agencia Canadiense de Soldadura (Cannadian Bureau of
Welding) (CBW), solo para nombrar los ms grandes.
La AWS (Sociedad Americana de Soldadura) ha establecido las siguientes
especificaciones de fabricacin de los electrodos revestidos mostrado en Tabla 1.10.
Tabla 1.10.- especificacin de electrodo revisto
ESPECIFICACIONES
AWS
TIPO DE ELECTRODO
A 5.1
Electrodos recubiertos para soldadura por arco de acero al
carbono.
Tesis
A 5.3
Electrodos recubiertos para soldadura por arco de
aluminio y sus aleaciones.
A 5.4
Electrodos recubiertos para soldadura por arco de aceros
resistentes a la corrosin.
A 5.5
Electrodos recubiertos para soldadura por arco de aceros
de baja aleacin.
A 5.6 Electrodos recubiertos de cobre y sus aleaciones.
A 5.11 Electrodos recubiertos de nquel y sus aleaciones.
A 5.15 Electrodos recubiertos para soldadura en hierro colado.
A 5.13 y A 5.21 Electrodos recubiertos para el relleno superficial.
1.2.14. CLASIFICACIN AWS ELECTRODOS RECUBIERTOS PARA SOLDADURA POR ARCO DE ACEROS DE BAJA ALEACIN
DE LA ESPECIFICACIN A5.5
Los electrodos de aceros de baja aleacin se clasifican de acuerdo con
idnticos criterios que los de acero al carbono.
(1) Lo identifica como electrodo.
(2) Y (3) resistencia a la tencin mnima 1000
(4) Indica la posicin del electrodo Tabla 1.11.
(5) Recubrimiento y corriente Tabla 1.12.
(6) Y (7) Composicin estndar del deposito Tabla 1.13.
Tabla 1.11.
E XX1X Cualquier Posicin ( plana, horizontal, vertical y sobre cabeza )
E XX2X Horizontal y plana solamente
E XX3X Plana solamente
Tesis
Tabla 1.12.
Electrodos Tipo de
recubrimiento
Corriente
para soldar
Caractersticas
E-XXX0 Sodio
Celulsico
CDPI Produce depsitos de alta calidad
con profunda penetracin y
cordones planos o cncavos
E-XXX1 Potasio
Celulsico
CA o CDPI Produce depsitos de alta calidad
con una buena penetracin y
acabados planos o ligeramente
cncavos
E-XXX2 Sodio Titanio CA O CDPD Deposito de calidad media, arco
medio, penetracin media y
cordones convexos
E-XXX3 Potasio Titanio CA o CD
ambas
polaridades
Depsitos de media alta calidad,
arco suave, poca penetracin, y
cordones ligeramente convexos
E-XXX4 Titanio polvo
de hierro
CA o CD
ambas
polaridades
Velocidad de depsito rpida,
soldadura de chafln profundo,
filete y traslape, fcil remocin de
la escoria
E-XXX5 Sodio bajo
hidrgeno
CDPI Deposito de alta calidad, arco
suave, penetracin moderada,
cordn plano a ligeramente
convexo, bajo contenido de
E XX4X Plana, sobre cabeza, horizontal y vertical hacia abajo.
Tesis
hidrogeno en los depsitos
E-XXX6 Potasio bajo
hidrgeno
CA o CDPI Deposito de alta calidad, arco
suave, penetracin moderada,
cordn plano a ligeramente
convexo, bajo hidrgeno
E-XXX7 Oxido de
hierro polvo de
hierro
CA o CDPD Llenado rpido, velocidad de
depsito rpida, penetracin
media, poca salpicadura, cordones
planos
E-XXX8 Bajo
hidrgeno
polvo de hierro
CA o CDPI Llenado-solidificado, penetracin
ligera a media, fcil remocin de la
escoria, cordones convexos
Conexin en polaridad directa (PD)
El cable pinza se conecta al polo negativo y el cable masa al polo
positivo. El calor del arco se concentra sobre el material por soldar,
favoreciendo la fusin del mismo Figura 1.24.
Conexin en polaridad invertida (PI)
El cable pinza se conecta al polo positivo y el cable masa al polo
negativo. El calor del arco se concentra sobre la punta del electrodo,
favoreciendo la estabilidad del arco y el deslizamiento del electrodo Figura
1.25.
Figura 1.24. Polaridad directa Figura 1.25. Polaridad inversa
Tabla 1.13.
Tesis
Composicin estndar del deposito
Sufijo %Mn %Ni %Cr %Mo %V
A1 0.5
B1 0.5 0.5
B2 1.25 0.5
B3 2.25 1
C1 2.50
C2 3.25
C3 1 0.15 0.35
D1 & D2 1.25 - 2.00 0.25 - 0.45
G 0.50 0.30 min 0.20 min 0.10 min
A Electrodos para aceros al Carbono-Molibdeno.
B Electrodos para aceros al Cromo-Molibdeno.
C Electrodos para aceros al Nquel.
D Electrodos para aceros al Manganeso-Molibdeno.
NM Electrodos para aceros al Nquel-Molibdeno.
G Electrodos generales de acero de baja aleacin.
M Electrodos similares a las especificaciones militares.
P Electrodos para lneas de tubera de petrleo y derivados.
W Electrodos para aceros climatolgicos.
Sufijo opcional suplementario HZR
H Difusin de hidrogeno
Z No sobrepasar Z ml de H2 por 100g de metal depositado donde Z es
4, 8 o 16
R Resistencia a la humedad
Los electrodos tambin se clasifican en cuatro grupos:
F1, Grupo de alta deposicin
(Tambin conocido como de llenado rpido).
Tesis
El recubrimiento contiene 50% de polvo de hierro por peso y presenta la mayor tasa
de deposicin.
Llenan rpidamente una unin.
Solo se aplican en posicin plana y horizontal.
Tienen poca penetracin.
La escoria se remueve fcilmente.
Producen cordones ligeramente convexos y poca salpicadura.
F2, Grupo de penetracin media
(Tambin conocido como de llenado y solidificacin intermedia).
Tienen un recubrimiento a base de rutilo o carbonato de calcio.
Son excelentes para soldadura de lminas con un espesor inferior a 3/16, donde se
requiere de una velocidad de avance con un mnimo de sobresalto, de
entrampamiento de escoria o de mordeduras. Normalmente, se usa con DCEN.
F3, Grupo de gran penetracin
(Tambin conocido como de solidificacin rpida):
Tienen un recubrimiento celulsico, pueden contener polvo de hierro, rutilo y potasio.
El cordn solidifica rpidamente y se aplica en todas las posiciones.
Especialmente, bueno para soldadura vertical y sobre cabeza.
Excelente para soldar acero de medio carbono en trabajos de construccin y
reparacin.
Bueno para pasadas de raz.
Permiten un fcil control del arco elctrico.
Presentan gran penetracin.
Dejan poca escoria y salpicaduras.
Producen cordones de cara plana.
Mejor seleccin para metal, grasiento, pintado o sucio.
F4, Grupo de bajo de bajo hidrgeno.
Resistentes a la difusin de hidrgeno y fisuramiento.
Se usan en aplicaciones con tendencia al agrietamiento.
Son utilizados en aplicaciones de media o baja soldabilidad.
Tesis
Solidifican rpido.
Durante el enfriamiento la escoria esta ligeramente lquida.
Tienen una deposicin promedio y pueden ser usados en cualquier posicin.
Producen un cordn suave, ligeramente convexo y con poca salpicadura.
Excelentes para soldadura con calidad de rayos X y buenas propiedades mecnicas.
1.2.15. CONSERVACIN Y MANIPULACIN DE LOS ELECTRODOS
El revestimiento del electrodo es muy frgil, por lo que estos se deben de
transportar y almacenar en recipientes suficientemente resistentes evitando cualquier
golpe en su manipulacin. No se deben de utilizar los electrodos que presenten algn
defecto en el revestimiento. Si se emplean electrodos con el revestimiento agrietado o
desprendido la proteccin del bao de soldadura no ser la adecuada y disminuir la
propia estabilidad del arco.
Se recomienda, no transportar un nmero de electrodos mayor de los que se
considere necesario para una actividad determinada. Los electrodos se deben de
manipular con guantes limpios y secos. Estos no deben de exponerse en ambientes
excesivamente hmedos, ni depositarlos sobre superficies contaminadas por grasa,
pintura o suciedad.
El revestimiento de los electrodos es higroscpico, o sea, que absorben y
retienen la humedad con gran facilidad. Si se utiliza un electrodo hmedo, este puede
Tesis
provocar porosidades y fisuras en la unin. Para disminuir los problemas de humedad,
los electrodos revestidos deben ser almacenados y manejados en condiciones
adecuadas, tomando las debidas precauciones.
Tesis
1.3. CRITERIOS Y ASPECTOS DEL CODIGO, ESPECIFICACIONES DE UN PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
El uso y manejo de cdigos de soldadura en el mbito industrial o de la
construccin es de vital importancia, ya que estas rigen todo un procedimiento y
metodologa ya experimentada dentro de lo que es la produccin, por lo que se puede
garantizar una buena calidad en las juntas soldadas.
La finalidad de trabajar bajo cdigo, es la de poder realizar satisfactoriamente
la elaboracin de uniones soldadas especificando sus procedimientos de fabricacin,
clasificando y calificando a los soldadores u operadores de soldadura que realizan
determinado trabajo.
La especificacin de un procedimiento de soldadura es el documento en el cual
se describe la secuencia de la fabricacin de una junta soldada, especificando toda y
cada una de las variables esenciales y no esenciales que intervienen.
Documento preparado por un departamento tcnico o de ingeniera de la
empresa para dar instrucciones precisas al personal que ejecuta y al que inspecciona
las soldaduras.
El propsito de una WPS es definir y documentar todos los detalles que se
deben tener en cuenta al soldar materiales o partes especficas. Su contenido debe
estar de acuerdo con:
Los requerimientos aplicables de los cdigos de las exigencias del contrato u
orden de compra y de las buenas prcticas de ingeniera
Todas las variables esenciales, relativas a cada proceso de soldadura utilizado.
Todas las variables no esenciales, relativas a cada proceso de soldadura
utilizado.
Las variables esenciales suplementarias, cuando se requieran pruebas de
impacto de la soldadura.
Informacin adicional que se considere necesaria para obtener las soldaduras
deseadas.
Las variables ms comunes especificadas en la especificacin de un procedimiento de
soldadura son:
Tesis
1.3.1. JUNTAS Y UNIONES
Figura 1.26. Tipos de junta.
El proceso de soldadura, el tipo de material, geometra de las piezas y
particularmente el espesor, son los principales factores que se deben de tener en
cuenta al diseo de una junta como se muestra en la Figura1.26. Y 1.27. Que son las
formas en las cuales son preparadas las superficies a unir.
Figura 1.27. Preparacin de borde.
1.3.2. METAL BASE
Es el material sobre el cual se deposita el cordn de soldadura, que de acuerdo
a la especificacin que regulan las caractersticas de los aceros de refuerzo estructural
las emite la ASTM, en Mxico existen normas no oficiales denominadas NMX las
cuales estn en espaol y son muy similares a las de la ASTM.
La asignacin que se le da al acero de refuerzo estructural de acuerdo a ASTM
es A 615 conforme a la resistencia mecnica se le asigna el grado como se muestra
en la tabla 1.14.
Tesis
1.3.3. TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO
Cuando el acero de refuerzo va a soldarse a un acero estructural principal, los
requisitos de precalentamiento del acero estructural deben consultarse en tabla 3.1. El
requisito de precalentamiento mnimo para aplicarse en este caso debe ser el requisito
ms alto de los dos precalentamientos. Sin embargo, debe ejercerse un cuidado
extremo en el caso de soldar acero de refuerzo con aceros templados y revenidos,
dichas medidas deben tomarse para satisfacer los requisitos de precalentamiento de
ambos. Si no es posible, la soldadura no debe usarse para unir los dos metales base.
Tabla 1.14. Temperatura de precalentamiento y entre pasadas.
Rango de carbono
equivalente
Dimetro del acero de
refuerzo con el numero
de designacin por
calibre
soldadura por SMAW
con electrodo de bajo
hidrogeno, temperatura
C
Hasta 0.40 Hasta 11,
14 y 18
No requiere
10
Mayores de 0.40 hasta
0.45
Hasta 11,
14 y 18
No requiere
10
Mayor de 0.45, hasta
0.55
Hasta 6,
De 7 a 11
De 14 a 18
No requiere
10
90
Mayor de 0.55, hasta
0.65
Hasta 6,
De 7 a 11
De 14 a 18
40
90
150
Mayor de 0.65, hasta
0.75
Hasta 6,
De 7 a 18
150
200
Mayor de 0.75 De 7 a 18 260
Tesis
No debe de soldarse cuando la temperatura ambiente es menor de 18c.
Cuando el metal base est debajo de la temperatura indicada para el proceso de
soldadura que se est usando y para el dimetro y el rango de carbono equivalente del
acero de refuerzo que se est soldando, debe precalentarse excepto que se indique
otra cosa de tal forma que la seccin transversal de la varilla como mnimo 50 mm a
cada lado de la unin este por arriba de la temperatura mnima especificada. Las
t