Soldadura por Arco Eléctrico · rápidamente. Se recomiendan para la soldadura en todas las...

Soldadura por Arco Eléctrico

Características del Arco Eléctrico

• Temperatura: – El arco eléctrico permite alcanzar temperaturas

superiores a los 5500 C (10000 F)

• Radiación: – El arco eléctrico genera radiaciones en los espectros de

luz Visible, Infrarroja y Ultravioleta

• Intensidad de Corriente: – Este parámetro determina la cantidad de energía disponible

para la fusión del metal base y el material de aporte.

• Tipo de Corriente:– Alterna: Permite utilizar grandes magnitudes de corriente.

Sin embargo, el arco se extingue y se enciende al doble de la frecuencia de la red eléctrica, lo hace inestable.

– Continua: Genera arcos eléctricos estables. Permite obtener uniones de gran calidad

• Polaridad de Corriente: – regula la distribución del calor del arco eléctrico. La

mayor cantidad de energía se concentra en el polo negativo del circuito (cátodo).

– Polaridad Directa (DC-, electrodo negativo): se utiliza para maximizar la fusión del electrodo. Se utiliza en materiales de poco espesor y soldaduras fuera de posición

– Polaridad Inversa (DC+, electrodo positivo): se utiliza para maximizar la penetración de la soldadura. SE aplica en soldaduras de materiales de gran espesor

• Tipo de Electrodo– Consumibles: El electrodo se funde durante el proceso

de soldadura, pasando a formar parte del cordón de soldadura.

– No Consumibles: El electrodo no se funde durante el proceso. Los aportes de material se hacen mediante la alimentación de varillas.

• Diámetro del electrodo

Factores que influyen el Arco eléctrico:

• Longitud del Arco: es la distancia medida entre la punta del electrodo y la superficie del metal base. Influye:– Estabilidad del arco: a Mayor longitud puede ocurrir la

extinción del arco.– Eficiencia de la transferencia de metal (a mayor

longitud, mayor salpicadura)– Pérdida de energía del arco (a mayor longitud, mas

pérdidas por radiación)– Voltaje de soldadura (y por ende energía para la fusión)

• Protección de la soldadura:– Los procesos de soldadura por arco utilizan dos

métodos de protección: Gases de protección y Flujos (sólidos).

• Penetración:– La penetración en la soldadura es la profundidad de la

zona fundida medida desde la superficie de la parte. Depende de los parámetros del arco. (polaridad e intensidad de corriente).

• Número de pasadas:– Los procesos de soldadura por arco pueden efectuarse

en una o múltiples pasadas en función de la cantidad de material a depositar en la junta.

Fuentes de energía utilizadas en los procesos de soldadura por arco

Las Máquinas eléctricas utilizadas se clasifican en:

• Transformadores

• Transformadores-rectificadores

• Generadores

Descripción de Equipos utilizados para la soldadura:

•Transformador-Rectificador (mono fásico):Es la fuente de energía mas versátil y de menor costo. Al

ser de una fase, la calidad de la onda de corriente no es muy buena ni confiable. Operación silenciosa, sin partes móviles. Es el método de transformación de energía más eficiente.

•Transformador Rectificador trifásico:Costo Intermedio, La energía para la soldadura es mas

homogénea que en la fuente monofásica aunque esta sujeta a la calidad de la línea de alimentación. Operación silenciosa, sin partes móviles

•Motor-GeneradorEs la mas costosa de las fuentes de energía. Tiene elevados costos de

mantenimiento pero es la recomendada cuando se necesita un voltaje de arco estable y una onda homogenea para realizar el trabajo. Permite el control del voltaje de circuito abierto. Permite mantener una intensidad de corriente constante a pesar de las variaciones de voltaje en la línea de alimentación.

•Factor de servicio:% de tiempo que el arco puede estar activo, en base a intervalos de

10 minutos, para maximizar la vida de la fuente de energía

Descripción de Equipos utilizados para la soldadura:

Curvas características de las máquinas eléctricas

• Corriente Constante: – Son aquellas que independientemente del voltaje

generan la misma corriente de operación

V (Volts)

i (Amp)

Punto de Operación

Curvas características de las máquinas eléctricas

• Voltaje Constante: – Son aquellas que independientemente de la intensidad

de corriente, conservan el mismo voltaje de operación

V (Volts)

i (Amp)

Punto de Operación

Soldadura por electrodo recubierto (SMAW: Shielded

Metal Arc Welding)

Proceso de soldadura donde la coalescencia es producto del calentamiento logrado al

establecer un arco eléctrico entre un electrodo consumible recubierto y la pieza

de trabajo

Equipo para la soldadura SMAW

Máquina de Soldadura (AC/DC)

PinzaElectrodo

Cables

Pinza de Tierra

Clasificación de los electrodos recubiertos

En primer término, las especificaciones de los electrodos se refieren al material base de la soldadura:

• Aceros Dulces (A5.1)

• Aluminio y aleaciones de aluminio (A 5.3)

• Aceros inoxidables (al cromo y al cromo nickel) (A 5.4)

• Aceros de baja aleación (A 5.5)

• Cobre y Aleaciones de Cobre (A 5.6)

• Nickel y aleaciones de nickel (A 5.11)

• Endurecimiento superficial (A 5.13)

• Hierro Fundido (A 5.15)

Nomenclatura de los electrodos para aceros dulces según AWS

E _80 1 B18 H4 R

Electrodo

Su mínimo soldadura (ksi)

Posiciones de Soldadura:1. F, H, V, O2. F, H3. F, H, Vd, O

Tipo de Recubrimiento y de corriente:0 Celulosa Sodio DC+1 Celulosa Potasio AC DC+ DC-2 Titanio Sodio AC DC-3 Titanio Potasio AC DC+4 Hierro Titanio AC DC+ DC-5 Sodio Bajo H. DC+6 Potasio Bajo H. AC DC+7 Hierro Óxido de Hierro AC DC+ DC-8 Hierro Bajo H. AC DC+

Resistente a la Humedad

Hidrógeno disuelto (ml/100 g depósito):4816

Composición química del deposito:A1 0.5% MoB1 0.5% Cr 0.5% MoB2 1.25% Cr 0.5% MoB3 2.25% Cr 1% MoC1 2.5% NiC2 3.25% NiC3 1% Ni 0.15% Cr 0.38% MoD1&D2 1.25-2% Mn 0.25-0.45% MoG 0.5% Ni 0.3%Cr 0.2%Mo 0.1%V

Funciones de los Componentes de los revestimientos

• Formadores de escoria:– SiO2, MnO2, FeO, Al2O3

• Estabilizadores de las características del Arco– Na2O, CaO, MgO, TiO2

• Desoxidantes (fundentes)– Grafito, Al, celulosa

• Aglomerantes– Silicato de sodio, silicato de potasio, abestos

• Elementos aleantes:– Va, Ce, Co, Mo, Al, Zirconio, Cr, Ni, Mg, W.

Clasificación electrodos de aceros Dulces

Los electrodos de aceros dulces se clasifican en base a los requerimientos de las juntas:

• Alta Penetración

• Alta Deposición

• Uso General

• Bajo Hidrógeno

Electrodos de Alta Penetración

• Son electrodos donde la poza de fusión se solidifica rápidamente. Se recomiendan para la soldadura en todas las posiciones. Poseen un recubrimiento de celulosa que forma permite alta penetración y poca escoria

• Características:– Fabricación y mantenimiento general– Soldadura vertical hacia arriba y sobre la cabeza– Inspección por R X en soldaduras fuera de posición– Soldadura de juntas galvanizadas, sucias, pintadas o grasosas que

no puedan se limpiadas adecuadamente– Juntas de ALTA PENETRACIÓN– Soldadura de chapas

Electrodos de Alta DeposiciónSon electrodos donde el recubrimiento es en peso, 50% hierro. Se utilizan para maximizar la cantidad de metal depositado en la junta. La poza de fusión solidifica lentamente y posee una capa espesa de escoria. Se recomienda para posiciones planas y horizontales. En general, soldaduras en Juntas (canales), Filetes planos y horizontales y sldaduras de superposición en espesores mayores a 3/16” se consideran de este tipo.•Características:

– Juntas de múltiples pasadas– Alta producción en soldadura de una pasada– Soldadura plana y hasta 15 grados hacia abajo– Buena apariencia del cordon– Facilidad de remoción de escoria– Mínima penetración

Electrodos de Uso General• Son electrodos con una deposición inferior al grupo de

alta deposición pero con una mejor tasa de solidificación. Permite soldar en todas las posiciones. Su recubrimiento posee lima y titania, y en algunos casos, hierro.– Se recomiendan para la soldadura de laminas de menos de 3/16”

de espesor a elevadas velocidades, minimizando incrustaciones de escoria y perforaciones.

– Soldaduras irregulares o cortas que cambian dirección o posición.

– Soldaduras de filete o superpuestas en chapas– Pobre preparación de superficie– Soldadura general en todas las posiciones

Electrodos de Bajo Hidrógeno

• Se recomiendan para juntas que deban cumplir códigos de soldadura y materiales sensibles a agrietamiento por hidrógeno disuelto. Los electrodos de bajo hidrógeno se encuentran distribuidos entre los tres grupos precedentes.

• Características– Soldaduras de calidad de inspección RX– Excelentes propiedades mecánicas– Evitan agrietamiento de aceros de medio y alto carbono– Evitan fractura en caliente de aceros fosforados– Evitan porosidad en aceros con azufre– Minimizan agrietamiento por esfuerzos residuales– Excelentes propiedades de impacto– Minimiza precalentamiento.

Selección del tipo de Electrodo recubierto para una soldadura de

aceros dulces

GrupoNomenclatura delelectrodo

Nomenclatura Bajo Hidrógeno

Rápida solidificación

Exx10, Exx11,Exx22

Alta Deposición

Exx24, Exx27 Exx28

Deposición ysolidificación

Exx14, Exx12,Exx13

Variables Principales del Proceso

• Variables principales del proceso:– Intensidad de Corriente

– Polaridad de Corriente

– Longitud de Arco

– Característica de la máquina

– Tipo de Electrodo

– Diámetro del electrodo

• Intensidad de corriente: El fabricante de electrodos establece en rangos de corriente para cada tipo y diámetro de electrodo.

• La intensidad de corriente mínimamínima, es aquella que permite la fusión de los metales base, el electrodo y el recubrimiento.

• La intensidad de corriente máximamáxima, es aquella que permite el establecimiento del arco sin descomponer el recubrimiento

• Tipo y Polaridad de Corriente: – El proceso de soldadura con electrodo recubierto permite trabajar

tanto con polaridad directa como con polaridad inversa.

– El tipo y polaridad de corriente a utilizar están limitados por la selección del electrodo en función del material y los requerimientos de la junta.

Variables Principales del Proceso• Longitud de Arco: Para las soldaduras en posición, se

prefieren los arcos cortos (son mas eficientes).• Para las soldaduras fuera de posición, es permisible

utilizar longitudes de arco variables a fin de controlar el tamaño de la posa de fusión.

• La longitud de arco es controlada por la destreza del operador, lo que hace este proceso menos competitivo que otros procesos de soldadura por arco

Máquinas de Soldadura utilizadas en el proceso con electrodo recubierto

• Curva característica recomendada: de tipo Corriente constante

• Diámetro del Electrodo: Determina la cantidad de corriente que puede utilizar el electrodo. Un exceso de corriente puede causar la descomposición del recubrimiento, impidiéndole cumplir sus funciones. A mayor diámetro, mayor capacidad de corriente.

• Recomendaciones:– Diámetros Grandes: se utilizan en materiales de elevado espesor y para

incrementar la velocidad de soldadura.

– Diámetros pequeños: se utilizan cuando se requiere controlar el tamaño de la poza de fusión (soldadura fuera de posición)

– Para minimizar los costos del proceso de soldadura, se recomienda utilizar el mayor diámetro posible de electrodo con el que no ocurra una “sobre soldadora”. (exceso de dimensiones del cordón de soldadura)

• Tipo de Electrodo: El tipo de electrodo seleccionado determina: – El mecanismo de protección– Composición química de la junta– Propiedades mecánicas de la junta– Acota intensidad de corriente, polaridad y posiciones de soldadura

que pueden utilizarse

• El tipo de electrodo se selecciona en base a los materiales a unir (y los códigos que norman las soldaduras) y en base a los requerimientos de la Junta (aceros dulces)

Ejemplos de características de electrodos

Ventajas y limitaciones del proceso.

• El equipo de soldadura es relativamente económico.• Es ampliamente utilizado en la fabricación y en los

trabajos de mantenimiento.• Es ampliamente explotado en espesores de 3 a19 mm• Baja Producción, se debe reemplazar los electrodos

limitando el tiempo de arco eléctrico• Portátil (necesita electricidad, pero el equipo es ligero y

fácil de transportar)

(Gas Shielded Arc Welding)

Soldadura por arco protegida a gas

• Definición:– Procesos de soldadura donde la coalescencia se produce

bajo la protección de un gas y el calentamiento de un arco eléctrico establecido entre un electrodo (consumible o no) y las partes a Ser Unidas.

• Clasificación en función del tipo de electrodo:– Proceso GMAW: Electrodo de metal, consumible

– Proceso GTAW : Electrodo de tungsteno, no consumible

Soldadura por Arco metálico y Gas (GMAW)

• Proceso de soldadura por arco eléctrico en el cual la coalescencia se produce debido al calentamiento producido por un arco eléctrico establecido entre un electrodo consumible de alimentación continua y el material de trabajo. La protección de la soldadura se logra mediante la aplicación externa de un gas o mezcla de gases.

• Dependiendo de la naturaleza del gas, el proceso puede clasificarse como:

– Proceso MIG (Gases inertes o sus mezclas)

– Proceso MAG (Gases activos o sus mezclas)

Equipo para la soldadura Mig/Mag.

Bombona de Gas

Regulador de presión

Regulador de Flujo

Alimentador de Electrodo

Carrete de Electrodo

Fuente de poder

Antorcha

Contiene el gas de protección

Conserva constante la presión de gas de la línea

Regula el caudal de la línea de gasRegula la alimentación de electrodo y de gas a la antorcha de soldadura. Es controlado por la intensidad de corriente establecida en la fuente

Almacena el electrodo a utilizar

Genera y conserva el voltaje y corriente requeridos por el proceso

Genera el arco eléctico. Guía el flujo de gas hacia la poza de fusión. Transmite la corriente eléctrica desde la máquina hasta el electrodo

Características de la fuente de poder en el proceso GMAW

Se utilizan fuentes de voltaje constante.

• Esto Garantiza la Regulación automática de la longitud del Arco y por consiguiente de los parámetros de operación (Voltaje, Corriente).

Tipos de Corriente utilizados en la soldadura GMAW

• Corriente Continua:– DC+ (Polaridad inversa, Electrodo positivo)

• Genera un Arco estable

• Genera buena penetración en los metales Base

– DC- (Polaridad Directa, Electrodo negativo)• No es utilizada debido a la inestabilidad del arco.

• Corriente Alterna: – Este tipo de corriente no se utiliza en el proceso

debido a la inestabilidad del arco eléctrico.

Tipos de Transferencia de Metal

–Aspersión(Rocío): el metal se transfiere a la poza de fusión en forma pequeñas gotas de metal de diámetro menor que el electrodo. Posee las siguientes características:

•Sólo se produce en atmósferas de mas de 85% Ar

•Utiliza grandes intensidades de corrientes y electrodos de diámetro Grande.

•Poca penetración, pero es mayor que en electrodo recubierto

•El Arco es Estable

•No produce Salpicaduras

–Globular: el metal se transfiere erráticamente a la poza de fusión en forma de glóbulos de metal de diámetro mayor que el electrodo.

• Ocurren salpicaduras en el cordón

• Se utilizan altas intensidades de corriente

• Se logra gran penetración

• Permite mayor velocidad de soldadura que la transferencia por aspersión

• Se produce en atmósferas de CO2

• Se utiliza en materiales de gran espesor

–Cortocircuito: el metal se transfiere en forma de glóbulos a la poza de fusión durante los instantes en que el electrodo la toca.

• Genera una pobre penetración de los metales base (algunas veces, ninguna)

• Utiliza bajas intensidades de corriente

• Las gotas se forman a una frecuencia superior a las 50 por segundo

• Se utilizan electrodos de poco diámetro

• Se utiliza en materiales de poco espesor.

–Rocío por Arco Pulsado: variación de la transferencia por rocío, utiliza corriente que alterna respecto a la corriente de transición para reducir cantidad de calor disponible para la soldadura.

• Permite soldadura en todas las posiciones con bajas intensidades de corriente promedio

• Se utiliza ampliamente para materiales de bajo espesor.Superpone corriente base con corriente superior a la de transición

–Tensión superficial: variación de la Transferencia por cortocircuito. Se controla la alimentación de corriente para minimizar salpicaduras y maximizar fusión de electrodo

• La Corriente de soldadura se basa en los requerimientos instantaneos del arco

• La Velocidad de alimentación es independiente del control de corriente

Gases utilizados en función del Material

• Gases Inertes: Son utilizados para la soldadura de Aluminio, Magnesio y Aceros Inoxidables– Argón– Helio

• Gases Activos: Son utilizados para la soldaduras de aceros de bajo carbono y aceros de baja aleación. En este caso los electrodos aportan desoxidantes– CO2– O2

Efecto del tipo de Gas sobre el perfil del cordón de soldadura:

Intensidad de Corriente

• Existe una intensidad de corriente llamada “Corriente de transición”– Cuando la intensidad de corriente es inferior a

este límite, la transferencia se logra por cortocircuito

– Cuando la intensidad de corriente es superior a este límite, la transferencia es globular o por aspersión; dependiendo del gas de protección utilizado

Electrodos• Presentación:

– Los electrodos se presentan en carretes de diferentes pesos; entre 30 y 1200 lb

– Los diámetros oscilan entre: 0.6 y 4 mm

• Selección en base a material a soldar y al gas de protección a utilizar

Campo de aplicación de la soldadura Mig/Mag

• Dado que no hay formación de escoria, es excelente para soldaduras de múltiples pasadas.

• Excelente deposición de material. Permite grandes velocidades de soldadura

• Procesos automáticos y semi-automáticos.

• Proceso Versátil y económico

• Es fácil capacitar a los operadores

• Soldadura de materiales ferrosos y no ferrosos de diversos espesores

• Inversión Inicial entre 1000 y 3000 US$

Selección de Parámetros de Soldadura

• La ASME ha establecido procedimientos donde se fijan los parámetros de soldadura en función a:– tipo material a soldar

– tipo de junta– posición de la junta

– espesor de los materiales– proceso de soldadura.

Recomendaciones ASME Soldadura aceros inoxidable serie 300, proceso MIG,

transferencia por rocío

GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)

Proceso de Soldadura por arco eléctrico donde se la coalescencia se logra debido al calor proveniente de un arco eléctrico que

se establece entre un electrodo de tungsteno y las piezas a soldar. La

protección se logra por medio de gas o una mezcla de gases. En este proceso puede o

no utilizarse materiales de aporte

Equipo para la soldadura TIG.

Aporte

Antorcha

Recipiente de Gas

Máquina de soldadura

Cables

Manguera Reguladores de Presión y Flujo

Interruptor de Corriente/Gas

Gases de protección en la soldadura TIG.

• Se utilizan únicamente gases inertes:– Argón

– Helio*

– Mezclas Ar-He*

*... Dificultan el encendido del arco

Tipos de Electrodo

• Se utilizan electrodos no consumibles de tungsteno. Estos pueden ser:– Puro: mínimo costo, máxima contaminación de la junta,

mínima vida util del electrodo.

– Aleados: mejor emisividad de electrones, mínima contaminación, mayor vida útil.

• Torio (DC-)

• Zirconio: (AC)

• Óxido de Cerio: (DC-, AC)

• Óxido de Lantano: (DC, altas corrientes)

Selección de Electrodos en base a su aplicación

Tipo de Electrodo

Tipo de Corriente

Materiales a soldar

Puro AC Al, Mg

2% Cerio s

AC, DC- s

Acero, Inox, Ti, Ni

1% Zirconio s

Al, Mg, a

2% Torio s DC- s

Acero, Inox, Ti, Ni

Selección de Electrodos en base a los materiales a soldar

• Torio (2% ThO2): Excelente Resistencia a contaminación, máxima facilidad de inicio de arco, máxima estabilidad de arco. Soldadura DC de aceros inoxidables, al carbono, aleaciones de nickel y titanio.

• Puros (99.5% W): Forma una punta esférica ideal para la soldadura AC. Es difícil de iniciar el arco en DC. Contamina fácilmente la poza de fusión, mínimo costo. Soldadura AC de aleaciones de Aluminio y Magnesio

• Ceriados (2% CeO2) :. El electrodo no es radioactivo como el torio. Máxima vida útil AC o DC. Soldadura DC de aceros inoxidables, al carbono, aleaciones de nickel y titanio.

• Lantanados (2% La2O3): Desempeño ligeramente inferior a los electrodos Ceriados (arco menos estable). Soldadura DC de aceros inoxidables, al carbono, aleaciones de nickel y titanio

• Zirconio (ZrO2) :. Características medias entre los electrodos toriados y los electrodos puros. Se recomiendan como primera opción para la soldadura AC, pues proveen estabilidad de arco y esferoidización de la punta (electrodo puro) junto con capacidad de corriente, facilidad de encendido de arco y resistencia a contaminación (electrodo de torio). Soldadura AC de aluminio y sus aleaciones, Mg y sus aleaciones.

Rectificación de corriente y estabilización del Arco eléctrico

• A las temperaturas de trabajo, el tungsteno es mucho mejor emisor de electrones que los metales base, esto, ocasiona:– Capacidades de corriente diferentes según la

polaridad (mayores para DC-)

– Dificultad para el flujo de corriente durante el semi ciclo de polaridad inversa. Onda de corriente se desbalanceada (AC), puede llegar a rectificarse.

Máquina eléctrica• Se utilizan fuentes de corriente constante.

• La soldadura puede ser DC- o AC

• Para la soldadura AC, es obligatorio el uso de un generador de alta frecuencia. Este elemento:– Balancea la onda de corriente, estabilizando el arco y

eliminando el potencial de rectificación de corriente

– Permite encender el arco sin tocar las piezas (mínimiza contaminación).

Selección de polaridad de soldadura en el proceso TIG

• DC-: Aceros, hierro fundido

• DC+: No se utiliza

• AC: Aluminio, Magnesio y sus Aleaciones. Posee acción limpiante de óxidos sobre estos materiales.

• La soldadura AC permite incorporar la acción limpiante de la polaridad inversa (DC+) junto a la capacidad de corriente de los electrodos en polaridad directa

Materiales de Aporte:

• Se utiliza un material similar a los metales que se van a unir. Con frecuencia, contienen agentes desoxidantes para garantizar la calidad de la soldadura. Los metales de aporte se utilizan en forma de varillas de 36 plg de longitud para la soldadura manual y rollos de material para la soldadura automática

Campo de aplicación de la soldadura TIG

• Soldadura de todo tipo de metales fundibles por arco eléctrico.

• No es económica para materiales de gran espesor (poca velocidad, costo elevado de gases), esto la orienta hacia la soldadura de materiales de poco espesor.

• Soldaduras que requieran Gran calidad. No ocurren salpicaduras ni es necesaria la eliminación de Fundentes.

• Procesos manuales o automáticos.

• Especialmente recomendado para soldadura de aluminio, magnesio, titanio y sus aleaciones.

Soldadura arco sumergido (SAW).

Proceso de soldadura por fusión donde el calentamiento se proviene del arco eléctrico que se establece

entre un electrodo de metal desnudo y la pieza de trabajo. El proceso es protegido por un capa de material

granular fusible que se deposita sobre la pieza de trabajo

Equipo para la soldadura arco sumergido.

Propiedades de los Fundentes:

• En estado sólido son aislantes eléctricos. En estado líquido son excelentes conductores de corriente.

• Estan compuestos de minerales que produzcan poco o ningún gas durante el proceso.

• El fundente puede ser depositado manual o automáticamente

• El fundente no fundido es reciclable.

• Concentran el calor del metal fundido en un área estrecha. Esto mejora la penetración de la soldadura.

Funciones de los Fundentes:

• Protegen la poza de fusión del medio ambiente

• Sirve como agente limpiante del metal base

• Modifica la composición química de la junta soldada

• Influencia la forma y penetración del cordón.

• Controlan la velocidad de enfriamiento del cordón de soldadura.

Campo de aplicación de la soldadura arco sumergido

• Aceros de bajo y medio carbono

• Dado que la protección de la junta se hace mediante polvos Fundentes, la misma está limitada a posiciones plana, y en algunos casos, horizontal.

• Soldadura a altas velocidades de planchas de gran espesor. Gran producción

• La operación es automática.

• Pueden utilizarse varios arcos simultáneamente a fin de incrementar la producción

RW: Soldadura por resistencia eléctrica

• Proceso de soldadura por resistencia.• Ejemplos de Soldaduras por resistencia eléctrica• Principio de Funcionamiento del proceso: Resistencias• Soldadura por puntos

– Definición– Equipos para la soldadura por puntos

• Ciclo de soldadura y función– Presión– Espera– Aplicación de Corriente– Espera– Eliminación de Presión

• Variables e influencia sobre el proceso (intensidad, presión)• Definición y Equipo para la soldadura por costura• Definición y Equipo para la soldadura por proyección

Soldadura por resistencia eléctrica

Son aquellos procesos de soldadura donde la fusión en las juntas se genera gracias al calentamiento que es consecuencia de la

resistencia de la junta al flujo de altas intensidades de corriente a través de ella. Siempre se aplica presión antes, durante y

después de la aplicación de corriente

Ejemplos de Soldaduras por resistencia eléctrica

• Carrocerías de automóviles• Uniones solapadas de chapas de poco

espesor (calentadores de agua)

Principio de soldadura por puntos

El paso de corriente a través de una resistencia eléctrica genera calor en una magnitud proporcional a la resistencia y al cuadrado de la intensidad de corriente

El circuito de soldadura por resistencia eléctrica

Resistencia de contacto 1

Resistencia de conducción 1

Resistencia de contacto Interfaz

El Circuito de soldadura por resistencia eléctrica

Resistencia de contacto Interfaz

Soldadura por puntos

•En este tipo de soldadura se aplica presión mediante dos electrodos cilíndricos opuestos que actúan sobre dos miembros solapados. La fusión puede iniciarse y ocurrir en las superficies adyacentes o puede proceder desde una superficie de uno de los miembros. La sección transversal del punto de soldadura es aproximadamente circular.

•Este tipo de soldadura puede realizarse con electrodos cilíndricos o electrodos en forma de disco.

•En la soldadura por puntos, los electrodos son retraidos al concluir cada soldadura.

Ciclo de soldadura por resistencia eléctrica

El ciclo de soldadura por resistencia eléctrica consiste en:– Intervalo de apriete: los electrodos aplican presión a las partes a unir

ANTES de que se aplique la corriente. Durante este intervalo de tiempo se distribuye la presión en los materiales a soldar.

– Intervalo de soldadura: Intervalo de tiempo durante el que se aplica la corriente de soldadura SIN eliminar la presión

– Intervalo de Sujeción: Intervalo de tiempo en que se conserva la Fuerza sobre las piezas a Unir una vez concluida la aplicación de corriente. Esta presión se requiere para garantizar una solidificación apropiada de los puntos de soldadura

– Intervalo “Apagado”: Intervalo de tiempo que los electrodos NO están en contacto con las piezas... Se aplica en soldaduras repetitivas.

Funciones de la presión de sujeción

• Establece el contacto entre las partes a soldar

• Reduce la resistencia de contacto inicial entre las interfaces de las piezas y de las piezas con los electrodos

• Permite el uso de corrientes mas elevadas en el secundario del transformador

• Reduce la porosidad y el agrietamiento interno del punto.

•Permite la solidificación de la pepita de soldadura

Un exceso de presión puede ser responsable de la identación del electrodo en los metales de trabajo, desmejorando la apariencia del producto final.

Durante la solidificación, es normal que se requiera elevar la presión a niveles del doble o triple de la presión durante la soldadura. Esto se logra mediante la utilización de máquinas multi fuerza. Depende del metal, y de su espesor

Funciones de la corriente

•Calentamiento y fusión del material

•Forma de aplicación

– Un impulso (con o sin pendientes de precalentamiento y post calentamiento)

– Múltiples impulsos (precalentamiento, soldadura, temple-revenido, refinado; múltiples pulsos de soldadura... Calentamiento lento).

Funciones de los electrodos• Conducen la corriente a la zona de soldadura y determinan la densidad

de corriente en ella

• Transmiten y determinan la presión en el área de soldadura

• Disipan calor de la zona de soldadura, evitando la fusión del electrodo a la pieza de trabajo. Adicionalmente, contribuyen al balance de energía en la soldadura

• Mantienen la alineación de las partes y frecuentemente sirven para alinearlas.

• Una ventaja de que los electrodos sean mas blandos que las piezas a soldar, es que la deformación en la interfaz electrodo-pieza es mayor, reduciendo la magnitud de esta resistencia de contacto y favoreciendo la localización del punto de soldadura en la interfaz metal-metal

Equipo para la soldadura por rodillos

Definición y Equipo para la soldadura por rodillos

Existen dos formas en que se puede efectuar la soldadura por costura con rodillos:

Soldadura por puntos: Similar al anterior, pero los electrodos son los rodillos

Por costura:

• Los rodillos giran a una velocidad consistente con el trabajo (traccionan los metales a unir) y se interrumpe la corriente

• El Avance de los rodillos se interrumpe para la aplicación de corriente y la solidificación de las zona de fusión

Cuando se efectúa la soldadura por costura, se acostumbra utilizar fuentes que interrumpan la corriente, pues esto permite:

• Controlar el calor obtenido

• Solidificar el metal fundido a presión

• reducir deformación de los ensamblajes

• reducir defectos de soldadura

La única soldadura de costura donde no se requiere un interruptor so las que se hacen a una velocidad tan alta que la frecuencia del circuito eléctrico sirva como interruptor.

En la soldadura de láminas de alto espesor, o donde se requieran ciclos de calentamiento, la soldadura se efectúa de manera intermitente.

• Entre los ejemplos de piezas realizadas por soldadura por rodillos se encuentran:– Tanques de gasolina

– Silenciadores

– Recipientes herméticos

Equipo para la soldadura por proyección

Soldadura por proyección

Es un proceso de soldadura por resistencia donde la coalescencia se produce por el calentamiento obtenido de la resistencia al flujo de corriente a través de partes sujetas juntas bajo la presión de los electrodos. Las soldaduras resultantes están localizadas en puntos predeterminados por el diseño de las partes a ser soldadas. Esta localización usualmente se logra a través de proyecciones, intersecciones o relieves.

Funciones de las proyecciones:– Pre establecer los puntos de contacto, presión y paso de corriente.

– En las proyecciones se desarrolla mayor cantidad de calor (aplicar a mayor espesor, mayor conductividad)

– Se pueden utilizar electrodos mas grandes que apliquen mayores presiones sin marcar las piezas

Este tipo de soldadura requiere menos corriente “por punto” que la soldadura por puntos.

Soldadura por proyecciónVentajas:

– Balance de calor en soldaduras de combinaciones de espesor o materiales– Resultados mas uniformes en muchas aplicaciones– Mayor producción (múltiples puntos simultáneos)– Mayor vida de electrodos (en general son planos)– Los puntos pueden distribuirse mas cercanos– Agiliza el ensamblaje de partes– Mejora apariencia final– Permite unir piezas que no puedan ser soldadas por puntos.

Ejemplos:– Tuercas y tornillos sobre chapas delgadas– Ensambles de Chapas Estampadas.

Requerimientos de las proyecciones en chapas de metal:– Debe ser lo suficientemente rígido para soportar el

intervalo de sujeción

– Debe poseer suficiente masa para fundir la otra pieza antes de colapsar

– Debe colapsar sin salpicar metal entre las partes. La separación entre las piezas soldadas debe ser mínima

– No pueden ser parcialmente cortada, pues pueden ser débiles y fácilmente fracturables

– No debe distorsionar la pieza durante el formado

Aspectos Gerenciales de la Soldadura

Defectos en uniones soldadas

• Clasificación de defectos en Uniones Soldadas:– Dimensionales:– Microestructurales– Propiedades defectuosas

Discrepancias dimensionales

Se considera una discrepancia dimensional, cuando el ensamble soldado o la junta soldada posee dimensiones diferentes a las especificadas en los planos. Cuando estos defectos ocurren, deben ser reparados

• Distorsión: las piezas se deforman como consecuencia de los esfuerzos residuales del proceso de soldadura.

Puede corregirse utilizando Soportes apropiados, pre formado o con una secuencia de soldadura diferente. Depende del espesor a soldar.

• Preparación incorrecta de junta: Ocurre cuando el borde no es preparado según las especificaciones del procedimiento de soldadura.

Cuando la preparación no es acorde al espesor del material a soldar se incrementa la tendencia a formar discontinuidades estructurales

• Desalineación: Es la distancia entre los centros de dos piezas soldadas a tope.

• Tamaño del cordón: El tamaño del cordón de soldadura es diferente al especificado.

• En las soldaduras de filete, se mide como el cateto del triángulo isósceles más grande que puede inscribirse en el cordón.

• En las juntas de penetración, se mide como la profundidad del chaflán más la penetración de la raiz.

• Perfil del cordón: La geometría del cordón es inaceptable

Discontinuidades Microestructurales

• Son todas las discontinuidades en la matriz del cordón de soldadura. Afectan sensiblemente el desempeño de la junta sometida a cargas externas.

• Porosidad: Son burbujas de gas o cavidades sin material sólido en la estructura del cordón de soldadura. Se forman al reducirse la solubilidad de los gases en el metal líquido durante la solidificación

• Grietas: Son fracturas del material debido a los esfuerzos.

• En Caliente: Ocurre a elevadas temperaturas al concluir la solidificación, debido a los esfuerzos por enfriamiento y cambio de volumen. Es intergranular y constituye la gran mayoría de las grietas en la soldadura. Puede ocurrir tanto en los metales base como en el cordón de soldadura

• En frío: Ocurre frecuentemente en los aceros cuando estos llegan a temperatura ambiente. Es una fractura transgranular y se forma en la ZAC.

TalónLongitudinal

Transversal

Bajo el cordón

• Inclusiones no metálicas: son todos los óxidos y sólidos no metálicos mezclados con el cordón de soldadura o entre el cordón y el metal base.

• Inclusiones de tungsteno: Son partículas de tungsteno transmitida al material durante el proceso TIG por contacto entre el electrodo y la poza de fusión

• Fusión incompleta: Es cuando el proceso no logra fundir capas adyacentes de metal soldado (cordón) o capas adyacentes entre el metal base y el metal soldado.

Propiedades Defectuosas

• Son todas aquellas juntas en las cuales el metal base o el cordón de soldadura no cumple con las propiedades químicas o mecánicas especificadas.– Resistencia a tracción

– Resistencia a impacto

– Composición química

– Resistencia a corrosión

– etc.

Metodos de Inspección de uniones soldadas

• Métodos de Inspección:– Visuales– Ultrasonido– Rayos X

Técnicas de Inspección Visual

• Es uno de los métodos de inspección mas utilizados por su bajo costo, rapidez y facilidad de aplicación. En soldaduras no críticas, es casi el único utilizado.

• Permite la detección de discrepancias dimensionales y de algunos defectos superficiales

• La Inspección visual básica se hace midiendo la dimensiones y alineación de la piezas y su preparación antes, durante y despues del proceso de soldadura.

Técnicas de Inspección Visual

• Líquidos penetrantes: Este ensayo no destructivo se utiliza para localizar pequeñas discontinuidades que se extiendan hasta la superficie del metal.

• Principio: Se aplica un líquido penetrante, se le deja penetrar, se limpia el exceso de penetrante y se utiliza un revelador que hace que el defecto sea apreciable a simple vista.

Detección por ultrasonido:

• Descripción: esta técnica utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para detectar, ubicar y ayudar a medir discontinuidades en una soldadura.

• Principio de detección: al aplicar una onda al material a inspeccionar la onda se transmitirá a través del material atenuandose paulatinamente. Sin embargo, si existe un cambio o una interfaz en el interior del medio, ocurrirá una reflexión de la onda, que será captada por los transductores indicando la existencia y ubicación del defecto.

• Detección de Defectos: Se considera que se encuentra un defecto cuando el transductor recibe la reflexión de una onda no esperada.

• Ubicación del defecto: La distancia desde la superficie es indicada por el transductor, basado en: dirección de la onda, tiempo entre la emisión y la recepción de la respuesta.

• Evaluación del defecto: Dependiendo de las exigencias de la junta en estudio, se puede requerir la aplicación de otros método de inspección, tanto no destructivo (Rx) como destructivos para determinar el tipo de defecto y si puede ser aceptado o no (ejemplo: algunas veces la porosidad es permisible. En ningún caso las fracturas son aceptadas). Antes de efectuar un ensayo destructivo, se debe determinar la magnitud (extensión) del defecto, lo cual puede hacerse con esta técnica.

• Defectos detectados por ultrasonido– Interfaz metal – metal

– Inclusiones no metálicas

– Interfaz metal - gas

Inspección por radiografías

• Principio: La técnica utiliza Radiaciones de ondacorta: Rx o R gamma para penetrar un material opaco a la luz común y registrar en una pantalla el espectro que logra atravesar el medio

• Aplicación: Esta técnica permite mostrar la presencia y naturaleza de las discontinuidades en el interior de las uniones soldadas.

• Las porosidades, grietas e inclusiones, cambian la atenuación de la onda en el material, reflejandose en la película utilizada para reflejar el interior del medio.

Soldadura por Arco Eléctrico · rápidamente. Se recomiendan para la soldadura en todas las...

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