Curso Calculo de Los Costos de Soldaduras

Calculo de los Costos, Factores Económicos y de Productividad en la Soldadura.

J. A. A.

Calculo de los Costos,

Factores Económico y deProductividad en la Soldadura .

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Recopilado por Juan Antonio Alonso


J. A. A.



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INDICE

1.- LA ESTIMACIÓN DE COSTOS: 1

2.- ELEMENTOS DE LA ESTIMACIÓN DE LOS COSTOS 22.1.- Costos de Fabricación: 2

3.- COSTOS DE SOLDADURA: 33.1.- Elementos de los costos de Soldadura: 43.2.- Costos de la Mano de Obra: 43.3.- Costos de los Materiales: 53.4.- Gastos Generales: 5

4.- PUNTOS DE VISTA SOBRE LOS COSTOS DE SOLDADURA: 64.1. La toma de decisiones: 74.2. Niveles de concientización de los costos: 8

4.2.1. Nivel de gerencia: 84.2.2. Nivel de aplicación: 84.2.3. Nivel del Especialista: 8

4.3. Aproximación a los costos desoldadura: 94.3.1. Actitud general: 94.3.2. Mano de obra: 104.3.3. Proceso: 104,3.4. Organización: 104.3.5. Conocimiento: 104.3.6. Construcción: 10

4.4. Datos necesarios al nivel de gerencia: 114.4.1. Determinación del Estatuó Quo: 114.4.2. Aspectos de la producción: 124.4.3. Producto/Mano de obra/Situación en el mercado: 174.4.4. Definición de las metas: 204.4.5. Pasos a seguir para llegar a las conclusiones finales: 204.4.6. Conclusiones finales: 22

4.5. Datos necesarios al nivel de aplicación: 23


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4.5.1. Costos de soldadura aproximados: 234.5.2. Posición de la soldadura en los diferentes sectores industriales: 234.5.3. Tasa de deposición: 244.5.4. Ciclo de trabajo: 254.5.5. Consideraciones generales: 25

4.6. Datos necesarios al nivel del especialista: 26

5.- MÉTODOS PARA DETERMINAR CON PRECISIÓN LOS COSTES DE SOLDEO.5.1. Factor de Operación: 265.2. Costes de la Mano de Obra: 275.3. Datos Normalizados: 285.4. Costas de los Materiales: 305.5. Gastos Generales: 34

6.- ASPECTOS ECONÓMICO EN LA SOLDADURA POR ARCO: 346.1. Diseño de las Uniones Soldadas: 346.2. Operaciones durante la Fabricación por Soldadura: 366.3. Procedimiento de Soldadura: 366.4. Operaciones de Preparación de la Producción.: 37

7.- OTRAS FORMULAS PARA EL CALCULO DE COSTES Y EJEMPLOS: 37

8.- ASPECTOS ECONÓMICO EN EL SOLDEO AUTOMATIZADO Y CON ROBOTS.8.1. Estimación de los Volúmenes do Producción: 398.2. Geometría de la Pieza: 408.3. Ambiente del Lugar de Trabajo: 408.4. Exactitud de las Piezas: 418.5. Manejo de los Materiales: 418.6. Seguridad.: 418.7. Rendimiento de Deposición: 418.8. Factor de Operación: 428.9. Diseño de la Unión: 428.10. Factor General de Mejora: 438.11. Operaciones Combinadas: 438.12. Costes de Instalación: 438.13. Selección del Equipo y Herramientas: 43

APÉNDICE: 44

Ejemplos: 44

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICA: 50

Î: Programa y material originalment elaborado por “CESOL” (Asociación Española de Soldaduray Tecnologías de Unión).


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1.- La Estimación de Costos.

La estimación de los costos es una predicción de los gastos que puede suponer la fabricaciónde un producto. En esta estimación se pueden incluir solamente los costos de fabricación, aunquenormalmente se añaden otros elementos a los costos de fabricación para obtener el precio de venta,como son: gastos de administración, de manejo, de almacenaje y los beneficios. Los gastosadicionales a los costos de fabricación se les denomina generalmente “gastos generales” o “gastosde administración”.

La estimación de costos es diferente del costo contable, ya que supone una predicción oanálisis de todos los factores involucrados en la producción de un determinado producto. El costocontable es el registro, análisis e interpretación de los datos históricos sobre dinero y horas utilizadaspara fabricar un producto determinado bajo condiciones establecidas en un tiempo dado. El costocontable representa para la dirección la efectividad de la producción, mientras que la estimación decostos predice los costos probables para fabricar nuevos productos o adoptar nuevos procesos yoperaciones.

Algunos de los propósitos y aplicaciones de la estimación de costos son los siguientes:

L Proporcionar información que pueda ser utilizada durante la determinación del precio de ventaen ofertas o evaluación de contratos.

L Conocer si un determinado producto puede fabricarse y comercializarse, con beneficio,considerando los precios existentes y la competencia futura.

L Reunir datos para tomar decisiones, esto es: determinar que partes o conjuntos pueden fabricarseo ser compradas a un fabricante más barato.

L Determinar el valor de la inversión en herramientas y equipos para fabricar un producto ocomponente por uno u otro proceso.

L Conocer los mejores y más económicos métodos, procesos y materiales para la fabricación de unproducto.


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L Establecer la base de un programa de reducción de costos, indicando los ahorros conseguidos oque pueden alcanzarse cambiando los métodos o procesos.

L Predeterminar normas de fabricación que pueden emplearse desde el inicio de la fabricación parael control de los costos de operación.

L Predecir el efecto de los cambios en el volumen de producción sobre los beneficios futuros, porla introducción de métodos automáticos, mecanizados u otras mejoras adecuadas a la fabricación enserie.

En el caso de nuevos productos, los datos estimados deben incluir la planificación inicial yformal del proceso, que posteriormente pueda ser la base de lo siguiente:

L Establecimiento de los requisitos del personal para cumplir los programas de trabajo futuro.

L Predecir necesidades de material a lo largo de la duración de un contrato.

L Establecer el programa general para cumplir los objetivos de la empresa.

L Especificar el equipo, maquinas y demás factores necesarios para la fabricación de un productoen el tiempo y cantidades requeridas.

2.- Elementos de la Estimación de Costos.

Todos los elementos que originen un gasto deben ser tenidos en cuenta a la hora de establecerel precio de venta. Los gastos generales y de administración, así como el beneficio, deben añadirsea los costos de fabricación. El departamento de contabilidad es el que establece, normalmente, losgastos generales y de administración y la dirección la que establece el beneficio. Solo los costos defabricación son los que tienen interés para la persona que tiene que estimar los costos.

2.1.- Costos de Fabricación.

Estos costos incluyen los materiales utilizados, mano de obra necesaria, pequeñasherramientas, accesorios y el conjunto de útiles necesarios para el desarrollo de esta tarea, así comolos gastos generales de la empresa. En el caso de las uniones soldadas también se incluyen los costosde soldadura, así como los costos de su preparación.

Los materiales utilizados son elementos que forman parte del producto acabado y puedenser, de forma fácil y barata, relacionados con el producto en términos de unidades de material porproducto fabricado. También están aquí incluidos los materiales consumidos durante la fabricación,cuando el costo por unidad pueda ser estimado con precisión.

La mano de obra es el trabajo realmente efectuado durante la fabricación de un productocargandose directamente al mismo. Pueden incluir la mano de obra de la inspección.

Las pequeñas herramientas, accesorios y el conjunto de útiles, son elementos necesarios


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durante el proceso de fabricación, que implican un gasto y deben cargarse al producto.

Los gastos generales consisten en toda la mano de obra indirecta, materiales y otros gastosde fabricación indirectos que no es fácil adjudicar a un producto directamente, instalaciones,equipamientos, energía, aire y servicios de fabricación, tales como mantenimiento, forman parte deestos costos. Una parte de los costos generales puede ser fija y el resto variar con la tasa deproducción (número de piezas por unidad de tiempo).

3.- Costos de Soldadura.

Las bases para estimar los costos de soldadura han sido, históricamente, una evolución enla recolección de datos y su adaptación para establecer con precisión los límites económicos de unadeterminada operación. El recoger y evaluar datos es una tarea costosa y monótona. Con laproliferación de ordenadores o computadoras y sus programas de aplicación, análisis rápidos yadecuados de muchas de las variables operativas pueden efectuarse fácilmente. Las variablesnormalmente consideradas para obtener los costos de soldadura son las siguientes:

L Electrodo, alambre o varilla (tipo y diámetro).

L Rendimiento de deposición.

L Tipo de unión.

L Tipo de soldadura.

L Medida de la soldadura.

L Tipo de protección.

L Caudal del gas de protección.

L Consumo del fundente.

L Corriente de soldadura.

L Tensión del arco.

L Tiempo de la soldadura.

L Factor de operación

L Costo de la mano de obra.

L Gastos generales.

L Costo del material de aporte.


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L Costo del gas de protección.

L Costo del fundente.

L Costo de la energía eléctrica.

L Costo de la preparación de bordes.

L Costo del posicionado.

L Costo del acabado de la soldadura.

L Costos de la inspección.

3.1.- Elementos de los Costos de Soldadura.

Todos los sistemas de costos incluyen los mismos elementos básicos: mano de obra,materiales y gastos generales. Para obtener el costo durante la soldadura, el tiempo requerido paraefectuarla se utiliza para determinar el costo de la mano de obra, al cual se le añade los costos demateriales y los generales.

El procedimiento de soldadura es el punto inicial para la estimación de sus costos. Elprocedimiento define las variables y facilita una base para su repetitividad y consistencia durante laproducción. El procedimiento de soldadura facilita los datos básicos necesarios para calcular el costode la soldadura.

3.2.- Costos de la Mano de Obra.

Estos costos se basan en el tiempo necesario para efectuar todos los pasos requeridos durantela fabricación de un conjunto soldado. Estos tiempos pueden agruparse en: tiempo de arco, tiempode manejo y tiempos varios.

El tiempo de arco depende de factores controlados por la fuente de energía y asociados alequipamiento disponible, tales como: la velocidad de alimentación del consumible (manual omecanizada), tensión de arco, corriente de soldadura, velocidad del trabajo (de desplazamiento), tipode corriente y polaridad. Hay muchas variables independientes que afectan a la velocidad a la cualse realiza la soldadura, como son: proceso de soldadura, diseño de la unión, medida de la soldadura,tipo y medida del electrodo y posición de soldadura.

El tiempo de manejo incluye todas las actividades en el sitio de trabajo, como son:recolección de piezas, situación de las piezas en los correspondientes dispositivos, el amarre yposicionamiento de las piezas antes y durante la soldadura y, finalmente, retirada del conjuntosoldado. El tiempo de manejo puede calcularse con precisión sólo en aquellas operaciones que sonrepetitivas. Las variaciones del tiempo de manejo cuando no son repetitivas, deben incluirse entiempos varios.

Los tiempos varios incluyen aquellas actividades no repetitivas que son difíciles de medir,


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pero que suponen un costo. En estos tiempos se incluyen tareas tales como: marcado, aplicación deproductos anti-salpicaduras, punteado de las chapas testigo, colocación de placas soporte,movimientos para posicionar el conjunto entre pasadas y cualquier variable de tiempo que no estedirectamente involucrada en la realización de la soldadura.

3.3.- Costos de los Materiales.

Estos costos cubren aquellos materiales que se consumen en el sitio de trabajo mientras seefectúa la soldadura. En aquellos procesos en los que se deposita material de aportación, la cantidadde metal depositado puede ser la base adecuada para determinar los costos de materiales. Estoscostos reflejarán el rendimiento de deposición, que es la relación entre el peso del metal de soldaduradepositado y el peso del consumible empleado. El rendimiento de deposición disminuye comoresultado de perdidas, tales como: colillas o puntas de electrodos, vaporización de metales en el arco,transformación en escoria de algunos componentes de los alambres tubulares, salpicaduras, etc.Como orientación se dan, a continuación, rendimientos de deposición típicos para diferenteselectrodos y procesos:

TABLA: 1.

Tipo de metal de aportey proceso.

Rendimiento dedeposición en %

Electrodos revestidos (*)

350 mm de longitud 450 mm de longitud 700 mm de longitud

55 al 7560 al 8565 al 85

Alambre macizo desnudo Arco sumergido MAG/MIG Electroescoria TIG

90 al 9985 al 9595 al 9995 al 99

Alambre tubular 85 al 95

(*) En el caso de los electrodos revestidos, estos valores dependerán mucho del tipo derevestimiento, ejemplo: celulósico, rutílico y básico; y de la cantidad de polvo de hierro quecontengan en el revestimiento.

3.4.- Gastos Generales.

En este apartado se incluyen los costos de diferentes partidas o actividades, en el taller o enla oficina, que no puedan asignarse directamente a una determinada operación de soldadura. Estoscostos se distribuyen mediante prorrateo entre todos los trabajos efectuados por el taller odepartamento. Normalmente, los factores a considerar para la determinación de estos costos son:

L Salarios de directores, ingenieros, supervisores, inspectores, personal de mantenimiento y otrosque no puedan cargarse directamente a un trabajo de soldadura especifico.


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L Beneficios indirectos de los empleados, tales como primas de seguros médicos y de vida,contribuciones a la seguridad social y fondos de pensión o jubilatorios, etc.

L Alquiler y depreciación del taller y de las instalaciones.

L Depreciación o costos de alquiler del equipamiento, incluyendo máquinas de soldadura, equiposde manejo, grúas y cualquier otro equipo que no se cargue directamente a un trabajo especifico desoldadura.

L Costos de mantenimiento de los edificios, terrenos, etc.

L Impuestos sobre el taller, bienes inmuebles, equipamiento y la nómina.

L Calefacción o aire acondicionado, luz, agua, energía y otras infraestructuras necesarias para elfuncionamiento de los talleres y oficinas.

L Equipo de seguridad y contraincendios.

L Departamentos complementarios, tales como: laboratorios químicos, metalúrgicos y deprocesamiento de datos.

En todas las empresas existe algún sistema para determinar sus gastos generales. Laasignación de estos gastos es normalmente una función del departamento de contabilidad, pero sudistribución puede variar en función del sistema que se utilice. Un sistema normalmente empleadoprorratea los gastos generales de acuerdo con la mano de obra directa, la cual debe ser entoncesestablecida con precisión, este sistema es practico y aplicable a talleres con elevada carga de trabajo.En los casos en que se utilice la mecanización y robotización, los gastos generales pueden serasignados en función de la calidad del metal de soldadura depositado, la velocidad de soldadura osobre cada conjunto soldado.

4.- Puntos de Vista Sobre los Costos de Soldadura.

Los productos manufacturados tienen, generalmente, un tiempo de entrega corto, un bajoprecio y la calidad requerida por el mercado. El resultado es un nivel de beneficios razonable queaseguran la continuidad de las industrias. Como resultado de las continuas innovaciones en el campode materiales y las mejoras en los métodos de producción, las pequeñas y medianas empresas,especialmente, tienen que afrontar una fuerte competencia. En general, no suele haber tiempodisponible para la mejora y puesta al día de la información y de la capacidad personal, por ejemplo:mediante cursos de reciclaje. Lo anterior, muy a menudo, supone limitaciones en el momento desolucionar problemas, lo que resulta en una suboptimización o, lo que algunas veces es aún peor, entener que dejar de trabajar por perderse la competitividad. Como la soldadura es una actividadimportante en el contexto de la industria de metal-mecánica, es necesario considerarle tanto endetalle como de forma global para comprender los costos que conlleva.


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4.1.- La Toma de Decisiones.

Uno de los aspectos más curiosos de la soldadura es como se produce la toma de decisionesen un taller. Veremos algunos que en este proceso tiene muy poca influencia el personal realmentecompetente para tomar decisiones detalladas. Esto, por supuesto, es tan esencial que loexaminaremos cuidadosamente.

¿Cuándo se generan los costos de la soldadura? La respuesta es durante las actividadesanteriores a la soldadura, es decir durante el diseño de la construcción, durante el dibujo de cada unade las piezas individualmente y durante el tiempo dedicado a la preparación del trabajo, todo lo cualdepende, a su vez, de la organización general de la empresa

Podemos decir que: los costos de producción se generan en unas fases que no tienen nada quever con la producción en sí, mientras que los costos se producen en fases posteriores, cuando ya,generalmente, nada se puede cambiar.

Traspasemos esta situación a la soldadura y añadamos el conocimiento básico de estatecnología por las personas con él relacionadas. En la figura ha seguir demuestra que la mayorinfluencia sobre la producción (soldada) está en el área donde las personas sólo tienen pocosconocimientos de soldadura. Según disminuye la influencia en la toma de decisiones el conocimientoespecifico aumenta.

La conclusión es evidente: hay que mejorar los conocimientos sobre soldadura a losniveles más altos de toma de decisiones. No hay que llegar a hacerles grandes expertos, pero siconseguir que a ese nivel exista la suficiente sensibilidad sobre lo que es la soldadura para la tomade decisiones correctas.

Figura 1


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Lo anterior, por supuesto, no siempre se puede aplicar a todas las industrias. Las empresasgrandes tienen, generalmente, personal calificado suficientemente para todos los niveles de toma dedecisiones.. Pero en empresas pequeñas las actividades indicadas como “EXTERNAS” suelen serfacilitadas por otras empresas, lo que puede crear aún mayores problemas

4.2.- Niveles de Concientización.

Como hemos visto, es necesario un replanteo de los costos de soldadura, relacionándolos conel nivel de toma de decisión de las personas involucradas. Podemos diferenciar tres niveles deconcientización de los costos:

Nivel de Gerencia: directores, departamento de ingeniería, sala de dibujo, etc.Nivel de Aplicación: preparación del trabajo, encargados o supervisores generales.Nivel de Especialistas: todo personal experto en soldadura, supervisores, encargados de soldaduray soldadores

4.2.1.- Nivel de Gerencia

La gerencia se concentra en entender las áreas problemáticas de los costos de soldadura. Noes necesario conocer todas las dificultades de la soldadura y sus costos. A este nivel se trabaja condatos generales, los cuales se pueden obtener de una producción-administración normal. La gerenciano da respuesta al tipo de electrodo que se debe usar, ni el efecto que tenga un tipo de alambre o degas de protección. La gerencia sin embargo, tiene tareas muy importantes en cualquier organización:Hacer que el personal se concientice de los efectos que tendrá cualquier cambio en el procesode soldadura. Hacer que el personal se de cuenta de que la soldaduras es un factor importantede la producción. Enseñarle al personal que un cambio pequeño en el diseño puede causarmuchos problemas ($$$$$) durante la soldadura

4.2.2.- Nivel de Aplicación.

Aquí ya se entra más en detalle, si lo comparamos con el apartado anterior, pero no esfinancieramente lo suficientemente detallado para satisfacer las necesidades de los expertos. A estenivel, sin embargo, se deben conocer los efectos de las posiciones de soldadura y de las secuenciasde fabricación, por ejemplo. Generalmente, las decisiones que se tomen se refieren a inversiones paranuevos medios de producción, equipos de soldadura, manipuladores, viradores, etc. Aquí, se debefacilitar el suficiente material para ejecutar las tareas rápida y fácilmente

4.2.3.- Nivel de Especialista.

Conocer detalladamente los costos de soldadura es relativamente sencillo, si se ve solamentedesde el lado de su cálculo, pero muy complicado si se fija en la cantidad de factores que senecesitan para ejecutar un trabajo. No obstante, este es el mundo del experto en soldadura, de laspersonas que saben sobre la soldadura, a las que la asistencia de personas con experiencia prácticapuede ser muy beneficiosa. Para este grupo de personas los métodos de cálculo detallados son másimportantes que los datos generales, sin embargo……demostrarle a un soldador la influencia que


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tienen sólo algunos amperios de más o de menos puede ser asombroso, pero siempre significativo.

4.3.- Aproximación a los Costos de Soldadura.

4.3.1.- Actitud General.

Los costos de soldadura se deben considerar como en la formula (1): Los costos de soldadurapor peso de producto es un factor desconocido, los otros dos términos de la ecuación son mejorconocidos por el gerente. El podrá conocer estos datos de publicaciones, de su departamento decontabilidad o de su competidor. No obstante, apenas dicen algo sobre soldadura en si. Así quedividiremos la formula un poco más (formula 2 y 3).

Costos de soldadura Costos de soldadura Peso de soldadura(1) )))))))))))))))) = ))))))))))))))) = )))))))))))))) Peso de producto Peso de soldadura Peso de producto

Costos de soldadura Costos de soldadura Tiempo de arco Tiempo de trabajo(2) ))))))))))))))) = ))))))))))))))) x )))))))))))) x )))))))))))))

Peso de producto Tiempo de trabajo Peso depositado Tiempo de arco

Peso de soldadura Peso de soldadura Longitud de soldadura(3) )))))))))))))) = )))))))))))))) )) x )))))))))))))))))

Peso de producto Longitud de soldadura Peso de producto

Ahora hemos llegado a un momento muy importante: tenemos factores reconocibles, tales como:

L “Costos de soldadura por tiempo de trabajo”, que representa el valor por hora del personal.

L “Tiempo de arco por peso depositado”, que representa la tasa de deposición.

L “Tiempo de trabajo por tiempo de arco”, que representa el ciclo de trabajo.

L “Peso de soldadura por longitud de soldadura”, que representa el rendimiento de la construcción.

L “Longitud de soldadura por peso de producto”, que representa el rendimiento.

Con estos datos un gerente puede tomar decisiones. Puede ver con facilidad si algo sucede,incluso puede “jugar” con los datos que conoce. Dicho con otras palabras, esto llevará a la siguienteexpresión (formula 4)

Mano de obra(4) Costo de la soldadura = ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))

Proceso x organización x conocimiento x construcción

Estos son los factores más importantes para el gerente si quiere mejorar el rendimiento dela soldadura. Aplicando esta formula aclarará muchos problemas relacionados con la productividadde las operaciones de soldadura. Los factores están relacionados con el proceso de soldaduraaplicado, la organización, el conocimiento de todo el personal de soldadura y la inteligenciade la construcción.


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Esto quiere decir que el efecto máximo sólo se alcanzará si, de forma simultanea, diferentesdisciplinas de taller contribuyen a ello.

4.3.2.- Mano de Obra.

Este es el único factor que no podemos ni debemos cambiar. Generalmente se rige, más omenos, por el nivel de entrenamiento y educación de la persona involucrada y, no se olvide, un buensoldador debe estar bien pagado; es un trabajador valioso.

4.3.3.- Proceso.

Los procesos tienen, de forma absoluta, una gran influencia sobre los costos de soldadura.Sin embargo, normalmente existen diferentes limitaciones procedentes de otros factores que apenaspodemos emplear todos los beneficios que existen para un proceso especifico. No obstante, lainfluencia es bastante clara y muy significativa.

4.3.4.- Organización.

Esto es un poco más complicado. La relación que tiene este apartado con los costos desoldadura es secundaria. No es soló que el soldador está buscando a su jefe para obtener permisopara ir a por una nueva punta de contacto, también son de gran importancia la eficacia de lostransportes, el flujo de los productos que deben ser soldados y otros factores. A este respecto, laposición de la soldadura es importante también cuando el soldador esta en una posición físicamentedifícil, perderá mucho tiempo en posicionarse correctamente y, probablemente, se cansará muypronto.

4.3.5.- Conocimiento.

Tener algún conocimiento de soldadura es necesario en todas las tareas de un taller. Empiezaen la fase de diseño, aquí las personas deberían, por lo menos, conocer la gran influencia que tienenlos detalles de construcción en la factibilidad de un cierto proceso de soldadura. En está fase dediseño, las personas deben saber como diseñar una soldadura para que pueda ser efectuada de lamanera más económica. Durante la preparación de la producción, la diferencia entre que el productoeste boca abajo o en posición normal puede crear grandes dificultades en la aplicabilidad de losprocesos de soldadura. Finalmente, por supuesto, el nivel de competencia de un soldador crea ladiferencia entre lo bueno y lo malo, entre rentable y lo caro.

4.3.6.- Construcción.

La explicación a este apartado es muy sencilla: “La mejor soldadura es la que no existe”.Una construcción sin soldadura no tiene costos de soldadura, no tiene riesgos de reparaciones, norequiere ningún proceso anterior o posterior a la soldadura. La experiencia demuestra que, en muchascircunstancias, el número de soldadores en un cierto componente puede ser minimizado. Esto serefiere a la soldadura en si (incluyendo el ángulo de preparación de la unión), el número de unionesen la construcción o, también, la situación de las soldaduras. Volvamos a los diferentes niveles deconcienciamiento de costos, para su análisis en detalle.


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4.4.- Datos Necesarios al Nivel de Gerencia.

Básicamente el análisis consiste en tres frases, cada una con su propio propósito.

% “Status quo” El punto de partida principal del análisis es determinar detalladamente el estatuóquo de cada empresa. Este es un trabajo aburrido y lento, pero sin esta información los pasos a seguirno nos llevarán a ningún lado, o a una peligrosa suboptimización, Más tarde, los objetivos de laempresa, tales como: el criterio determinado para la producción, automatización y el nivel deproducción, o el eliminar cuellos de botella, deben estar basados en esta información detallada.

% “Matriz producto/información” La siguiente parte del análisis determina, para todos losproductos, la relación entre:

T el contenido laboral en todos los pasos relevantes del proceso de producción.T la posición en el mercado de la empresa.T el comportamiento de la soldadura realizada.

Esta información se mete en una matriz que se procesa para calificar los diferentes productosen una secuencia descendente del contenido total de la mano de obra. En general, el 80% de la manode obra total se emplea en producir el 20% de todos los productos. El objetivo es concentrarse eneste 20%. Se deben hacer excepciones para posibilidades estratégicas de nuevos productos. Lacombinación de la información del mercado y de la información del producto puede indicarnos tantolos cuellos de botella actuales como aquellos que se esperan en un futuro cercano.

% “Objetivo y acciones” La ultima parte del análisis combina la información del taller con lainformación del producto y del mercado, para determinar los objetivos a alcanzar y algunas otrasconclusiones. Esta parte de conclusiones no puede ser efectuada por ningún programa decomputación, pero debe llevarse a cabo con ayuda de un ingeniero de soldadura con experiencia.

4.4.1.- Determinación del Estatuó Quo.

% “Información General de la Empresa” - Aparte del nombre, la dirección y medios detelecomunicación de la empresa, los aspectos regionales y la infraestructura son importantes.Además, también es importante distinguir entre si la empresa es un fabricante que hace sus propiosproductos, una industria de suministros o un subcontratista. En el caso de que fuese una empresa quehace sus propios productos, los grupos de objetivos dentro del mercado de sus productos son desuma importancia y se debe dar una atención especial al diseño, productividad del taller, calidad yprecio de los productos, de acuerdo con las exigencias del mercado. - Para los subcontratistas eindustrias suministradoras, se debe poner atención especial en la organización y en la planificación.

% “Organización” - En cualquier caso, un buen esquema de la organización de la empresa,incluyendo autoridades y responsabilidades del personal y de los trabajadores, es necesario para unmejor entendimiento de como la empresa esta regida.

% “Disposición” - Para un mejor entendimiento de la producción, del flujo de materiales y de lainformación, un esquema de organización y una sencilla disposición de la empresa no sonsuficientes. Una representación estructurada de las funciones de la producción, del flujo del material


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y de la información y otros objetivos que se interrelacionan con estas funciones son necesarios.Varias técnicas han sido desarrolladas para describir tales funciones en términos de modelos defunciones.

% “Finanzas” - En un principio, sólo los costos de operación de la empresa son necesarios paracalcular el grado de costos laborales. Para este fin es necesario la evaluación del personal, bienes,inversiones y costos generales de materiales. Los costos de la instalación donde se va a soldar y delos consumibles de soldadura por proceso deben ser administrados y calculados separadamente.

% “Tiempo de Producción” - Se requiere información sobre el tiempo neto disponible para laproducción directa de todo el personal, con el fin de poder calcular los costos laborales por hora. Aúnmas, el porcentaje por enfermedad y tiempo laboral empleado indirectamente en los diferentesgrupos de trabajo o departamentos serán muy útiles cuando se esté considerando los problemas ocuellos de botella de la producción. El tiempo neto disponible para la soldadura de produccióndirecta debe ser calculado separadamente por proceso de soldadura. Esto es necesario para el calculodel ciclo de actividad medio para cada proceso de soldadura y para cada soldador. Los ciclos deactividad calculados pueden ser comparados con los ciclos de actividad medios de las diferentesindustrias. Esto nos dará una indicación de la producción de la soldadura en las empresas.

% “Consumibles” - La cantidad de consumibles por cada proceso de soldadura y soldador es unabuena indicación de la productividad de la empresa y también es la base para los cálculos de costosde soldadura. Aún mas, se puede determinar si varias marcas, de esencialmente el mismo tipo, sonutilizadas, o si se efectúan cambios demasiado a menudo. Debe hacerse una buena elección de losconsumibles, que se debe basar en la calidad y no en el precio, además de tenderse a estandarizartodo lo posible. El número de discos abrasivos consumidos es, también, una indicación importantede la habilidad y experiencia de los soldadores.

4.4.2.- Aspectos de la Producción.

Es imposible crear un cuestionario estándar para efectuar un inventario que incluya todos losaspectos relevantes que tiene que ver con la producción de todo tipo de productos. Sin embargo,opiniones generales y experiencias se han utilizado para componer la siguiente lista (ver tabla 2). Endicha lista, uno puede valorar la conformidad de cualquier mecanización en relación con losrequisitos de optimización. En esta valoración una mecanización relativamente simple que empleecomponentes normalizados y sin alto grado de integración se valora como “sencillo”, el empleo deun robot de soldadura con sensores del arco para seguimiento de la unión se califica como“robotizado”, una automatización con maquinaria diseñada solo para un producto, que permita sóloleves modificaciones, se califica como “a medida” y un robot de soldadura con accesoriosmanipuladores integrados o aparatos de fijación se califica como “avanzado”. Los puntos que seencuentran a continuación no deben ser utilizados como criterios absolutos para evaluar elfuncionamiento de una empresa, sino sólo como una ayuda inicial para llamar la atención sobre lasáreas de importancia.


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TABLA: 2.

ASPECTOS DE LA

PRODUCCIÓN

Adecuado para unGrado de Mecanización

Optimi- zado

Sen-cillo

Robo-tizado

A me-dida

Avan-zado

1.- Tolerancias dimensionales.

> 3 mm. � �

de 1 a 3 mm. O O � �

< 1 mm. O O O � �

2.- Tolerancia posicionales.

> 3 mm �

de 1 a 3 mm O � �

< 1 mm O O O � �

3.- Series de producción.

< 5 �

de 5 a 50 O � �

> 50 O O O �

> ½ año de forma continua O O O � O

4.- Variaciones en las medidas de losproductos.

Muy altas �

Algunas o solo en dimensiones principales O � �

Ninguna o muy pequeñas O O O � �

5.- Calidad media de las soldaduras basadas enporcentajes de reparaciones durante lafabricación

> 10% �

del 3 al 10% � �

< 3% O O O � �


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TABLA: 2.(Continuación)

ASPECTOS DE LA

PRODUCCIÓN


Optimi- zado

Sen-cillo

Robo-tizado

A me-duda

Avan-zado

6.- Posiciones de soldadura.

Todas �

En plano (bajo mano) O � �

Principalmente en plano O O O � �

7.- Accesibilidad de la unión.

Mala �

Regular O � � �

Buena O O O O �

8.- Preparación de los bordes (biseles)

Oxicorte manual �

Corte mecanizado O � �

Mecanizado o corte por Láser O O O � �

9.- Procesos de soldadura disponibles.

Solo electrodos revestidos �

Diferentes procesos por arco. O � �

Diferentes procesos por arco mecanizado O O O � �

10.- Parámetros de soldadura.

Experiencia de los soldadores �

Manuales de soldadura O � � �

Base de datos (procedimientoshomologados)

O O O O �

11.- Suministro de materiales y almacenaje

A medida �

Según tradición O � � �

Estructurado O O O O �


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TABLA: 2.(Continuación)

ASPECTOS DE LA

PRODUCCIÓN


Optimi- zado

Sen-cillo

Robo-tizado

A me-dida

Avan-zado

12.- Media de espesores a soldar

> 20 mm �

De 3 a 20 mm. � � �

< 3 mm � O O � �

13.- Condiciones de los materiales.

Laminado o según condiciones deentrega

�

Revestido con imprimación (pintura) O � �

Limpio (sin nada de oxidación) O � � �

14.- Dimensiones generales del producto y Posibilidades de manipulación

Productos grandes difíciles de manipular � �

Productos grandes fáciles de manipular � � �

Productos compactos fáciles demanipular

� � �

15.- Flexibilidad de la producción

Alta, varias veces por semana �

Regular, varias veces por mes � � �

Baja, solo algunas veces al año O � �

16.- Punto de vista cultural de la empresa

Tradicional. � �

Actualizado � � � �

Avanzado � � �

Claves: � = Apropiado; O = No perjudicial.


16J. A. A.

Cuando se evalúan las calificaciones, se debe tener en cuenta que, en alguna ocasiones, puedehaber más de un elección. En este caso, seleccionar ambas o todas, el resultado sera correcto, (vertabla 3).

TABLA: 3.

ASPECTOS DE LA

PRODUCCIÓN


Optimi- zado

Sen-cillo

Robo-tizado

A me-duda

Avan-zado

PUNTUACIONES DE LOS ANTERIORES ASPECTOS.

Aleatoriamente, optimizar primeramente laspuntuaciones bajas.

�

16 ( � ) en “sencillo”, sin problemas especialespara:

�

16 ( � y O ) en “sencillo”, modificacionesaconsejables para:

�

16 ( � ) en aplicaciones “robotizadas” sencillas,sin problemas especiales para:

�

16 ( � y O ) en aplicaciones “robotizadas”sencillas modificaciones aconsejables para:

�

16 ( � ) en mecanización “a medida”, sinproblemas especiales para:

�

16 ( � y O ) en mecanización “a medida”,modificaciones aconsejables para:

�

16 ( � ) en automación “avanzada” (flexible),sin problemas especiales para:

�

16 ( � y O ) en automación “avanzada” (flexible), modificaciones aconsejables para:

�

No hay que olvidar que la utilidad de la tabla 2 es como ayuda clasificatoria para localizaraquellos aspectos de la producción que pueden requerir atención especial o su modificación.

Aparte de los resultados que se obtengan del anterior cuestionario, las siguientes accionesse podrán siempre tomar en consideración para la mejora de la productividad.

% Utilizar diseños de soldadura sencillos.% Mantener la medida de las uniones en un ángulo mínimo. Como media, un 10% de mayor medidadel lado incrementa en un 20% los costos.


17J. A. A.

% Utilizar siempre el diámetro máximo permitido de los electrodos revestido.% Utilizar buenos procedimientos de soldadura; preferiblemente bases de datos “inteligentes” paraelaborarlos, seleccionarlos y clasificarlos.% Soldar en la posición plana tanto como sea posible. El retorno de la inversión en manipuladoresse efectúa en muy poco tiempo.% Las soldaduras no deben ser mejores de lo que son requeridas para un determinado proposito.% Utilizar los códigos correctos para el diseño y control de las soldaduras.% Utilizar procesos de control de calidad efectivos.% Minimizar el empleo de equipos de esmerilar y los costos laborales, mediante el entrenamientoregular de los soldadores.

4.4.3.- Producto/Mano de Obra/Situación en el Mercado.

Es bastante difícil, especialmente cuando se fabrica un gran número de productos, aislar lasáreas problemáticas en la complicada relación existente entre:

• Los aspectos de los productos.• El contenido de la mano de obra para las deferentes técnicas de producción.• La calidad resultante.• El precio.• El tiempo de entrega.• La competencia del mercado.

Un programa de computación podría desarrollarse fácilmente, evaluando al azar los datosde todos los factores necesarios. Esto, sin embargo, no es absolutamente necesario.

) Matriz Producto / Mano de Obra.

En esta primera matriz, se da la mano de obra requerida para diferentes fases de producción(ver tabla 4)

TABLA 4

Producto 1 Producto 2 Producto 3 Producto 4

Mano de obra total 440 140 95 26

Preparación de bordes (biseles) 120 24 10 5

Fijado, punteado 40 88 3 2

Soldadura 220 16 22 12

Reparaciones 40 2 40 0

Acabado o terminación 20 10 20 7


18J. A. A.

Esta matriz demuestra claramente la distribución de la mano de obra en relación con losdiferentes aspectos de la producción, aunque las conclusiones finales son todavía difíciles deobtener.

) Matriz Producto / Competición.

En esta segunda matriz, la calidad, el precio y el tiempo de entrega son valorados de unamanera cualitativa en relación con el competidor más importante. Un ejemplo simplificado se da enla tabla 5.

TABLA 5.

Mercado Producto 1 Producto 2 Producto 3 Producto 4

Calidad ! ! ! !

Precio o ! ! !

Tiempo de entrega ! ! ! !

Competencia ! ! ! !

Volumen de ventas ! ! ! !

Clave: ! = Menos que el competidoro = Igual que el competidor! = Más que el competidor

Esta matriz demuestra claramente la importancia de calificaciones negativas en el mercado.

) Matriz Producto / Comportamiento de la soldadura.

En la tercera parte de la matriz principal, toda la información relevante de la soldadura seguarda como información de respaldo. A continuación se indica una exposición simplificada en latabla 6

TABLA 6.

Información de Soldadura Producto 1 Producto 2 Producto 3 Producto 4

Corte. Llama Llama Plasma Plasma

Tolerancias. 1 a 3 mm 1 a 3 mm < 1 mm < 1 mm

Proceso de soldadura. SMAW SMAW GMAW GMAW

En la fase final de la investigación, la experiencia de un ingeniero de soldadura esabsolutamente necesaria. Primero que nada se deben analizar las calificaciones negativas de la


19J. A. A.

posición en el mercado e intentar combinarlas con el comportamiento de la producción y, si fuesenecesario, con la información de soldadura para encontrar los posibles cuellos de botella.

Reuniendo todo lo anterior nos da el resultado que se refleja en la tabla 7.

TABLA 7.

Producto 1 Producto 2 Producto 3 Producto 4

Mano de obra totalPreparación de bordesFijado, punteadoSoldaduraReparacionesAcabado

440120402204020

140248816220

95103224020

26521207

CalidadPrecioTiempo de entregaCompetenciaVolumen de ventas

!N!!!

!!!!!

!!!!!

!!!!!

CorteToleranciaProceso de soldadura

Llama1 a 3 mm

SMAW

Llama1 a 3 mm

SMAW

Plasma< 1 mmGMAW

Plasma< 1 mmGMAW

Esto nos lleva a las siguientes conclusiones:

Producto 1

Necesita el 63% del total de la mano de obra, todavía se fabrica mediante corte con llama yse suelda manualmente con electrodos revestidos y tiene una calidad menor que el de su mayorcompetidor, lo cual es muy peligroso.

Considere mejorar la calidad y la productividad aplicando corte por plasma y soldaduraautomatizada o incluso robotizada. La cantidad de mano de obra necesaria justificará la graninversión requerida.

Producto 2

Necesita el 20% del total de la mano de obra, da muchos problemas para su fijación ypunteado a causa de tolerancias no aceptables y, posiblemente, también debidos a aspectos de diseño.Considere mejoras en tolerancias utilizando equipos de corte por plasma o intente también mejorarel diseño. Esto bajará el costo y acortará el tiempo de entrega resultando en un incremento delvolumen de ventas.

Producto 3

Necesita el 14% del total de la mano de obra y produce un gran número de reparaciones. Las


20J. A. A.

tolerancias correctas deben ser revisadas. Tiene un bajo precio y da la impresión de apresuramientosin la atención a la calidad..

Considere mejoras de la calidad poniendo más atención en general y más entrenamiento delos soldadores. Esto probablemente llevara a un incremente en el volumen de ventas.

Producto 4

Necesita solo el 3% de la mano de obra y muestra una competencia dura. Atención a esteproducto que solamente es relevante cuando sea considerado como “producto estratégico” (es nuevoen el mercado o es la “imagen” de la compañía). En otro caso no preste atención a este producto.

Comentario: No olvide que esta lista sólo da una idea del sistema y que las tablas están muysimplificadas. En la realidad hay un gran número de aspectos que juegan un papel importante paradefinir las metas que mejoran la calidad y la productividad.

4.4.4.- Definición de las Metas.

La combinación de criterios discriminados, nivel de producción y cuellos de botella en eltaller, con las relaciones entre productos, costos laborales, posición en el mercado, comportamientode la soldadura y cuellos de botella, nos conducirán a la definición de las metas para mejorar laproductividad, Estas metas se pueden dividir en cinco grupos principales: optimización,automatización especifica, mecanización, automatización y robotización (ver la tabla 2 “Aspectosde la producción”).

Las consecuencias que suponen cada uno de dichos grupos deben ser analizadas antes dellegar a las conclusiones finales.

No se debe olvidar que aunque los efectos por separado de la automatización especifica, lamecanización, la automatización y la robotización son bastantes pequeños, se pueden lograr una vezse hallan tomado todas las medidas necesarias para la optimización.

4.4.5.- Pasos a Seguir para Llegar a las Conclusiones Finales.

Evaluación

< Optimización: Iniciar de inmediato,< Automatización especifica.< Mecanización,< Automatización y Robotización: Efectuar análisis financieros adicionales.

Lo anterior se compara en la tabla 8


21J. A. A.

TABLA 8.

Propuesta de Conclusiones.Indice deinversión

aproximado (%)

Efecto adicionalrelativo.

Optimización (indice 100%) por medio de mejorasen:T la construcciónT el funcionamientoT la posiciónT los procedimientos

100 grande

Automatización especifica por medio de equiposespecialmente diseñados para un solo producto o grupo de productos similares.

300 - 10.000 muy grande

Mecanización por la aplicación de medios sencillostales com:T ManipuladoresT Mecanismos para movimientos iniciales

300 grande

Automatización de la soldadura en casos talescomo:T Uniones tubo a tuboT Uniones tubo a chapa

1.000 razonable

RobotizaciónT Con sensores de arco para seguimiento de la uniónT Con manipuladores integrados

3.0006.000

pequeñopequeño

Financiación

< Salud financiera

Para estimar la máxima inversión de capital permisible, se necesita un análisis de la saludfinanciera de la empresa. Existen varios programas de computación que permiten un análisispreliminar pero se necesita un experto para tomar la decisión final.

< Máxima inversión de capital

El nivel de la inversión permisible restringen las metas para la mejora de la productividad(ver la tabla).

< Justificación del capital a investir.

Para verificar si las instalaciones planeadas son económicamente viables, se llevará a caboun análisis de la inversión en la cual se preverán todos los costos y beneficios potenciales.


22J. A. A.

Estos costos deben incluir los de:

• ingeniería, compras e instalaciones,• todo el equipo auxiliar,• entrenamiento de los operadores,• costos anuales de operación,• mantenimiento e• impuestos.

Los beneficios potenciales deben incluir los de:

• ahorros por la producción mejorada,• ahorros por la calidad mejorada,• reducción del inventario del trabajo en curso e• incremento de la participación en el mercado.

No solo se necesita la información financiera, sino que también se tiene que considerar losperiodos de tiempo en los que los costos y las ganancias se producen. Diferentes factores se debentener en cuenta para determinar la mayor inversión de capital, así como determinar el costo y losbeneficios de tal inversión.

< Aspectos sociales

Aparte de las decisiones técnicas y financieras para modificar las instalaciones, lasconsecuencias sociales deben también tomarse en cuenta. En particular, cualquier alteración deltrabajo efectuado por los empleados puede afectar la relación competencia/equilibrio defuncionamiento de los operarios involucrados. Aún más, el entrenamiento y la información por partede los empleados para incrementar su involucramiento también se debe tomar en consideración.

4.4.6.- Conclusiones Finales.

Cuando se hayan pesado todos los pros y los contra, es el momento de tomar la conclusiónfinal. Sin embargo, aquí no se acaba la historia si queremos alcanzar el éxito. La implantación decualquier cambio en la producción es casi tan importante como todas las actividades que ya hemosdescrito.

Implantación

Un plan de implantación detallado es necesario para asegurar que los cambios que sepretenden en la producción tengan éxito. Esto debe incluir:

• La formación de un grupo de trabajo,• Planificar todos los pasos relevantes,• Informar, guiar y entrenar a los empleados,• Evaluar y documentar todos los pasos.

También es muy importante hacer un informe detallado de todo el trabajo que se ha hecho,


23J. A. A.

porque esto nos dará una buena base para posibles acciones similares en el futuro, para ayudarnosa encontrar los problemas que puedan surgir, por ejemplo: con los suministradores de equiposavanzados de soldadura.

Comentario Final

La parte más importante de este proceso de análisis es el inventario sistemático del tallercombinado con el conocimiento de un ingeniero de soldadura con experiencia, el cual deberá sermuy critico y honesto en su juicio sobre la situación del taller.

Durante muchas de las actividades a desarrollar, la ayuda de programas informáticos es muyconveniente pero no solucionan los problemas.

Por ultimo, pero no por eso menos importante, se aconseja llevar a cabo regularmente elprograma de análisis del taller en la propia empresa o departamento. Esto siempre dará una idea másclara de las instalaciones de producción y, probablemente, de algunas metas para mejorar laproductividad y flujo de los materiales.

4.5.- Datos Necesarios al Nivel de Aplicación.

4.5.1.- Costos de Soldadura Aproximados

En el nivel de aplicación es muy importante tener datos “normalizados” de los costosrelacionados con la soldadura. Estos costos se suelen obtener de diferentes fuentes de informaciónimpresa. Siguiendo el esquema de actitud general descrito, podemos establecer algunas tablas, talcomo la tabla 9, con datos normalizados relacionados con las formulas 1 a 3 (ver pagina 9). Comopor ejemplo: costos de soldadura medios para algunos de los procesos de soldadura y por kg. desoldadura depositada.

TABLA 9.

Proceso de Soldadura Costos aproximados

SMAW $ 100,00

GMAW $ 40,00

SAW $ 25,00

4.5.2.- Posición de soldadura en los diferentes Sectores Industriales

El promedio de metal de soldadura por peso de producto según los diferentes sectoresindustriales se indica en la tabla 10.


24J. A. A.

TABLA 10.

Promedio de Metal de Soldadura por Peso de Producto

Tipo de Industria Metal de Soldadura en %

Naval 2

Siderurgias 3

Offshore 6

Grandes recipientes 6

Transporte 0,2

Tanque de almacenamiento 1

Puentes 2,5

Gasoductos y Oleoductos 0,15

Los costos de la soldadura por peso de metal depositado se pueden dividir hasta llegar adiferentes niveles de detalle. Esto permitirá un mejor entendimiento del fenómeno.

4.5.3.- Tasa de deposición.

La tasa de deposición se puede representar tal como se indica en la tabla 11

TABLA 11.

Proceso de Soldadura. Kg / A.h. Kg / h.

Electrodos revestidos (comunes) 0,9 - 1,2 1,2 - 3,3

Electrodos revestidos (altorendimiento)

1,3 - 1,6 2,7 - 5,4

GMAW (alambres sólidos) 1,3 - 2,0 1,7 - 6,3

FCAW (alambres tubulares) 1,9 - 2,1 4,6 - 9,0

Arco Sumergido 1,4 - 2,2 4,6 - 8,3

El valor de la tasa de deposición depende altamente de la corriente que se emplee. Lacorriente en si depende del proceso de soldadura, el medio ambiente, la posición de soldadura, el tipode junta y muchos otros factores. Es muy difícil controlar ese factor. La cantidad de metal depositadovaria con la habilidad de los soldadores y con su capacidad para aplicar esa habilidad en el momentopreciso. Ya que es un factor difícil de controlar, se le debe dar la atención especial que merece.


25J. A. A.

4.5.4.- Ciclo de Trabajo.

El ciclo de Trabajo es un factor que está muy relacionado con el valor de la tasa dedeposición, ya que también varia en función de las condiciones ambientales, la posición de soldaduray el tipo de unión. También depende del “nivel de calidad” requerido. La siguiente tabla n/: 12 dauna idea sobre las diferencias que pueden ocurrir cuando se esta calculando con datos normalizadospara aplicaciones sofisticadas.

TABLA 12.

Nivel de CalidadCircunstancias.

Sencillas ÿ Difíciles

Calidad estándar 35 30 25

9 30 25 20

Calidad alta 25 20 15

Ya que la influencia del ciclo de trabajo sobre los costos de soldadura es muy fuerte, ladeterminación de cualquier dato real es muy importante. Esto sólo se puede hacer por medio deencuestas serias sobre mediciones de tiempos.

4.5.5.- Consideraciones Generales.

Para tener una idea en este nivel de concienciamiento de costos, la tabla n/: 13 puede daralgunas ideas de utilidad.

TABLA 13.

Procesos deSoldadura

Indice de Datos

Ciclo detrabajo

(%)

Deposiciónanual (kg.)

Costos de ( en % ) Costos Totales

Fabricación Mano de obra Inversiones

SMAW (común) 22 500 8 91 1 100

SMAW (alto rendimiento) 20 700 9,3 68 0,7 78

GMAW (alam. sólido) 28 1400 7,9 37 1,1 46

FCAW (Alam. Tubular) 28 2000 14 23 1 38

SAW (común) 50 3500 7,5 14 1,5 23

SAW (alto rendimiento) 50 4500 7,5 12 1,5 21


26J. A. A.

Lo anterior, junto con las formulas globales ( 1, 2 y 3 ) y la información adicional necesariasobre tasas de deposición , posiciones y geometría de la unión, tipos de materiales a soldar,espesores, longitudes y tolerancias, nos proporcionará el material suficiente para tomar la decisióncorrecta.

4.6.- Datos Necesarios al Nivel del Especialista.

Es muy importante recopilar todos los datos necesarios antes de empezar un cálculo preciso.Las principales variables se explicarán en los siguientes párrafo, No se deben tomar “solo unosdatos”, ya que el resultado será totalmente imprevisible.

Veamos con un ejemplo la importancia de elegir los datos con precisión:

Supongamos que un soldador suelda con 180 amperios. Si fuese un buen soldador, podríaser capaz de soldar con la calidad requerida utilizando 200 amperios. La diferencia de los costos desoldadura puede estar entre un 10 y un 20%, (en este caso sería una ventaja, pero con otros datospodría se lo contrario). Lo mismo se puede aplicar para determinar el ciclo de trabajo. Es muy difícilestablecer este dato, pero una mala determinación, o cálculo, puede llevarnos a resultados diferentes..

Con la utilización de fórmulas se pueden determinar los costos de soldadura de la manera queel usuario elija de forma precisa cuando se emplean los resultados de medidas obtenidascuidadosamente, o como tendencias cuando se utilicen datos normalizados como los sugeridosanteriormente.

5.- Métodos para Determinar con Precisión los Costos en Soldadura.

5.1.- Factor de Operación.

El factor de operación, o ciclo de trabajo en soldadura por arco, es el porcentaje del tiempode arco real durante un tiempo establecido, este tiempo puede ser un minuto, una hora, una jornadade ocho horas o cualquier otro intervalo. Cuando mayor sea el porcentaje de tiempo de arco (factorde operación), mayor será la cantidad de metal de soldadura depositado y más elevado el rendimientode la operación de soldadura. Otras actividades que el soldador u operador de máquina de soldartenga que efectuar, tales como limpieza de las piezas, posicionamiento en las accesorios o punteado,serán la causa de un factor de operación bajo.

Un factor de operación alto puede no ser indicativo de costos bajos, ya que el procedimientode soldadura puede requerir un mayor tiempo de arco que el necesario. Por ejemplo, puede estarespecificado un electrodo pequeño cuando podría utilizarse otro de mayor dimensión, o unapreparación de gran sección cuando otra de menor sección podría ser suficiente.

El factor de operación es un parámetro que debe ser siempre lo más alto posible. El soldadores el que determina el aspecto y la calidad de la soldadura, por lo tanto cualquier obstáculo que lemoleste durante su actividad debe ser eliminado. El trabajo se debe planificar y posicionar paradisminuir al máximo el esfuerzo físico y para asegurar la seguridad y confort durante la operación


27J. A. A.

de soldadura.

El cambio de la posición vertical o sobre cabeza a la posición plana, puede, por ejemploaumentar significativamente la velocidad de soldadura. Las soldaduras de pasadas únicas sobrechapas pueden efectuarse con velocidades máximas cuando la unión esta en posición plana con eleje de la soldadura inclinado. Una inclinación de 10/ puede incrementar la velocidad de soldadurahasta un 50%.

Un factor de operación es mayor si se utiliza posicionadores y accesorios, así como procesosde soldadura semi-automáticos en los que el soldador u operador de máquina, no efectúa tareas comoretirada de la escoria y cambios de electrodos. En ausencia de estudios o datos fiables los factoresde operación que pueden estimarse son:

TABLA 13.

Métodos de Soldadura.Límites de Factor de

Operación (%)

Manual 5 a 50

Semi-automática 10 a 60

Mecanizado 40 a 90

Automático 50 a 100

El factor de operación real depende del tipo y medida de la soldadura, posición, accesoriosempleados, situación de la soldadura y otras condiciones operatorias. Puede variar de un taller a otro,e incluso de un pieza a otra, si la cantidad de soldadura difiere significativamente. Unadeterminación más positiva del factor de operación puede efectuarse mediante estudios de tiempoo por instalación de registros de tiempo.

Puede resultar económico proporcionar al soldador un ayudante que le prepare el trabajo.Cada operación que el soldador tiene que efectuar, distinta de la ejecución de la soldadura,disminuye el tiempo de arco y, por lo tanto, el factor de operación.

No es extraño para un soldador emplear el 50% de su tiempo en la preparación del trabajo.Si tiene a su disposición un ayudante y elementos adicionales, la producción puede doblarse. Elayudante puede situar las piezas sobre posicionadores o viradores mientras el soldador esta soldandoen otros dispositivos. En la soldadura de pasadas múltiples el ayudante puede retirar la escoria ylimpiar la junta de elementos perjudiciales, mientras el soldador deposita una pasada en otra juntao unión o en otro lugar de la misma junta o unión.

5.2.- Costos de la Mano de Obra.

Los costos de soldadura se determinan por diferentes métodos. El costo de la mano de obrase basa, normalmente, en el precio hora que se paga al trabajador. Algunas veces, a los trabajadoresse les paga por el numero de piezas producidas por hora, lo que se conoce como precio por pieza enun sistema de incentivos. A los trabajadores que cobran por horas se les requiere, normalmente,


28J. A. A.

cumplir ciertos requisitos, basados en forma general sobre datos normalizados de tiempos desoldadura establecidos, en centímetros por minuto u otras unidades. Los tiempos se toman a menudoen el sitio de trabajo para determinar sus valores más razonables. Otras fuentes de estos datos sonlos procedimientos de soldadura y el diseño de la junta. El procedimiento de soldadura indica lasvariables del proceso, tales como: velocidad de trabajo y tamaño y ancho del electrodo. El diseñode la junta determina el número de pasadas, dimensión de la soldadura y cantidad de metal desoldadura a depositar. Los datos se modifican en función del factor de operación que se emplea.

Los costos de la mano de obra, para soldadura manual o mecanizada, pueden expresarsecomo costo por unidad de longitud de soldadura. En las juntas o uniones de pasada única se puedeaplicar la formula:

1 CS(5) MO = ——— —————

60 VT x FO

donde: MO = Costo de mano de obra (pesos/m.)CS = Costo soldador (pesos/ hora)VT = Velocidad de trabajo (m/min.)FO = Factor de operación (Valor decimal)

La velocidad de trabajo se obtiene de la especificación del procedimiento de soldadura (EPS).El factor de operación depende, tal como se ha visto anteriormente, del proceso de soldadura, delmétodo y de como se aplique. El costo del soldador es normalmente su costo salarial por hora máslos costos de beneficios indirectos, teles como seguros y vacaciones. En la soldadura por pasadasmúltiples, la formula a aplicas es:

CS x MD(6) MO = ——————

VD x FO

donde: MD = Metal depositado (kg/m.)VD = Velocidad de deposición (kg/hora)MO, CS y FO los definidos para pasada única.

El peso de metal depositado puede determinarse o ser calculado mediante soldaduras deprueba. La tasa o velocidad de deposición se puede obtener de datos normalizados o medianteensayos.

5.2.- Datos Normalizados.

Existen muchos datos, normalmente en forma de tablas o mediante gráficos, los cualespueden almacenarse en la memoria de un computador y utilizarlos cuando sea preciso. Ejemplos deestos datos se indican en las figuras: 2 y en la 3 de la tabla 15, siendo necesario una utilizaciónjuiciosa de estos datos para obtener unos costos de soldadura precisos.


29J. A. A.

TABLA: 15.

Figura 2 - Velocidad de deposición en función de la corriente de soldadura para alambre tubulares tipo: E71 o70T-1 con protección gaseosa.

Figura 3 - Condiciones típicas en la soldadura por arco sumergido de pasada única con un solo alambre para chapas con junta a tope sin bisel.


30J. A. A.

EspesorSepara-ción debordes Intensidad Tensión

Velocidadde

soldadura

Diámetrodel

alambre

Consumode

alambre

Placasoporte.

T S t, mm. W, mín.

mm. mm. Amp. Volt mm/seg mm. kg/m mm. mm.a

3,64,86,49,5

12,7

1,61,63,23,24,8

650850900950

1100

2832333334

201511108

3,24,84,85,65,6

0.1040,1940,2480,3570,685

3,24,86,46,49,5

15,919,025,425,425,4

a: C.C. polaridad inversa (electrodo al positivo)

Los datos, tablas y gráficos que facilitan costos finales, deben ser utilizados con precaucióncuando incluyen los costos de la mano de obra, ya que los datos pueden ser únicamente deaplicabilidad a una serie de condiciones determinadas. Por ejemplo el diseño de la junta puede variaren función de la abertura en la raíz, ángulo de la preparación o material de aporte en exceso (sobreespesor). El rendimiento de deposición del electrodo seleccionado puede ser diferente al delelectrodo utilizado en la elaboración de las tablas y gráficos, o el factor de operación puede variarsignificativamente del valor asignado en la tabla de datos. Tales datos pueden inclinarse en favor deun proceso u otro según las condiciones especificas en cada caso.

5.4.- Costos de los Materiales.

Los datos normalizados para los costos de los materiales de aportación se basan en lacantidad de metal depositado por unidad de longitud de soldadura o por unidad fabricada en el casode conjuntos pequeños. Cada diseño de junta o unión que requiera la adición de metal de aporte,tiene una sección geométrica transversal. Despreciando el exceso de refuerzo, el área de la seccióntransversal de la junta soldada puede dividirse, en una o más áreas geométricas, tales comorectángulos, triángulos o segmentos de un circulo. El área del metal en exceso sobre la cara de lasoldadura, puede calcularse o estimarse como un porcentaje del área total, por ejemplo: 10% parapreparación en “V” y en ángulos y 20% para preparación en “X”.

El peso del metal depositado por unidad de longitud puede calcularse multiplicando la unidadde volumen por la densidad del metal mediante la formula:

(7) MD = A x D

donde: MD = Metal depositado (kg/cm) A = Área de la sección transversal (cm )2

D = Densidad del metal depositado (cm )3

El peso del metal de aporte requerido por unidad de longitud de soldadura depende delrendimiento de la deposición de acuerdo a la formula:


31J. A. A.

MD(8) CA = ————

RD

donde: CA = Consumo del material de aportación (kg/m)MD = Metal depositado (kg/m)RD = Rendimiento de deposición (valor decimal)

Para mayor precisión, pruebas representativas de soldaduras pueden efectuarse tomandomedidas del peso antes y después de la soldadura. La cantidad de material en exceso debe de estardentro de los limites especificados. En cualquier caso, la cantidad de metal depositado puede variardurante la fabricación debido a variaciones en el posicionamiento y metal en exceso. Toleranciasadecuadas deben ser establecidas para considerar estas variaciones en la estimación de los costos.

Para determinar el costo del metal de aporte consumido durante la ejecución de unasoldadura, la cantidad de metal depositado debe reflejar el rendimiento de deposición (ver tabla 1en el párrafo 3.3.-). Los rendimientos de deposición tienen en cuenta las perdidas por las puntas delos electrodos, escorias, vaporizaciones en el arco y salpicaduras. La amplia variación delrendimiento de deposición son el resultado de muchos factores, algunos de los cuales son inherentesal tipo de electrodo y fuente de energía utilizada, así como a la experiencia y profesionalidad delsoldador. La cantidad de pérdidas por puntas de electrodos pueden afectar al rendimientosignificativamente. Por ejemplo, una punta de 50 mm. reduce la cantidad depositada medianteelectrodos a menos de 87% del peso del electrodo original. Las pérdidas por el revestimiento puedenvariar entre un 10 y un 15% del peso original del electrodo.

El costo de los metales de aportación puede calcularse de diferentes formas, la más normalse basa en el costo por unidad de longitud de soldadura mediante la formula:

(9) MA = PA x CA

donde: MA = Costo del material de aporte (pesos/m.)PA = Precio del material de aporte (pesos/kg.)CA = Consumo de material de aporte (kg./m.)

El precio del material de aporte es el costo de suministro a una empresa.

Un método para calcular la cantidad de alambre necesario en un sistema de alimentacióncontinuo, tal como MAG, MIG y arco sumergido, requiere tres pasos sencillos. El primero esdeterminar el peso del alambre utilizado por unidad de tiempo mediante la formula:

60 VA(10) CR = —————

LC

donde: CR = Consumible requerido (Kg./hora)VA = Velocidad de alimentación (cm./min.)LC = Longitud del consumible por unidad de peso (cm./kg.)


32J. A. A.

La longitud de alambre por unidad de peso, LC, puede calcularse mediante la formula:

1(11) LC = —————

A x D

donde: A = área de la sección transversal (cm )2

D = Densidad del alambre (Kg./cm )3

La longitud de alambre desnudo o tubular por unidad de peso para diferentes clasificacionesde material de aportación según AWS se indican a continuación en las tablas 16 y 17.

TABLA: 16.

Longitud por unidad de peso de alambres sólidos para variasclasificaciones de AWS en m./kg.

Diámetro en mm.Aceros al carbono (Tipos ER-70S-X)

Aceros inoxidables(Tipos ER-3XX)

0,80,91,01,11,62,0

277,76204,40156,24123,7664,9640,88

273,28201,04154,00121,5263,8440,21

TABLA: 17.

Longitud por unidad de peso de alambres tubulares paraclasificaciones de AWS (Tipos E-71T-X)

Diámetro en mm. m./kg.

1,21,62,02,43,8

134,470,056,036,426,3

Una determinación precisa de la velocidad de alimentación (velocidad de fusión delelectrodo) se puede efectuar de forma sencilla permitiendo al alambre salir por la torcha y midiendola cantidad de alambre suministrado entre 5 y 10 segundos, multiplicando a continuación el resultadopor la adecuada relación de tiempos.

El segundo paso es determinar la velocidad de soldadura; esta puede estar especificada enel procedimiento de soldadura o puede determinarse mediante pruebas.


33J. A. A.

El tercer paso es determinar el peso de consumible requerido por unidad de longitud desoldadura, utilizando la formula:

CR(12) CA = —————

0,6 VS

donde: CA = Consumo de material de aportación (kg./m.)CR = Consumible requerido (kg./h.)VS = Velocidad de soldadura (cm./min.)

El costo de aportación por unidad de longitud, se calcula multiplicando el consumo delmaterial de aporte, CA, por el costo por unidad de peso del consumible.

Cuando se utilizan fundentes, su costo debe incluirse en los costos de materiales. Este costopuede relacionarse, normalmente con el peso de metal de aporte depositado mediante una relacióndenominada “relación del fundente”. En arco sumergido se utiliza normalmente un kilo de fundentepor cada kilo del alambre electrodo depositado, lo que supone una relación de fundente de un kilode alambre un kilo de fundente. Si se necesitasen datos precisos, es necesario efectuar pruebas desoldadura.

En la soldadura por electroescoria la relación de fundente esta entre 0,05 y 0,10. En lasoldadura oxigas la cantidad de fundente utilizado puede relacionarse con la cantidad de aporteconsumido, esta relación está también entre los límites de 0,05 y 0,10. El costo del fundente puedecalcularse por la formula:

(13) CF = PF x CA x RF

donde: CF = costo del fundente (pesos/m.)PF = Precio del fundente (pesos/kg.)CA = Consumo de material de aportación (kg./m.)RF = Relación de fundente

El costo de los gases de protección esta relacionado con la velocidad de soldadura o el tiempode arco necesario para efectuar la unión. El gas es utilizado con un determinado caudal, que vienemedido por los caudalímetros. El costo del gas por unidad de longitud de soldadura se calcula comosigue:

PG x CP(14) CG = —————

60 VS

donde: CG = Costos del gas (Pesos/cm.)PG = Precio del gas (Pesos/m )3

CP = Caudal de protección (m /h.)3

VS = Velocidad de soldadura (cm./min.)

El costo del gas por soldadura se determina como sigue:


34J. A. A.

PG x CP x TA(15) CG = ————————

60

donde: CG = Costo del gas (Pesos/m )3

PG = Precio del gas (Pesos/m )3

CP = Caudal del gas de protección (m /h.)3

TA = Tiempo de arco (min.)

El precio del gas es el costo de suministro s la empresa.

En algunos procesos de soldadura se utilizan consumibles distintos a los metales deaportación, fundentes y gases. Estos otros consumibles incluyen productos tales como:revestimientos cerámicos o pernos en el caso de la soldadura de espárragos, soportes para lasoldadura e insertos consumibles. Todos estos costos deben ser incluidos en los costos de losmateriales de soldadura

5.5.- Gastos Generales.

Como ya se ha dicho anteriormente, los gastos generales son aquéllos que no pueden cargarsedirectamente a un determinado trabajo. Entre ellos se encuentran los de dirección, instalaciones,amortización, impuestos y, en algunos casos, pequeñas herramientas y equipos de seguridad parausos generales.

Los gastos generales se deben aplicar a los de soldadura de alguna forma. Normalmente seprorratean como un porcentaje de la mano de obra directa para cada trabajo. Si los gastos generalesse van a distribuir por unidad de longitud de soldadura, se calculan de la misma forma que los costosde mano de obra por unidad de longitud. En este caso, el gasto general por hora sustituye al costodel soldador en las expresiones del apartado 5.2.-

6.- Aspectos Económicos en la Soldadura por Arco.

Las operaciones de soldadura por arco utilizando materiales de aportación, dependen dediferentes factores relacionados con la cantidad de metal de aporte consumido para efectuar unasoldadura. Todos los esfuerzos deben ir encaminados a reducir la cantidad de metal de aportenecesaria en cada tipo de unión, teniendo en cuenta los requisitos de calidad que se apliquen en cadacaso. Los análisis de las secciones de soldadura, y de las operaciones, de los procedimientos desoldadura y de las preparaciones de las piezas a unir, nos darán la solución para disminuir los costosal mínimo; las siguientes sugerencias deben ser consideradas para conseguir este fin.

6.1.- Diseño de las Uniones Soldadas.

A) - Disminuir las áreas de las secciones transversales de las soldaduras, sin olvidar loscondicionantes de calidad, mediante el empleo de separaciones estrechas en la raíz, pequeñosángulos y, siempre que sea posible, soldaduras por ambos lados en lugar de un lado solo, ver figura


35J. A. A.

4. El cambio del ángulo en una preparación en “V” de 90 a 60/ produce una reducción del 40% enel metal de aporte necesario. Los ángulos de las preparaciones y las separaciones de la raíz varíande unas aleaciones a otras y en función del proceso utilizado. Estas dimensiones deben ser tenidasen consideración durante la fase de diseño.

B) - Depositar en las soldaduras en ángulo o filete los cordones especificados. El exceso de metalde aporte es una practica habitual en la creencia de que cuanto más material se deposite másresistente será la soldadura. El efecto del sobreespesor puede verse claramente en la figura 5, dondese comparan las soldaduras una con la dimensión requerida y otra con exceso de material depositado.Un incremento del 50% en la dimensión especificada del cordón supone más del 100% de aumentoen la cantidad de metal de soldadura necesario.

Figura 4 - Efecto del diseño sobre las necesidades del material de aportación.

Figura 5 - Efecto del exceso de material de aporte en una soldadura en ángulo (en mm .).2


36J. A. A.

C) - Diseñar las juntas o uniones con facilidad de acceso a ellas. Las condiciones de soldadura quedificulten su realización suponen siempre un incremento en los costos y contribuyen a una peorcalidad.

D) - Siempre que sea posible deben elegirse materiales fácilmente soldables. Los materiales querequieran el empleo de procedimientos complicados son más costosos de aplicar.

E) - Utilizar los símbolos de soldadura adecuados en los que se especifique claramente la dimensiónde los cordones de soldadura.

F) - Evitar diseños que requieran la mecanización de las preparaciones de bordes o biseles.

6.2.- Operaciones durante la Fabricación por Soldadura.

A) - Facilitar el equipo adecuado para el proceso a utilizar, incluyendo una adecuada ventilación.

B) - Proporcionar los materiales previstos en el correspondiente procedimiento de soldadura.

C) - Conseguir un posicionamiento correcto de las partes a unir, utilizando, siempre que sea posible,los útiles necesarios e inspeccionando el posicionado antes de efectuar la soldadura.

D) - Evitar los sobreespesores excesivos, por el incremento de costo que suponen y el posiblerechazo de los mismos si se especifican valores máximos admisibles.

E) - Siempre que sea posible utilizar posicionadores que permitan la ejecución de la soldadura enla posición más fácil.

F) - Utilizar herramientas eléctricas o neumáticas para la retirada de la escoria y para obtener elacabado final cuando así sea necesario.

G) - Verificar la utilización de los valores adecuados de intensidad y tensión de soldadura. Losvalores excesivos producen sensibles pérdidas por salpicaduras y los valores bajos conllevan tasasde deposición inferiores.

H) - Procurar, en el caso de la soldadura con electrodos revestidos, que el sobrante no utilizado delelectrodo sea lo más pequeño posible.

6.3.- Procedimiento de Soldadura.

A) - Disponer de procedimientos de soldadura escritos que cubran todos los tipos de uniones.

B) - Elegir el proceso en función de la máxima velocidad de deposición compatible con la calidadrequerida y la disponibilidad de equipos.

C) - La elección de los materiales de aporte, considerando tanto su costo como su dimención, debeefectuarse en función de su rendimiento de deposición. Aunque el costo inicial de un consumible conelevado rendimiento de deposición sea mayor que el costo de otros con menores valores de dicho


37J. A. A.

rendimiento, puede resultar rentable el más caro inicialmente.

D) - Utilizar electrodos revestidos de la mayor longitud posible, para evitar las perdidas porsobrantes u por cambios de electrodo.

E) - Acoplar los alambres, macizos o tubulares, en carretes de las mayores dimensiones posibles. Losgrandes envases reducen el precio base del producto y requieren menos interrupciones para cambiode carrete.

6.4.- Operaciones de Preparación de la Producción.

A) - Preparar las piezas lo más exactas que sea posible, especialmente aquellas que estén dobladaso con cierta forma.

B) - Preparar las piezas por medios mecánicos en lugar de medios térmicos.

C) - Valorar las ventajas del corte térmico automatizado.

D) - Inspeccionar las partes preparadas para su posterior soldadura.

E) - Planificar la entrega de piezas preparadas con el fin de que no se interrumpa la operación desoldadura.

7.- Otras Fórmulas para el Calculo de los Costos y Ejemplos.

Las ecuaciones dadas en el apartado 5 no son las únicas que pueden emplearse paradeterminar los costos de las uniones soldadas. Existen otras y a continuación damos otra serie defórmulas que también pueden utilizarse con el mismo fin, los conceptos que incluyen son análogosa los expuestos en el apartado 5 de este tema.

a) - Costo del gas por kilo de metal depositado:

G × F(16) ————— Pesos/kilo

D

b) - Costo de la energía por kilo de metal depositado:

P × V × A(17) —————— Pesos/kilo

1000 × kilo

c) - Costo de los materiales por kilo de metal depositado:

M (Electrodos, alambres, fundente)(18) ———————————————— Pesos/kilo

E


38J. A. A.

d) - Costo de la mano de obra por kilo de metal depositado:

L(19) ———— Pesos/kilo

D × Z

e) - Gastos generales por kilo de metal depositado:

O(20) ———— Pesos/kilo

D × Z

f) - El costo total de soldadura por kilo de metal depositado es la suma de las ecuaciones a) y e).

g) -El costo total de soldadura por metro de junta es el valor obtenido en f) multiplicado por S.

h) - El costo total de la soldadura es:

< El valor obtenido en f) multiplicado por W o< El valor obtenido en g) multiplicado por N

En las que:

A = Intensidad de corriente (Amp.)D = Tasa de deposición (kg/hora)E = Rendimiento de deposición (% dividido por 100)F = Caudal del gas (m /hora)3

G = Costo del gas (Pesos/m )3

L = Costo de la mano de obra (Pesos/hora)M = Costo de los materiales (Pesos/kg)N = Longitud a soldar (metros)O = Gastos generales (Pesos/hora)P = Costo de la energía eléctrica (Pesos/Kwh)S = Peso del metal de soldadura por metro de junta (Kg/m) (este paso es igual al área transversal de la soldadura en m multiplicada por la2

densidad del acero = 7.800 Kg/m ).3

V = Tensión de soldadura (Voltios)W = Peso total de la Soldadura en kilos.Z = Factor de operación (% dividido por 100)

Debe tenerse siempre presente que la precisión de estas formulas depende de la informaciónen ellas contenidas. Más aún, la exactitud de los costos finales depende de la veracidad de losresultados que se obtengan.

Los valores dados para la tasa y rendimiento de deposición son bastantes precisos, pero losvalores calculados del factor de operación pueden ser menos reales. Debe utilizarse los resultadosobtenidos para comparar los diferentes tipos de uniones o juntas, procesos, metales de aportacióny otras variables.


39J. A. A.

Los cálculos de análisis de costos, tal como se indica en el ejemplo siguiente, nos dan unaidea de la importancia de las consideraciones iniciales sobre el costo real de la soldadura.

Obs.: Al final de esté trabajo se incluyen como apéndice, algunos ejemplos.

8.- Aspectos Económicos en la Soldadura Automática y Robotizada.

Cuando es necesario reducir costos, la inversión en equipamiento puede proporcionar elmáximo beneficio a la hora de mejorar una operación de fabricación. La inversión es equipo puedeser algo simple, como es el sustituir la soldadura con electrodos revestidos por el procesosemiautomático con protección gaseosa (MAG/MIG), o de mayor envergadura, como es lasustitución de la mano de obra por un robot programable controlado con un microprocesador. Elretorno de la inversión prevista es la clave para llevarla a cabo.

Todos los costos y beneficios deben identificarse e incluirse en el análisis de los costos. Losbeneficios pueden incluir los ingresos por ventas adicionales. O los ahorros que se produzcan alautomatizar la operación. Otros posibles beneficios pueden ser:

% Aumento de la productividad.

% Mayor calidad del producto que repercute en menos reparaciones.

% Condiciones de trabajo más seguras para el operador.

% Incremento del factor de operación.

% Mejora general del ambiente en cuanto a la eliminación de calor, humos y radiaciones.

Entre los costos a considerar deben estar los iniciales de implantación más los anuales deoperación, incluyendo los costos de los materiales, de los gases y otros gastos. El estudio de costosdebe también contemplar el efecto de las tasas de inflación y de los tipos de interés durante elperíodo de amortización. Debe tenerse en cuenta el costo medio del capital, o valor en tiempo deldinero, y los beneficios que se obtendrían si el capital necesario se invirtiera en cualquier otra cosa.

A continuación se indican algunos de los factores que deben tenerse en cuenta a la hora deevaluar las inversiones en equipos automáticos o robots.

8.1.- Estimación de los Volúmenes de producción.

Lo primero en importancia a la hora de planificar la automatización de la soldadura es elvolumen de producción previsto, siendo normalmente necesario determinar un volumen mínimo.Existe una relación general entre volumen de producción y el costo unitario del equipo, variandoentre la soldadura manual y la automatizada como indica la figura 6.


40J. A. A.

En el caso de grandes fabricaciones en serie, los dispositivos automáticos especiales sonfrecuentemente los de mayor eficacia. Sin embargo, en producciones relativamente cortas lossistemas automáticos flexibles con diferentes posibilidades pueden ser ventajosos, un ejemplo de loanterior es el robot controlado por microprocesadores. Un adecuado análisis de costos será el quedecida la opción más ventajosa, considerando todos los factores que afectan a la operación desoldadura.

8.2.- Geometría de la Pieza.

La automatización generalmente se facilita con la máxima simplicidad geométrica, tal comosoldaduras rectas o circulares. Ejemplo de ello es la soldadura de recipientes circulares, que sesueldan rápida y fácilmente con equipos automáticos por su propia configuración. Las piezas concomplicadas configuraciones requieren equipos especiales que pueden programarse para seguir lasuniones, o especialmente diseñados para mantenerse en movimiento por medio de posicionadoresy engranajes. El espesor y dimensión de las piezas puede ser un factor determinante en cuanto a lasnecesidades de equipamiento.

8.3.- Ambiente del Lugar de Trabajo.

Las condiciones ambientales en que vaya a realizarse la soldadura pueden influir en el tipode equipamiento necesario. Los lugares al aire libre necesitan de protección contra los elementosatmosféricos , tales como: viento, lluvia, nieve, polución, calor o frío.

Figura 6 - Efecto del volumen de producción sobre el costo unitario de diferentes equipos para soldadura,


41J. A. A.

Las consideraciones económicas no asociadas directamente con la operación de soldadurapueden jugar un papel decisivo a la hora de determinar las necesidades de automatización. En loscasos de tener que efectuar soldaduras en centrales nucleares, el alto costo que supone la parada dela central para efectuar reparaciones nos lleva a optar por sistemas automáticos de alta velocidad desoldadura, pasando a un segundo lugar los costos propios de la reparación y cualquier otraconsideración.

8.4.- Exactitud de las Piezas.

Los equipos para soldadura automática normalmente precisan mayores exactitudes en lasdimensiones de las piezas que las que requiere la soldadura manual. El soldador puede efectuarcorrecciones para compensar incorrecciones que son muchos más difíciles de corregir por mediosmecánicos. Existen dispositivos que permiten corregir las diferencias que pudieran existir en lasituación de la unión y en su anchura. En la mayoría de los casos, la exactitud de las piezas puedecorregirse fácilmente dentro de unos límites especificados, mediante un mejor control de la maquinade soldar. No tendría sentido una elaboración precisa de las piezas si luego no pueden controlarsecon precisión los parámetros de la maquina.

8.5.- Manejo de los Materiales.

El carácter continuo de la soldadura automatizada requiere de sistemas asociados para elmanejo de los materiales, los cuales están, en muchos casos, integrados en la secuencia de trabajode la estación de soldadura. En las estaciones de soldadura de carga manual es normalmente eloperario el que efectúa la función de carga. En muchos casos de soldadura automática, laincorporación de piezas también se efectúa automáticamente mediante cintas transportadoras odispositivos, los cuales también se utilizan para su retirada una vez efectuada la soldadura.

8.6.- Seguridad.

Las condiciones de seguridad requieren más atenciones de lo usual durante la operación,puesta a punto y mantenimiento de una estación de soldadura automatizada. El personalnormalmente trabaja próximo a la maquina durante su puesta a punto, programación ymantenimiento. La mayoria de las máquinas de soldar automáticas disponen de sistemas dedirección y componentes de movimientos rápidos . Son requisitos típicos de seguridad de estasmaquinas los sistemas que previenen la seguridad de los fallos y el acceso fácil a los interruptoresde emergencia que detienen al equipo. En las operaciones normales de producción el operador debede mantenerse alejado del equipo, esto requiere el empleo de barreras con cierre conectado al equipopara prevenir el posible descuido de retiarlas inadvertidamente.

8.7.- Tasa o Velocidad de Deposición.

Uno de los beneficios de la automatización es el incremento que se consigue en lasvelocidades de deposición del material de aporte, incluso con los procesos que normalmente seutilizan para soldadura manual o semiautomática. Como se ve en la figura: 7, los procesos desoldadura automáticos muestran un incremento del 40% sobre la soldadura semiautomática, tantocon alambres sólidos como tubulares (GMAW, FCAW y GTAW), y de un 250% sobre la soldadura


42J. A. A.

con electrodos revestidos. A menudo, los ahorros de costo que se derivan de las mejoras de losprocesos justifican la inversión en equipos automáticos.

8.8.- Factor de Operación.

El aumento del factor de operación puede ser significativo en la soldadura automática; si nosfijamos en la tabla 13 del apartado 5.1, el factor de aportación en la soldadura manual varia entre el5% y el 30% mientras que en la soldadura automática su variación es entre el 50% y el 95%. Conla soldadura semiautomática también se consigue un sensible, aunque menor incremento, siendo elfactor medio de operación del 35%.

8.9.- Diseño de la Junta o Unión.

Otro beneficio que se obtiene del empleo de la automatización es la posibilidad de mayoresvelocidades de deposición del metal de aportación, lo cual, a su vez, permite la utilización de diseñosde uniones más eficientes; por ejemplo, es posible con sistemas automatizados cambiar de lapreparación en “V” con ángulo de 60/ a la preparación con bordes rectos, tal como se emplea en lasoldadura”narrow gap”. Este cambio facilita una mayor velocidad de soldadura, junto con una menorcantidad de metal depositado y menores variaciones de la dimensión del cordón.

Pequeñas variaciones de la dimensión del cordón se traducen en menores cantidadesconsumidas de material de aporte.

Figura 7 - Velocidades de deposición de metal de soldadura con diferentes procesos de soldadura por arco al soldar tubería en posición 5G o PF/G, tubo horizontal sin girar.


43J. A. A.

8.10.- Factor General de Mejora.

Diferentes factores han sido considerados viéndose como se mejora la productividad en lasoldadura automatizada. El “factor general de mejora” es el producto de aquellos, entre los que seincluyen el factor de operación, el factor que evita el exceso de metal de soldadura y el factor quemejora el proceso de soldadura.

Con la sustitución de un sistema semiautomático de soldadura GMAW o FCAW, por otroautomático para efectuar uniones en ángulo, podemos suponer un factor de mejora del proceso de1,4, un factor de reducción de metal de soldadura de 2,25 y un factor de operación de 2,5. Lo anteriorsupone en factor general de mejora próximo 8.

8.11.- Operaciones Combinadas.

La automatización permite el diseño de equipos que utilicen varias torchas o pistolas desoldadura o que efectúen simultáneamente otras operaciones. Esto es, una o más torchas o pistolasde soldadura pueden estar en operación al mismo tiempo que otras operaciones tales como taladrado,biselado y punzonado, lo cual aumenta la productividad global y representa una rápida amortizacióndel equipo.

8.12.- Costos de Instalación.

Existen diferentes requisitos que son específicos para las instalaciones automáticas; entreellos se encuentran las necesidades de espacio, cimentaciones, instalaciones especiales y accesorios.No es inusual el que el costo de instalación de una estación de soldadura automatizada esté entre el5% y el 10% del costo inicial del equipo, por lo que su consideración debe tenerse en cuenta alefectuar los oportunos análisis de costos.

8.13.- Selección del Equipo y Herramientas.

La responsabilidad económica del Ingeniero de Soldadura, en cuanto a los costos del equipoy sus herramientas o accesorios, es obtener el mínimo costo de estos materiales por unidad deproducto durante el tiempo de fabricación. Para determinar el empleo más eficaz del capital ainvertir, la dirección debe conocer el porcentaje de retorno de la inversión. Los factores a tener encuenta para realizar estos cálculos son:

% Ahorros brutos anuales, incluyendo los de mano de obra directa, gastos generales y demantenimiento y reparación que se esperan, en comparación con los costos que existían con losmedios actuales.

% Los ahorros de mano de obra directa se refieren a aquellos asociados al costo del operador quevaya a ser utilizado.

% Los ahorros en los gastos generales incluyen los de inspección, servicio, energía y similares. Lastasas de depredación no deben ser consideradas al analizar los factores de los costos de operación.


44J. A. A.

% Los ahorros de mantenimiento y reparación tienen en cuenta el mantenimiento diario que seanecesario y los costos por reparación normales.

% Velocidad de retorno de la inversión, donde se contempla el interés anual de la parte no pagadadel capital invertido. Sobre esta base, el cargo del capital anual en relación con la substituciónconsiste en: a) la amortización anual o reducción del capital invertido en el equipo y b) el interésanual de la parte no amortizada de la inversión.

Este concepto se comprende mejor si se ve como una hipoteca que la dirección de la empresatoma sobre el equipo. Los pagos normales de esta hipoteca se efectúan con los ahorros anuales o elaumento de beneficio.-

APÉNDICE

EJEMPLOS:

Determinar el costo mediante soldadura con electrodos revestidos de 10 metros de junta a tope enposición plana (bajo mano) entre dos chapas de 30 milímetros de espesor con una preparación debordes (chaflán) en “V” según el croquis de la figura: 8

La soldadura se efectuará con electrodos revestidos de la clasificación AWS - A5.1 - E-7018de 450 mm. de longitud y de 3,25 mm. de diámetro para los dos primeros cordones o pasadas de raízy de 4,00 mm. de diámetro para el resto de los cordones.

Los datos necesarios para la aplicación de las formulas del apartado 7 son las siguientes:

1A = 150 amp. Para los electrodos de 3,25 mm. de diámetro.

2A = 200 amp. Para los electrodos de 4,00 mm. de diámetro.

1D = 1,9 Kg./hora

2D = 2,6 Kg./hora.

(Los datos precedente son dados por el proveedor)

Figura 8


45J. A. A.

E = 65%, dato obtenido de la tabla del apartado 3.3.F = 0, no se emplea gas.G = 0, no se emplea gas.L = 2.000 pesos/hora (valor estimado).

1M = 573 pesos/kilo para electrodos de 3,25 mm. (valor arbitrario).

2M = 520 pesos/kilo para electrodos de 4,00 mm (valor arbitrario).N = 10 metros.O = 3.000 pesos/hora (valor estimado).P = 11,00 pesos/Kwh, (valor estimado.S = Para su cálculo primeramente obtendremos el área de la sección transversal,

descomponiendola en dos triángulos y un rectángulo como se indica en la figura: 9

tg 30/ = a/27; a = 27 × 0,57 = 15,39 mm.

Área triángulos: 15,39 × 27 = 415,53 mm2

Área rectángulo: 2 × 30 = 60 mm2

Área total: 475,53 mm .2

Suponemos que los dos primeros cordones con electrodos de 3,25 mm. de diámetro ocuparánun 5% del área total (23,79 mm ) y el resto del área (451,75 mm ) será soldada con electrodos de 4,02 2

mm. de diámetro, por ello tendremos:

1S = 0,00002378 m × 7.800 kg/m = 0,185 kg/m.2 3

2S = 0,00045175 m × 7.800 kg/m = 3,523 kg/m.2 3

1V = 24 Voltios, dato obtenido del catalogo de proveedor.

2V = 26 Voltios, dato obtenido del catalogo de proveedor.

1W = 0,185 kg/m × 10 m = 1,85 kg.

2W = 3,523 kg/m × 10 m. = 35,23 kg. Z = 25%, valor obtenido de la tabla 13 del apartado 5.1

Aplicando las formulas (16) a (20) del apartado 7 para el electrodo de 3,25 mm. y para el de4,0 mm de diámetro tendremos:

1 2a = 0, no se emplea gas a = 0, no se emplea gas

11 × 24 × 150 11 × 26 × 2001 2b = ——————— = 20,84 pesos/kg. b = ——————— = 22 pesos/kg.

1000 × 1,9 1000 × 2,6

Figura 9


46J. A. A.

573 5201 2c = ——— = 881,54 pesos/kg. c = ——— = 800,0 pesos/kg.

0,65 0,65

2.000 2.0001 2d = ————— = 4.210,5 pesos/kg. d = ————— = 3.077 pesos/kg.

1,0 × 0,25 2,6 × 0,25

3.000 3.0001 2e = ————— = 6.315,7 pesos/kg. e = ————— = 4.615,3 pesos/kg.

1,9 × 0,25 2,6 × 0,25

1 1 1 1 1 1f = a + b + c + d + e = 11,428,58 pesos/kg.

2 2 2 2 2 2f = a + b + c + d + e = 8.514,3 pesos/kg.————————— 19.942,88 pesos/kg

1g = 11.428,58 × 0,185 = 2.114,3 pesos/m.

2g = 8,514,3 × 3,523 = 29.996,0 pesos/m. ————————

32.110,3 pesos/m.

1h = 11.428,58 × 1,85 = 21.142,873 pesos.

2h = 8.514,3 × 35,23 = 299.958,789 pesos ————————

Costo total = 321.101,662 pesos

O bien = 32.110,3 × 10 = 321.103 pesos

Si suponemos ahora que la soldadura se va a realizar mediante dos pasadas con electrodosrevestidos de 3,25 mm de diámetro, igual que en el caso anterior, y el resto mediante arco sumergidocon alambre EL 12 de 4,0 mm de diámetro y fundente F7AZ, los valores obtenidos anteriormentecon subíndice 1 serían iguales en este caso y los correspondientes al subíndice 2 serán, siguiendo loscriterios ya indicados:

2A = 700 Amp;

2D = 8kg/h,;

2E = 97%;

2M = 249 pesos/kg del alambre + 245 pesos/kg del fundente × 1,1 relación de fundente = = 518,5 pesos/kg.;

2S = 3,523 kg/m.;

2V = 30 volts;

2W =35,23 Kg.;

2Z = 70%, con lo que en este caso:


47J. A. A.

11 × 30 × 7002b = —————— = 28.875,00 pesos/kg.

1000 × 8

518,52c = ———— = 534,54 pesos/kg.

0,97

20002d = ———— = 357,15 pesos/kg.

8 × 0,7

30002e = ———— = 535,72 pesos/kg.

8 × 0,7

2f = 1.456,285 pesos/kg.

2g = 1.456,285 × 3.523,0 = 5.130,5 pesos/m.

2h = 1.456,285 × 35,23 = 51.304,920 pesos

1h = 21.142,873 pesos

Costo total h = 72.447,793 pesos

1 2O bien: h = (g + g ) × N = (2.114,3 ( 5.130,5) × 10 = 72.448,0 pesos.

Es decir; el costo en el segundo caso es la tercera parte del primero. Lo cual es lógico dadaslas características propias de los procesos de soldadura empleados.

Empleando ahora las formulas (5) a (15) del apartado 5

Unión soldada con electrodo revestido (SMAW)

FO = 25%; RD = 65%; CS = 2.000 pesos/hora; Costos generales = 3.000 pesos/hora

Para electrodos revestidos de 3,25 mm. de diámetro

1 1 1VD = 1,9 kg/hora. MD = A × D = 0,185 kg/m.

1 CS × MD 2000 × 0,1851MO = —————— = —————— = 779 pesos/m.

1 VD × FO 1,9 × 0,25


48J. A. A.

1 MD 0,1851CA = ——— = ——— = 0,285 kg/m

RD 0,65

1 | 1MA = PA × CA = 573 × 0,285 = 163,3 pesos/m.

3000 × 0,1851GG = ——————— = 1.168,5 pesos/m.

1,9 × 0,25

Para electrodos revestidos de 4,0 mm. de diámetro

2 2 2VD = 2,6 kg/hora. MD = A × D = 3,523 kg/m

2 CS × MD 2000 × 3,5232MO = —————— = —————— = 10.840 pesos/m.

2 VD × FO 2,6 × 0,25

2 MD 3,523

2CA = ——— = ——— = 5,42 kg/m RD 0,65

2 2 2MA = PA × CA = 520 × 5,42 = 2,818 pesos/m.

3000 × 2,5232GG = ——————— = 16.260,0 pesos/m.

2,6 × 0,25

1 2 1 2 1 2MO + MO + MA + MA + GG + GG = 32.028,8 pesos/m.

Costo total: 10 × 32.028,8 = 320.288 pesos

Unión soldada con electrodos revestidos y arco sumergido

CS = 2.000,00 pesos/hora. Costos generales = 3.000,00 pesos/hora.

Electrodos revestidos de 3,25 de diámetro (como en el caso anterior)

1 1 1MO = 779,0 pesos/m. MA = 163,3 pesos/m. GG = 1.168,5 pesos/m.

Para arco sumergido con alambre de 4,0 mm de diámetro

FO = 70%RD = 97%

3VD = 8kg/hora

3 2MD = A × 3,523 kg/m.PF = 245 pesos/kg.RF = 1,1


49J. A. A.

3 CS × MD 2000 × 3,5233MO = ————— = —————— = 1.258,2 pesos/m.

3 VD × FO 8 × 0,7

3 MD 3,5233CA = ——— = ——— = 3,63 kg/m.

3 RD 0,97

3 3 3MA = PA × CA = 249 × 3,63 = 903,87 pesos/m.

3 3CF = PF × CA × RF = 245 × 3,63 × 1,1 = 978,29 pesos/m.

3000 × 3,5233GG = —————— = 1.887,3 pesos/m.

8 × 0,7

1 3 1 3 3 1 3MO + MO + MA + MA + CF +GG + GG = 7.138,5 pesos/m.

Costo total: 10 × 7.138,5 = 71.385 pesos

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50J. A. A.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

% “Die Schwei Btchnik des Bauingenieurs” - por B. Sahling y K. Latzing

% “Cálculo de Costos” - por el Ing. Sold. G. Beecher, de Unterpfaffenhofen - Munich - R.F.A.

% “The Global Approach to Welding Cost” - por el Ing. Henk J. M. Bodt LPI

% “Techcommentary” - Vol. 1 n/: 2 del Center for Materials Fabrication.

% “Welding Handbook” Vol. N/: 5 de la A.W.S.

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