UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN

NICOLAS DE HIDALGO

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

TESIS

DESARROLLO DE UN PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA

PARA LA UNIN DE BARRAS DE ACERO DE REFUERZO

ESTRUCTURAL MEDIANTE EL PROCESO SMAW

PARA OBTENER EL TTULO DE

INGENIERO MECNICO

PRESENTA

RENE SOLIS GARCIA

ASESOR

DR. CUAUHTEMOC MALDONADO ZEPEDA

Morelia, Mich. Enero del 2008.

Tesis

INDICE

RESUMEN...I

NDICE.II

OBJETIVO..II

CAPITULO 1. REVISIN BIBLIOGRFICA..1

1.1. CARACTERSTICAS GENERALES DE LOS ACEROS DE REFUERZO ESTRUCTURAL.1

1.1.1. DEFINICIN Y CLASIFICACIN DE LOS ACEROS DE REFUERZO ESTRUCTURAL...1

1.1.2. DIMENSIONES DEL ACERO DE REFUERZO....2

1.1.3. COMPOSICIN QUMICA..3

1.1.4. ACABADO..5

1.1.5. RESISTENCIA A LA TENSIN8

1.1.6. DOBLADO..9

1.1.7. INSPECCIN METALRGICA MACROSCPICA..10

1.1.8.MARCADO...14

1.1.9. IDENTIFICACIN DOCUMENTAL15

1.1.10. TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO16

1.1.11. CRITERIOS PARA ACEPTACIN O RECHAZO..16

1.1.12. PROCESO DE FABRICACIN17

1.1.13. EL ACERO SE PUEDE OBTENER A PARTIR DE DOS MATERIAS PRIMAS FUNDAMENTALES17

1.1.12. LA CHTARA19

1.1.15. PRINCIPIOS BSICOS PARA LA OBTENCIN DEL ACERO20

1.1.16. FABRICACIN EN HORNO ELCTRICO22

1.1.17. PROCESO DE FABRICACIN DEL ACERO22

1.1.18. EL CONTROL DEL PROCESO......23

1.1.19. LA COLADA CONTINUA.24

1.1.20. LA LAMINACIN25

1.1.21. EL HORNO DE RECALENTAMIENTO25

1.1.22. EL TREN DE LAMINACIN.25

Tesis

1.2. ASPECTOS GENERALES DE SOLDADURA POR ARCO ELCTRICO...27

1.2.1. EL ARCO ELCTRICO COMO FUENTE DE CALOR27

1.2.2. ARCO ELCTRICO..27

1.2.3. CARACTERSTICAS DE ARCO29

1.2.4. FUENTES DE POTENCIA30

1.2.5. CARACTERSTICAS DE LA FUENTE DE SOLDADURA32

1.2.6. PROCESOS CONVENCIONALES DE SOLDADURA POR ARCO ELCTRICO34

1.2.7. PRINCIPIO DEL PROCESO DE ELECTRODO REVESTIDO (SMAW).35

1.2.8. CONSUMIBLES DE SOLDADURA......37

1.2.9. FUNCIONES Y CARACTERSTICAS DEL REVESTIMIENTO...38

1.2.10. LAS FUNCIONES QUE CUMPLEN EL REVESTIMIENTO...39

1.2.11. FABRICACIN DE LA VARILLA...41

1.2.12. COMPOSICIN DEL REVESTIMIENTO........42

1.2.13. CLASIFICACIN DE ELECTRODOS......................51

1.2.14. CLASIFICACIN AWS ELECTRODOS RECUBIERTOS PARA SOLDADURA POR ARCO DE ACEROS DE BAJA ALEACIN DE LA ESPECIFICACIN A5.5....52

1.2.15. CONSERVACIN Y MANIPULACIN DE LOS ELECTRODOS...57

1.3. CRITERIOS Y ASPECTOS DEL CDIGO, ESPECIFICACIONES DE UN PROCEDIMIENTO DESOLDADURA...58

1.3.1. JUNTAS Y UNIONES59

1.3.2. METAL BASE59

1.3.3. TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO.....60

1.3.4. METAL DE APORTE..61

1.3.5. POSICIN DE SOLDADURA..63

1.3.6. REGISTRO DE LA CALIFICACIN DEL PROCEDIMIENTO.65

1.3.7. CALIFICACIN DE SOLDADORES Y OPERADORES DE SOLDADURA.66

1.4. CRITERIO Y ACEPTACIN DE LOS RESULTADOS...68

1.4.1. ENSAYO DE TENSIN68

1.4.2. INSPECCIN VISUAL69

1.4.3. ENSAYO METALOGRAFICO70

1.4.4. CRITERIO DE MUESTREO70

1.4.5. ENSAYO DE DUREZA71

Tesis

CAPITULO 2. DESARROLLO EXPERIMENTAL......73

2.1. CARACTERIZACIN DEL METAL BASE..........74

2.1.1. METAL BASE UTILIZADO 74

2.1.2. ANLISIS METALOGRAFA DEL MATERIAL BASE 75

2.1.3. PREPARACIN DE BORDE.....76

2.2. ESTABLECIMIENTO DE PARMETROS DE SOLDADURA..77

2.2.1. TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO..77

2.2.2. SELECCIN DE MATERIAL DE APORTE78

2.2.3. EQUIPO UTILIZADO78

2.3. EJECUCIN DE LA UNIN..80

2.3.1. SECUENCIA DE SOLDEO80

2.4.INSPECCIN Y ENSAYOS PARA ACEPTACIN DE LA UNIN..82

2.4.1. ULTRA SONIDO..........82

2.4.2. ANLISIS METALOGRAFICO..........83

2.4.3. ENSAYO TENSIN.86

2.4.4. ENSAYO DE DUREZA...87

CAPITULO 3.- ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS88

CONCLUSIN...101

BIBLIOGRAFA..102

Tesis

RESUMEN

En Mxico se suelda una gran cantidad de acero de refuerzo estructural, en la

construccin de elementos estructurales principales, tales como Trabes o Columnas

de concreto u hormign o elementos precolados, y en elementos mixtos de barras de

acero de refuerzo con aceros estructurales.

La mayora de estas uniones se pone de manifiesto en que dichas soldaduras

son ejecutadas sin procedimientos calificados y sin soldadores certificados, esto

aunado an ms, a que la supervisin tcnica en obra en su mayora desconoce los

criterios de ejecucin, calificacin, inspeccin y especificaciones de uniones soldadas

de barras de refuerzo estructural acorde a lo estipulado por algn Cdigo, Norma o

Especificacin, siendo uno de ellos el establecido por la American Welding Society

(AWS), normatividad ms aceptada y utilizada a nivel nacional. Normatividad que se

encuentra en el idioma ingls y dividido en varias secciones, lo cual hace an ms

difcil su conocimiento, interpretacin y aplicacin, a nivel de obra.

Tesis

INTRODUCCIN

En base a la problemtica mencionada anteriormente, hace que el presente

trabajo se justifique al desarrollar y calificar un procedimiento de soldadura para la

unin de barras de acero de refuerzo estructural del tipo ASTM A-615M Grado 42,

tomando en cuenta el efecto de las variables principales del proceso de soldadura por

electrodo revestido (SMAW), sobre el comportamiento mecnico y metalrgico de la

unin soldada, considerando los aspectos fundamentales de la soldabilidad del

material, el dimetro del mismo, el tipo de junta y la geometra de la misma a soldar.

Objetivo

Los objetivos del presente proyecto son:

Desarrollo de un procedimiento de soldadura para la unin de barras de acero

de refuerzo estructural utilizadas en la construccin de elementos estructurales

de columnas y trabes de concreto u hormign, mediante el proceso de

soldadura por fusin de electrodo revestido (SMAW), y que dicha unin,

cumpla con las propiedades requeridas en servicio.

Determinar la soldabilidad de las barras de acero de refuerzo estructural del

tipo ASTM A-615M Grado 42.

Calificar el procedimiento experimental utilizado en la unin de las barras

ASTM A-615M Grado 42.

Tesis

CAPITULO 1. REVISIN BIBLIOGRFICA

1.1. CARACTERSTICAS GENERALES DE LOS ACEROS DE REFUERZO ESTRUCTURAL.

En esta revisin se trataran los trminos o conceptos bsicos de la definicin y

clasificacin de los aceros de refuerzo estructural usados en la industria de la

construccin, sobre todo en la fabricacin de componentes estructurales de concreto u

hormign. Tambin se hace una breve introduccin de los procedimientos de

soldadura usados en la unin de los aceros de refuerzo estructural y la soldabilidad de

los mismos.

1.1.1. DEFINICIN Y CLASIFICACIN DE LOS ACEROS DE REFUERZO ESTRUCTURAL

El acero de refuerzo estructural, tiene gran aplicacin en la fabricacin de

trabes y columnas estructurales de hormign. Este grupo de varillas o de barras de

acero de refuerzo estructural, se utilizan principalmente para tomar los esfuerzos

internos de tensin que se generan por la aplicacin de cargas, por la contraccin

durante la etapa de fraguado o cambios de temperatura en una estructura de concreto

hidrulico. Los elementos de acero estructural pueden ser barras lisas o corrugadas.

Tesis

Los aceros de refuerzo se clasifican como se indica en la Tabla 1.1. Esta clasificacin

se basa en la resistencia de cedencia que pueda resistir dicho material.

Tabla 1.1. Clasificacin de los aceros de refuerzo

Resistencia de cedencia

MPa (Kg/cm2)

G r a d o

294 (3000) 30

412 (4200) 42

510 (5200) 52

412 (4200) 42 Baja aleacin

1.1.2. DIMENSIONES DEL ACERO DE REFUERZO

La masa de las barras o varillas de acero de refuerzo estructural y el rea de su

seccin transversal, consideradas individualmente, no sern menores del 94% de los

valores nominales.

Las tolerancias en masa no deben de exceder los lmites indicados o sealados

a continuacin:

Masa unitaria Variacin en el lote 3.5%. En varillas individuales 6%.

A menos que se especifique lo contrario, no ser motivo de rechazo cualquier

exceso en la masa o en el rea de las varillas, con respecto a los indicados en la Tabla

1.2.

La masa nominal por metro ser calculada con el dimetro nominal en

centmetros y la densidad del acero = 7.84 , empleando la Ec.1.1.

Masa Nominal = Ecuacin.1.1

Tesis

El dimetro nominal de una varilla corrugada es equivalente al dimetro de una

barra sin corrugaciones que tenga la misma masa nominal en su seccin trasversal.

Tabla 1.2. Valores nominales indicados

Numero Masa nominal

en

Dimensiones nominales

Dimetro

mm

rea de la

seccin

trasversal en

mm2

Permetro en

mm

2.5 0.388 7.9 49 24.8

3 0.560 9.5 71 29.8

4 0.994 12.7 127 39.9

5 1.552 15.9 198 50.0

6 2.235 19.0 285 60.0

7 3.042 22.2 388 69.7

8 3.973 25.4 507 79.8

9 5.033 28.6 642 89.8

10 6.225 31.8 794 99.9

11 7.503 34.9 957 109.8

12 8.938 38.1 1140 119.7

1.1.3. COMPOSICIN QUMICA

Cuando se especifique en la orden de compra, el fabricante debe proporcionar

por colada la composicin qumica por colada especificando el contenido de carbono,

manganeso, fsforo, azufre y carbono equivalente.

Tesis

Anlisis de colada:

El contenido de fsforo en el acero no debe exceder a 0,050 %, en masa

Anlisis del producto:

Un anlisis puede ser hecho por el comprador. El contenido de fsforo en la

varilla no debe exceder a 0,062 %, en masa.

El anlisis de colada ser tal que el carbono equivalente no sea mayor de 0,55

%.

Calculado como se indica en la especificacin AWS D1.4 para lingote o

palanquilla, riel, eje. La Ec.1.2.

Para lingote o palanquilla de acero de baja aleacin la Ec.1.3.

Ecuacin.1.2

Ecuacin.1.3

Donde:

Carbono equivalen

Porcentaje de carbono

Porcentaje de manganeso

Porcentaje de cobre

Porcentaje de nquel

Porcentaje cromo

Porcentaje molibdeno

Porcentaje vanadio

6%%..

MnCEC

Tesis

1.1.4. ACABADO

Las varillas de acero tendrn buena apariencia, sin defectos exteriores

perjudiciales tales como grietas, traslapes, quemaduras y oxidacin excesiva. No ser

causa de rechazo, la presencia en la superficie de escamas, irregularidades u xido,

siempre y cuando desaparezcan mediante la limpieza manual con un cepillo de

alambre o chorro de arena y la probeta as limpiada, cumpla con los requisitos

dimensionales y mecnicos.

Su superficie est provista de rebordes (corrugaciones) que inhiben el

movimiento relativo longitudinal entre la varilla y el concreto que la rodea como se

muestra en la figura 1.1.

Las corrugaciones estarn distribuidas uniformemente a lo largo de la varilla y

el espaciamiento o distancia promedio entre corrugaciones a cada lado de la varilla, no

exceder de 0.7 veces su dimetro nominal. Las corrugaciones sern similares en

tamao y forma y sus dimensiones muestra en la Tabla 1.3.

La posicin de las corrugaciones con respecto al eje longitudinal de la varilla

formar un ngulo de 45 como mnimo. Cuando el eje longitudinal de cada

corrugacin forme un ngulo con el de la varilla, entre 45 y 70, las corrugaciones de

un lado estarn en direccin contraria a la direccin que tienen en el lado opuesto.

Cuando el eje de cada corrugacin forme un ngulo mayor de 70, no se requiere este

cambio de direccin. Cuando existan dos o ms costillas longitudinales, el ancho total

de todas ellas no exceder de 25 % del permetro nominal de la varilla.

Tesis

Las corrugaciones no sern hechas sobre un rea de la barra que contenga

smbolos nmeros o alguna otra indicacin.

Tesis

Figura 1.1. Corrugaciones

Donde:

= Permetro nominal

= Dimetro nominal

= Ancho de costilla o corrugacin

= Altura

= Separacin entre extremos de corrugaciones = 0.125

= Espaciamiento = 0.7

=Angulo entre el eje longitudinal de la corrugacin, con respecto al eje

longitudinal de la varilla.

Tabla 1.3. Dimensiones de corrugaciones

Numero Espaciamiento

mximo promedio

mm

( )

Altura mnima

promedio

mm

( )

Separacin mxima

entre extremos de

corrugaciones

transversales

(cuerda)

mm ( )

2.5 5.6 0.3 3.1

3 6.7 0.4 3.7

4 8.9 0.5 5.0

5 11.1 0.7 6.3

6 13.3 1.0 7.5

7 15.5 1.1 8.7

8 17.8 1.3 10.0

9 20.0 1.4 11.2

10 22.3 1.6 12.5

e a

s

Tesis

11 24.4 1.7 13.7

12 26.7 1.9 15.0

1.1.5. RESISTENCIA A LA TENSIN

La varilla corrugada debe cumplir con los requisitos especificados conforme a

cada grado como se muestran en las Tabla 1.4 y 1.5 para el grado 42.

Tabla 1.4. Requisitos de tensin

Grado 42

Lmite de fluencia

Mnimo

412 MPa

(4 200)

Lmite de fluencia

Mximo

---

Resistencia a la

tensin, mnima

618 MPa

(6 300)

Tabla 1.5. Alargamiento en 200 mm, por ciento mnimo

Nmero de

designacin de

las varillas

Grado

42

2.5 9%

3 9%

4 9%

5 9%

6 9%

7 8%

8 8%

Tesis

9 7%

10 7%

11 7%

12 7%

1.1.6. DOBLADO

Las pruebas de doblado se realizan a temperatura ambiente (mnimo a 16 C)

alrededor de un mandril. En la Tabla 1.6 mediante el dimetro nominal se tiene el

dimetro mnimo del mandril

El dispositivo para la prueba debe cumplir con lo siguiente:

-Aplicacin continua y uniforme de fuerza durante toda la operacin de doblado.

-Que la muestra no tenga restricciones entre el mandril y el rodillo del dispositivo

durante la operacin.

-La muestra debe estar en contacto con el mandril durante el doblado.

-El ngulo de doblado es de 180 para todos los calibres y debe realizarse por el lado

del corrugado y la costilla.

-El material no se deber agrietar ni romper.

Tabla 1.6. Dimetros de doblado

Grado 42

Nmero de

designacin

Frmula para el

clculo del dimetro

mnimo del mandril

2.5 4d

3 4d

4 4d

5 4d

6 5d

Tesis

7 6d

d= Dimetro nominal de la varilla a

doblar en mm.

8 6d

9 8d

10 8d

11 8d

12 8d

1.1.7. INSPECCIN METALRGICA MACROSCPICA

Las varillas de acero se sometern a una inspeccin metalrgica macroscpica

para verificar la presencia de defectos tales como grietas de laminacin radiales o

tangenciales, traslapes o lajas y defectos superficiales con reduccin de rea, tubo de

laminacin o rechupe, grietas de enfriamiento, inclusin de materia contaminante y

porosidad, cuyos resultados cumplirn con lo siguiente:

Grietas de laminacin radial o tangencial

Ninguna de las grietas tendr una longitud mayor de 5% del dimetro nominal

de la varilla y la longitud total de las grietas no ser mayor del 10 % del dimetro

nominal de la misma, como se muestra en la Figura 1.2.

= Longitud de una grieta de

Laminacin radial.

= Longitud de una grieta de

Laminacin tangencial.

= Longitud del defecto

Superficial.

= Longitud del traslape

1L

2L

3L

4L

Tesis

Figura 1.2

Grietas de laminacin radial y tangencial,

defectos superficiales y traslapes

Traslapes o lajas y defectos superficiales con reduccin de rea.

Ninguno de los traslapes, lajas o defectos superficiales, tendr una longitud

mayor del 5% del dimetro nominal de la varilla; la suma total de estos defectos no

ser mayor del 10% del dimetro de la misma. El permetro total daado no ser

mayor al 30% del dimetro, como se muestra en la Figura 1.2.

Tubo de laminacin o

rechupe.

La dimensin

mxima del tubo de laminacin o

rechupe no ser mayor del 10%

del dimetro nominal de la

varilla y el rea mxima del

defecto no ser mayor del 1%

de su rea nominal, como

se muestra en la Figura 1.3.

Tesis

Figura 1.3.

Tubo de laminacin o rechupe

Grietas de enfriamiento.

Ninguna de las grietas de enfriamiento distribuidas en el interior de la seccin

transversal, tendr una longitud mayor del 4% del dimetro nominal de la varilla y la

suma de las longitudes de dichas grietas no ser mayor del 8% del mismo dimetro,

como se muestra en la Figura 1.4.

Figura 1.4.

Grietas de enfriamiento

Tesis

Inclusin de materia contaminante.

La dimensin mxima de cada inclusin no ser mayor del 3% del dimetro

nominal de la varilla, la suma de dichas dimensiones no exceder del 10% de dicho

dimetro y la suma de las reas de las inclusiones no ser mayor del 1% del rea

nominal de la varilla. La separacin entre inclusiones no ser menor de 30% del

dimetro nominal de la varilla, como se muestra en la Figura 1.5.

= Dimensin mxima de la zona de inclusin.

= Separacin entre las zonas de inclusin.

Figura 1.5.

Inclusin de materia contaminante

Tesis

Porosidad.

La dimensin mxima de cada zona porosa no ser mayor del 5 % del dimetro

nominal de la varilla, la suma de dichas dimensiones no exceder del 20% del

dimetro nominal antes citado y la suma de las reas de las zonas porosas no ser

mayor del 1% del rea nominal de la varilla. La separacin mxima entre zonas

porosas no ser menor del 30% del dimetro nominal de la varilla, como se muestra

en la Figura 1.6.

= Dimensin mxima de la zona porosa

= Separacin entre las zonas porosas

Figura 1.6.

Zonas porosas

1.1.8. MARCADO

Tesis

El marcado de las varillas corrugadas ser realizado por el fabricante en lugar

visible, con un espaciamiento mximo entre marca y marca de dos metros.

Las varillas corrugadas sern marcadas en un solo lado con los siguientes

elementos realzados y en el orden en que se indica:

Para la identificacin la varilla se grava para su identificacin como se muestra

en la figura 1.7.

-marca del fabricante con letra(s) y smbolo(s).

-numero de designacin por calibre en octavos.

-procedencia del acero (palanquilla de vaciado continuo ).

-limite de fluencia mnimo en .

-marca registrada (M. R.).

Figura 1.7. Grabado de identificacin

Para el grado 42 puede utilizarse un espacio continuo longitudinal sin

corrugacin a lo largo de 5 espacios.

La letra W cuando se trate de varilla de baja aleacin.

Pas de origen, cuando se trate de varillas importadas. Esta identificacin

puede marcarse en cualquiera de los lados de la varilla.

1.1.9. IDENTIFICACIN DOCUMENTAL

Cuando el fabricante identifique el pedido de las varillas en cualquier

documento, ya sea orden de embarque, remisin, factura, certificado de calidad, entre

otros, indicar como mnimo los datos siguientes:

Tesis

Cantidad en kilogramos (kg) o en toneladas (t)

Grado de la varilla

Dimensiones:

o Dimetro nominal en milmetros (mm) o nmero de

designacin

o Longitud de la varilla en metros (m) recta o doblada

1.1.10. TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO

Con el propsito de evitar el deterioro de las varillas de acero antes de su

utilizacin en la obra, se tendr cuidado en su transporte y almacenamiento,

atendiendo los siguientes aspectos:

Las varillas de acero sern almacenadas y transportadas de tal manera que

no estn en contacto directo con superficies hmedas

Las varillas de acero permanecern libres de polvo, xido, pintura, aceite u

otros materiales contaminantes.

El acero para refuerzo se almacenar de acuerdo con su dimetro.

1.1.11. CRITERIOS PARA ACEPTACIN O RECHAZO

Para que las varillas de acero de refuerzo para concreto hidrulico. Antes de su

utilizacin, el Contratista de Obra o el proveedor cuando se trate de obra por

administracin directa, entregar un certificado de calidad por cada lote, que garantice

el cumplimiento de todos los requisitos establecidos o los especificados en forma

especial en el proyecto, expedido por su laboratorio o por un laboratorio externo.

Con objeto de controlar la calidad de las varillas de acero, durante la ejecucin

de la obra, el Contratista de Obra realizar las pruebas necesarias con la periodicidad

Tesis

que se establezca en el proyecto, que verifiquen que los requisitos qumicos y fsicos

cumplan con los valores establecidos o los especificados especialmente en el

proyecto, entregando a ayuntamiento los resultados de dichas pruebas.

Si por fallas en el equipo de prueba o preparacin incorrecta de los

especmenes de prueba, cualquier espcimen probado no cumple con los requisitos

de calidad establecidos se repetirn las pruebas en dos especmenes adicionales

tomados al azar del mismo lote, por cada espcimen original que haya salido mal. Si

los resultados de los especmenes adicionales probados cumplen con los requisitos

establecidos, el lote ser aceptado.

En cualquier momento el ayuntamiento puede verificar que las varillas de acero

de refuerzo suministradas, cumplan con cualquiera de los requisitos de calidad

establecidos o los especificados especialmente en el proyecto, siendo motivo de

rechazo el incumplimiento de cualquiera de ellos.

1.1.12. PROCESO DE FABRICACIN

El hierro en estado puro no posee la resistencia y dureza necesarias para las

aplicaciones de uso comn. Sin embargo, cuando se combina con pequeas

cantidades de carbono se obtiene un metal denominado acero, cuyas propiedades

varan en funcin de su contenido en carbono y de otros elementos en aleacin, tales

como el manganeso, el cromo, el silicio o el aluminio, entre otros.

1.1.13. EL ACERO SE PUEDE OBTENER A PARTIR DE DOS MATERIAS PRIMAS FUNDAMENTALES

El arrabio, obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de alto horno

(proceso integral); las chatarras frricas, que condicionan el proceso de fabricacin. En

lneas generales, para fabricar acero a partir de arrabio se utiliza el convertidor con

oxgeno, mientras que partiendo de chatarra como nica materia prima se utiliza

exclusivamente el horno elctrico (proceso electro siderrgico) ver Figura 1.8.

Tesis

Figura 1.8. Proceso para obtener el acero

Tesis

1.1.14. LA CHTARA

Tras el proceso de reconversin industrial de la siderurgia se abandona la va

del alto horno y se apuesta de forma decidida por la obtencin de acero a travs de

horno elctrico.

En este proceso, la materia prima es la chatarra, a la que se le presta una

especial atencin, con el fin de obtener un elevado grado de calidad de la misma. Para

ello, la chatarra es sometida a unos severos controles e inspecciones por parte del

fabricante de acero, tanto en su lugar de origen como en el momento de la recepcin

del material en fbrica.

La calidad de la chatarra depende de tres factores:

a) De su facilidad para ser cargada en el horno.

b) De su comportamiento de fusin (densidad de la chatarra, tamao,

espesor, forma, etc.).

c)

De su composicin, siendo fundamental la presencia de elementos

residuales que sean difciles de eliminar en el proceso del horno.

Atendiendo a su procedencia, la chatarra se puede clasificar en tres

grandes grupos:

I) Chatarra reciclada: formada por despuntes, rechazos, etc. originados en la

propia fbrica. Se trata de una chatarra de excelente calidad.

II) Chatarra de transformacin: producida durante la fabricacin de piezas y

componentes de acero (virutas de mquinas herramientas, recortes de

prensas y guillotinas, etc.).

III) Chatarra de recuperacin: suele ser la mayor parte de la chatarra que se

emplea en la acera y procede del desguace de edificios con estructura de

acero, plantas industriales, barcos, automviles, electrodomsticos, etc.

Tesis

Los controles a los que se somete la chatarra se producen en tres niveles:

a) Inspeccin en origen por parte de personal especializado.

b) Inspeccin visual en el momento de la descarga en puerto para material

importado.

c) Control de recepcin en fbrica por unidad de transporte, con

independencia de la procedencia del material (nacional o importado), con

el fin de eliminar todo elemento nocivo, materias explosivas o inflamables,

material radiactivo, as como de todos aquellos metales no frreos, tierras,

cuerpos extraos, etc.

1.1.15. PRINCIPIOS BSICOS PARA LA OBTENCIN DEL ACERO

La obtencin del acero pasa por la eliminacin de las impurezas que se

encuentran en el arrabio o en las chatarras, y por el control, dentro de unos lmites

especificados segn el tipo de acero, de los contenidos de los elementos que influyen

en sus propiedades.

Las reacciones qumicas que se producen durante el proceso de fabricacin del

acero requieren temperaturas superiores a los 1000 C para poder eliminar las

sustancias perjudiciales, bien en forma gaseosa o bien trasladndolas del bao a la

escoria mostrado en Tabla 1.7.

Tesis

Tabla 1.7. Reacciones qumicas para la eliminacin de impurezas

Elemento Forma de eliminacin Reaccin qumica

Carbono Al combinarse con el oxgeno se

quema dando lugar a y

gaseoso que se elimina a travs

de los humos.

Manganeso Se oxida y pasa a la escoria.

Combinado con slice da lugar a

silicatos.

Silicio Se oxida y pasa a la escoria.

Forma silicatos

Fsforo En una primera fase se oxida y

pasa a la escoria.

En presencia de carbono y altas

temperaturas puede revertir al

bao.

Para fijarlo a la escoria se

aade cal formndose fosfato

de calcio.

O

Azufre Su eliminacin debe realizarse

mediante el aporte de cal,

pasando a la escoria en forma

de sulfuro de calcio. La

presencia de manganeso

favorece la desulfuracin.

Tesis

1.1.16. FABRICACIN EN HORNO ELCTRICO

La fabricacin del acero en horno elctrico se base en la fusin de las chatarras

por medio de una corriente elctrica, y afino posterior del bao fundido.

El horno elctrico: El horno elctrico consiste en un gran recipiente cilndrico de

chapa gruesa (15 mm. a 30 mm. de espesor) forrado de material refractario que forma

la solera que alberga el bao de acero lquido y escoria. El resto del horno est

formado por paneles refrigerados por agua. La bveda es desplazable para permitir la

carga de la chatarra a travs de unas cestas adecuadas.

La bveda est dotada de una serie de orificios por los que se introducen los

electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras de grafito de hasta 700 mm de

dimetro. Los electrodos se desplazan de forma que se puede regular su distancia a la

carga a medida que se van consumiendo.

Los electrodos estn conectados a un transformador que proporciona unas

condiciones transformador que proporciona unas condiciones de voltaje e intensidad

adecuadas para hacer saltar el arco, con intensidad variable, en funcin de la fase de

operacin del horno. Otro orificio practicado en la bveda permite la captacin de

humos, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la atmsfera.

El horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular

para proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del bao.

1.1.17. PROCESO DE FABRICACIN DEL ACERO

El proceso de fabricacin se divide bsicamente en dos fases: la fase de fusin

y la fase de afino.

Fase de fusin:

Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y

escorificantes (principalmente cal) se desplaza la bveda hasta cerrar el horno y se

bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, hacindose saltar el arco hasta

fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la

capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.

Tesis

Fase de afino:

El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la

segunda en un horno cuchara.

En el primer afino se analiza la composicin del bao fundido y se procede a la

eliminacin de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fsforo, etc.) y

realizar un primer ajuste de la composicin qumica por medio de la adicin de

ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, nquel, molibdeno,

vanadio, titanio, etc.).

El acero obtenido se vaca en una cuchara de colada, revestida de material

refractario, que hace la funcin de cuba de un segundo horno de afino en el que

termina de ajustarse la composicin del acero y de drsele la temperatura adecuada

para la siguiente fase en el proceso de fabricacin.

1.1.18. EL CONTROL DEL PROCESO

Para obtener un acero de calidad el proceso debe controlarse en todas sus

fases empezando, por un estricto control de las materias primas cargadas en el horno.

Durante el proceso se toman varias muestras del bao y de las escorias para

comprobar la marcha del afino y poder ir ajustando la composicin del acero. Para ello

se utilizan tcnicas instrumentales de anlisis (espectrmetros) que permiten obtener

resultados en un corto espacio de tiempo, haciendo posible un control a tiempo real y

la adopcin de las correcciones precisas de forma casi instantnea, logrndose as la

composicin qumica deseada.

Los dos elementos que ms pueden influir en las caractersticas y propiedades

del acero obtenido, el carbono y el azufre, se controlan de forma adicional mediante un

aparato de combustin. Pero adems de la composicin del bao y de la escoria, se

controla de forma rigurosa la temperatura del bao, pues es la que determina las

condiciones y la velocidad a la que se producen las distintas reacciones qumicas

durante el afino.

Tesis

1.1.19. LA COLADA CONTINUA

Finalizado el afino la cuchara de colada se lleva hasta la artesa receptora de la

colada continua donde vaca su contenido en una artesa receptora dispuesta al efecto.

La colada continua es un procedimiento siderrgico en el que el acero se vierte

directamente en un molde de fondo desplazable, cuya seccin transversal tiene la

forma geomtrica del semiproducto que se desea fabricar; en el caso del acero de

refuerzo la palanquilla.

La artesa receptora tiene un orificio de fondo, o buza, por el que distribuye el

acero lquido en varias lneas de colada, cada una de las cuales disponen de su

lingotera o molde, generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su

refrigeracin con agua, que sirve para dar forma al producto. Durante el proceso, la

lingotera se mueve alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de despegar

la costra slida que se va formando durante el enfriamiento.

Posteriormente se aplica un sistema de enfriamiento controlado por medio de

duchas de agua fra primero, y al aire despus, cortndose el semiproducto en las

longitudes deseadas mediante sopletes que se desplazan durante el corte.

En todo momento el semiproducto se encuentra en movimiento continuo

gracias a los rodillos de arrastre dispuestos a los largo de todo el sistema.

Finalmente, se identifican todas las palanquillas con el nmero de referencia de

la colada a la que pertenecen, como parte del sistema implantado para determinar la

trazabilidad del producto, vigilndose la cuadratura de su seccin, la sanidad interna,

la ausencia de defectos externos y la longitud obtenida.

Figura 1.9. Laminacin

Tesis

1.1.20. LA LAMINACIN

Las palanquillas no son utilizables directamente, debiendo transformarse en

productos comerciales por medio de la laminacin o forja en caliente.

De forma simple, podramos describir la laminacin como un proceso en el que

se hace pasar al semiproducto (palanquilla) entre dos rodillos o cilindros, que giran a la

misma velocidad y en sentidos contrarios, reduciendo su seccin transversal gracias a

la presin ejercida por stos. En este proceso se aprovecha la ductilidad del acero, es

decir, su capacidad de deformarse, tanto mayor cuanto mayor es su temperatura. De

ah que la laminacin en caliente se realice a temperaturas comprendidas entre 1.250

C, al inicio del proceso, y 800 C al final del mismo.

La laminacin slo permite obtener productos de seccin constante, como es el

caso de las barras corrugadas ver Figura 1.9.

1.1.21. EL HORNO DE RECALENTAMIENTO

El proceso comienza elevando la temperatura de las palanquillas hasta un valor

ptimo para ser introducidas en el tren de laminacin. Generalmente estos hornos son

de gas y en ellos se distingue tres zonas: de precalentamiento, de calentamiento y de

homogeneizacin. El paso de las palanquillas de una zona a otra se realiza por medio

de distintos dispositivos de avance. La atmsfera en el interior del horno es oxidante,

con el fin de reducir al mximo la formacin de cascarilla.

1.1.22. EL TREN DE LAMINACIN

Alcanzada la temperatura deseada en toda la masa de la palanquilla, sta es

conducida a travs de un camino de rodillos hasta el tren de laminacin. El tren de

laminacin est formado, como se ha indicado, por parejas de cilindros que van

reduciendo la seccin de la palanquilla. Primero de la forma cuadrada a forma de

valo, y despus de forma de valo a forma redonda. A medida que disminuye la

seccin, aumenta la longitud del producto transformado y, por tanto, la velocidad de

laminacin. El tren se controla de forma automtica, de forma que la velocidad de las

distintas cajas que lo componen va aumentando en la misma proporcin en la que se

redujo la seccin en la anterior.

Tesis

El tren de laminacin se divide en tres partes:

Tren de desbaste: donde la palanquilla sufre una primera pasada muy ligera para

romper y eliminar la posible capa de cascarilla formada durante su permanencia

en el horno.

Tren intermedio: formado por distintas cajas en las que se va conformando por

medio de sucesivas pasadas la seccin.

Tren acabador: donde el producto experimenta su ltima pasada y obtiene su

geometra de corrugado.

Las barras ya laminadas se depositan en una gran placa o lecho de

enfriamiento Figura 1.10. De donde es trasladado a las lneas de corte a medida y

empaquetado, de donde pasa a la zona de almacenamiento y expedicin.

Durante la laminacin se controlan los distintos parmetros que determinarn la

calidad del producto final: la temperatura inicial de las palanquillas, el grado de

deformacin de cada pasada para evitar que una deformacin excesiva de lugar a

roturas o agrietamientos del material, as como el grado de reduccin final, que define

el grado de forja, y sobre todo el sistema de enfriamiento controlado; del producto final

se toman las muestras necesarias para ser sometidas a los ensayos de

caracterizacin mecnica (traccin, doblado-desdoblado, fatiga y carga cclica) y

geomtrica que les son de aplicacin en funcin de las especificaciones establecidas

por la norma conforme a la que ha sido fabricado.

En todo momento se conserva la trazabilidad del sistema, puesto que el

material en rollo o en barra obtenido queda siempre identificado con la colada de la

que procede, y el momento de su laminacin.

Figura 1.10. Lecho de enfriamiento

Tesis

1.2. ASPECTOS GENERALES DE SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO

1.2.1. EL ARCO ELECTRICO COMO FUENTE DE CALOR

Sin duda alguna la soldadura es uno de los mtodos de fabricacin ms

verstiles utilizados en la industria. Por medio de la soldadura se pueden unir una gran

cantidad de metales de composicin y forma muy variada.

Uno de los procesos de soldadura ms utilizados en la industria, es aquel en el

que se emplea un arco elctrico, esto debido a la versatilidad, facilidad y calidad de las

uniones soldadas que se pueden obtener utilizando este tipo de procesos. Las

propiedades que se obtienen mediante los procesos de soldadura dependen mucho

de las caractersticas propias del proceso.

Los procesos de soldadura por arco elctrico producen la fusin entre los

materiales base a soldar y los metales de aporte. La soldadura por arco se define

como un grupo de procesos de soldadura, los cuales producen coalescencia entre los

materiales por el calentamiento y fusin a travs de un arco elctrico, con o sin la

aplicacin de material de aporte.

Antes de describir los procesos convencionales de soldadura por arco elctrico

es necesario entender y analizar lo que es arco elctrico.

1.2.2. ARCO ELCTRICO

El arco elctrico es el paso de la corriente elctrica a travs de un gas ionizado,

llamado plasma, entre las terminales de un circuito elctrico. En la soldadura elctrica

por arco estas terminales son el metal a soldar (pieza de trabajo) y una varilla de metal

llamada electrodo, la cual puede o no ser un consumible, es decir, puede fundirse y

pasar a formar parte de la unin soldada o solo servir para la formacin del arco, el

arco est constituido por un ctodo, una columna de plasma, un nodo como se

muestra en la Figura 1.11.

Tesis

Figura 1.11. Partes del arco elctrico

Cuando el electrodo y la pieza de trabajo se ponen en contacto, la corriente

empieza a circular, si se separan un poco, la resistencia elctrica aumenta

considerablemente por lo que se genera una gran cantidad de calor por efecto Joule.

Este calor ioniza el aire que se encuentra entre el electrodo y la pieza de trabajo, lo

cual lo hace conductor y mantiene el arco. Para entender porque se ioniza el aire,

recordemos que los tomos son como pequeos sistemas solares con un ncleo con

carga positiva y electrones o cargas negativas girando alrededor.

Estas cargas se encuentran en equilibrio, pero bajo la alta temperatura

producida por el efecto Joule los tomos del aire dejan en libertad algunos electrones,

que por ser elctricamente negativos son inmediatamente atrados al nodo o polo

positivo y chocan fuertemente contra l.

El tomo entonces ionizado (desequilibrado) con carga positiva es atrado al

ctodo o polo negativo. Al ganar electrones y establecerse el equilibrio, el tomo es

repelido chocando con nuevos tomos de aire y provocando en ellos el

desprendimiento de nuevos electrones, repitindose as sucesivamente el ciclo. En

estas condiciones el aire se hace conductor de la electricidad, pues la corriente

elctrica no es ms que el transporte de electrones.

Debido a la ionizacin se puede separar unos milmetros el electrodo de la

pieza de trabajo y la corriente seguir pasando debido a que el aire se ha convertido

en conductor de la corriente y la fuerte resistencia que ofrece al paso de la misma,

mantiene la temperatura lo suficientemente elevada para que el aire contine ionizado

y por lo tanto el arco se mantenga encendido. Para formar el plasma se necesita

alcanzar una temperatura, que depende del potencial de ionizacin del gas.

Tesis

La velocidad de los electrones al chocar contra el nodo es enorme, mientras

que los iones positivos chocan con el ctodo a una velocidad menor, por lo cual el polo

positivo se calienta ms que el negativo. En la corriente alterna el nodo y el ctodo se

calienta igual dado que la polaridad est cambiando constantemente.

1.2.3. CARACTERSTICAS DE ARCO

La relacin existente entre voltaje y amperaje del arco se conoce como

caracterstica del arco, Con el mismo amperaje el voltaje aumenta con la longitud de

arco y se muestra en la Figura 1.12.

Figura 1.12. Caractersticas del arco

La caracterstica del arco depende del tamao y naturaleza del ctodo y del

nodo, gas de proteccin, recubrimiento del electrodo y longitud de arco.

Tesis

1.2.4. FUENTES DE POTENCIA

Para lograr buenas soldaduras con electricidad, se necesita una mquina que

controle la intensidad de la electricidad, aumente o disminuya la potencia segn se

requiera y que sea segura para manejarla. Hay tres tipos principales de fuentes

utilizadas en la soldadura con arco como se muestra en la Figura 1.13

Figura 1.13. fuentes de potencia

Fuentes de Potencia

TRANSFORMADORES

CA

TRASNSFORMADORES Y RECTIFICADORES

CC CA Y CC

GENERADORES

IMPULSADO CON MOTOR ELECTRICO

CC

IMPULSADO POR MOTOR DE

COMBUSTION

CAMPO ESTACIONARIO

CC

CAMPO ROTATORIO

CA Y CC

Tesis

FUENTES DE CORRIENTE ALTERNA.

Las fuentes de corriente alterna (CA) se llaman transformadores. Transforman

la corriente de la lnea de alimentacin (que es de alto voltaje y de bajo amperaje) en

una corriente til, pero segura para soldar (que es de bajo voltaje y alto amperaje).

Esto se efecta dentro de la mquina con un sistema de un devanado primario, uno

secundario y un reactor movible como se muestra en la Figura 1.14.

Figura 1.14. Transformador

FUENTES DE CORRIENTE CONTINUA.

Las fuentes de CC se clasifican en dos tipos bsicos: generador y rectificador.

En un generador de CC, la corriente se produce por la rotacin de una armadura

(inducido) dentro de un campo elctrico. Esta corriente alterna generada la captan una

serie de escobillas de carbn y un conmutador o colector y la convierten en corriente

continua. Los rectificadores bsicos son transformadores de CA a los que se ha

agregado un rectificador. La corriente alterna que suministra el transformador se enva

al rectificador que la convierte o rectifica a corriente continua como se muestra en la

Figura 1.15.

Tesis

Figura 1.15. Diagrama de rectificado de corriente

FUENTE DE CA Y CC

Las mquinas de CA y CC suministran corriente alterna o continua.

1.2.5. CARACTERSTICAS DE LA FUENTE DE SOLDADURA

La caracterstica es una curva que representa la relacin que existe en todo

momento entre el voltaje y la intensidad de corriente de la fuente, la corriente y el

voltaje real depende la interseccin entre la relacin entre las caractersticas de la

fuente y las caractersticas del arco elctrico como se muestra en la Figura 1.16.

Figura 1.16. Curvas de relacin entre intensidad y voltaje

Tesis

Fuente de intensidad constante con esta fuente los cambios en la longitud del

arco no provoca grandes intensidades y se obtiene un arco estable como se muestra

en la Figura 1.17.

Figura 1.17. Curva caracterstica de intensidad constante

Una fuente de tensin constante es una mquina en que se puede ajustar la

tensin del arco elctrico y tiene curva caracterstica que tiende a producir una tensin

de salida relativamente constante como se muestra en la Figura 1.18.

Figura 1.18. Curva caracterstica de tencin constante

Tesis

1.2.6. PROCESOS CONVENCIONALES DE SOLDADURA POR ARCO ELCTRICO

Los procesos convencionales de soldadura por arco elctrico son aquellos que

tienen un mayor uso en la industria, stos se podran definir, como se mencion

anteriormente, Estos procesos son:

1. Soldadura por arco con electrodo revestido (Shielded metal arc welding,

SMAW)

2. Soldadura por arco sumergido (Submerged arc welding, SAW)

3. Soldadura por arco de tungsteno y gas (Gas tungsten arc welding, GTAW)

4. Soldadura por arco de metal y gas (Gas metal arc welding, GMAW)

5. Soldadura por arco con electrodo tubular (Flux cored arc welding, FCAW)

El uso de estos procesos de soldadura es enorme, dado el gran nmero de

materiales y espesores que se pueden soldar con ellos, la soldadura de alta calidad

que producen, la facilidad para utilizarlos, el equipo sencillo que requieren, la facilidad

que tienen para emplearse en el taller y en campo, as como la facilidad para

mecanizarse. Sin embargo estas propiedades difieren en mayor o menor grado entre

cada uno de stos procesos. A continuacin se describen algunos de stos procesos.

Tesis

1.2.7. PRINCIPIO DEL PROCESO DE ELECTRODO REVESTIDO (SMAW)

Principio de operacin.

El proceso de soldadura SMAW consiste en un arco que se produce entre la

punta de un electrodo revestido y la pieza de trabajo, el cual produce la coalescencia

de los metales por medio de la fusin producida por el calor generado por el arco

elctrico. Este calor funde el metal base y la punta del electrodo, el cual se trasfiere a

la pileta lquida de soldadura en forma de pequeos glbulos de metal fundido. De

esta forma se deposita metal de aporte conforme el electrodo se va consumiendo, con

una longitud de arco y una velocidad de desplazamiento apropiadas. La pileta lquida

de soldadura se cubre con la escoria proveniente del revestimiento del electrodo a

medida que solidifica, el arco y el rea inmediata queda envuelta por una atmsfera de

gas de proteccin cuando el revestimiento se descompone por el calor del arco La

Figura 1.19. Muestra un esquema del proceso SMAW.

Figura 1.19. Representacin esquemtica del proceso SMAW

El proceso SMAW se aplica en forma manual, su us automtico es limitado y

no es muy frecuente. Puede soldar la mayora de los metales, pero no se usa para

soldar magnesio, metales preciosos y refractarios.

Tesis

Este proceso puede soldar espesores desde 1/16 a un espesor mximo

ilimitado mediante la tcnica de multipasadas. Con este proceso se puede soldar en

todas las posiciones, dependiendo del tipo del electrodo.

Con este proceso la tasa de deposicin de material de aporte y la productividad

estn limitadas por las corrientes de soldadura a que deben de trabajar los electrodos

ya que stos son de una longitud pequea.

Equipo del proceso.

El equipamiento bsico sencillo y econmico para el soldeo con SMAW consta

de los siguientes elementos como en la Figura 1.20.

1. Fuente de potencia

2. Porta electrodo

3. Sistemas de alimentacin de electricidad

- Cables

- Conexin con la pieza de trabajo (tierra)

4. Accesorios

Figura 1.20. Equipo bsico del proceso SMAW

Fuente de potencia.

La fuente de potencia para el proceso SMAW es del tipo de corriente

constante pudindose usar CC o CA, el rango de voltaje y amperaje depender de los

tamaos de electrodos que se usarn.

Porta electrodos.

Es el dispositivo que permite al soldador sostener y controlar el electrodo, as

tambin para poder transmitir la corriente de la fuente de potencia al electrodo.

Tesis

Conexin con la pieza de trabajo.

Conecta a la pieza de trabajo con la fuente de potencia. Debe producir una

conexin fuerte y ser fcilmente sujetada. Por lo general son pinzas tensadas con

resortes o abrazaderas de tornillo.

Cables para soldadura.

Conectan el porta electrodos y la conexin con la pieza de trabajo con la

fuente de potencia para cerrar el circuito de soldadura.

Accesorios.

Como accesorios se podra enumerar a cepillos de alambre, cinceles y martillos

para la limpieza y remocin de la escoria, as como caretas, guantes y delantal de

cuero, etc., para la proteccin bsica del soldador.

1.2.8. CONSUMIBLES DE SOLDADURA

El electrodo revestido es el nico consumible en este proceso Figura 1.21. Un

electrodo revestido es una varilla que tiene un ncleo metlico (alma) de composicin

normalmente similar a la del metal base, cuya funcin es conducir la energa elctrica

para la formacin del arco y mediante su fusin (fundamentalmente) garantizar el

metal de aporte para la formacin de una unin soldada. El electrodo consta adems

de un revestimiento a partir de substancias qumicas que cumple varias funciones y

posee un extremo no revestido que permite fijarlo en el porta electrodo.

Figura 1.21. Componentes del electrodo

Tesis

1.2.9. FUNCIONES Y CARACTERSTICAS DEL REVESTIMIENTO

El revestimiento de un determinado electrodo es una combinacin compleja de

materiales. La composicin qumica exacta del revestimiento de los electrodos

comerciales constituye un secreto que se reserva el fabricante; estos solo publican la

composicin y propiedades del metal que depositan dichos electrodos.

La composicin de los revestimientos suele ser muy compleja. Se trata

generalmente de una serie de sustancias orgnicas y minerales. En la fabricacin de

la pasta para el revestimiento suelen intervenir:

xidos naturales: xidos de hierro, ilemita (50% xido frrico y 50% xido

de titanio), rutilo (xido de titanio), slice (xido de silicio).

Silicatos naturales: caoln, talco, mica, feldespato.

Productos voltiles: celulosa, serrn...

Fundentes

Productos qumicos: carbonatos, xidos...

Ferroaleaciones: de Mn, Si, Ti...

Aglomerantes: silicato sdico, silicato potsico.

Sin embargo, la naturaleza, dosificacin y origen de los componentes

permanece en secreto por parte del fabricante que en la prctica se limita a garantizar

la composicin qumica del metal depositado y sus caractersticas mecnicas: carga

de rotura, lmite elstico, alargamiento y tenacidad.

Dentro de las funciones y caractersticas anteriores existen algunas que son

incompatibles, por lo cual, el fabricante siempre busca un balance y compromiso entre

ellas, a un mnimo costo.

Una vez escogido cada componente, se muele y criba hasta conseguir la

granulometra adecuada y se dosifica, pasando de un sistema de tolvas especficas de

cada producto a una tolva central, donde seguidamente se homogenizan mediante

vibradores distribuyndose despus la mezcla en tolvas destinadas a produccin.

Para aglutinar la mezcla seca y darle consistencia se agrega silicato sdico o

silicato potsico. Una vez obtenida la mezcla hmeda se vierte en una prensa en

donde penetra la varilla por un lado saliendo recubierta en toda su longitud por el lado

opuesto. Se comprueba la excentricidad del recubrimiento y se cepillan ambos

extremos de la varilla revestida. Uno, para el ajuste de la pinza porta electrodos y el

Tesis

otro, para facilitar el cebado de arco. Se marcan con la identificacin del fabricante y el

tipo de electrodo segn (AWS).

El secado previo se lleva a cabo hacindolos pasar por un horno de

funcionamiento continuo, cuya temperatura se incrementa gradualmente para evitar

que se agriete y se desprenda el revestimiento. Para electrodos tipo rutilo normal, el

secado previo a una temperatura es de aproximadamente 100 C es suficiente. Para

electrodos bsicos, despus de este secado previo se pasan a hornos convencionales

de aire para darles un secado final a 400-450 C, con el fin de que el contenido de H2O

a 1.000 C segn AWS, sea inferior a 0,4%. De esta forma nos aseguramos que el

contenido de hidrgeno sea inferior a 10 . Por cada 100 gr/metal depositado.

Posteriormente se empaquetan en cajas de cartn o metlicas. Aqullas suelen

protegerse de la humedad con plstico termoretrctil. En general, debe seguirse la

regla de que los materiales de aporte deben embalarse de tal forma que no sufran

deterioros, ni se humedezcan, ni se sequen.

1.2.10. LAS FUNCIONES QUE CUMPLEN EL REVESTIMIENTO

Como se muestra en la figura 1.22. Un electrodo sin revestimiento y uno con

revestimiento

Provee un gas como atmsfera protectora para la pileta liquida de

soldadura y evitar la contaminacin.

Suministra limpiadores desoxidantes y agentes fundentes.

Establece las caractersticas del electrodo, elctricas y qumicas.

Proporciona un manto de escoria para proteger el metal depositado.

Constituye un medio para adicionar elementos de aleacin.

Proporciona polvo de hierro para mejorar la productividad del electrodo.

Tesis

Los revestimientos adems deben garantizar en lo posible las siguientes

caractersticas:

Ausencia de porosidad y agrietamiento en la unin soldada.

Reducido sobrecalentamiento del electrodo durante su empleo.

Producir una escoria de fcil eliminacin.

Producir escasas salpicaduras.

No deteriorarse durante el transporte y almacenaje.

Tendencia reducida a absorber humedad durante el almacenaje.

Bajo nivel de gases y humos nocivos durante el soldeo.

figura 1.22. Comportamiento del electrodo con y sin revestimiento

Tesis

1.2.11. FABRICACIN DE LA VARILLA

La materia prima el alambrn de 6 a 8 mm de dimetro, que la siderurgia

suministra en rollos o bobinas, de aproximadamente 1.000 Kg. El fabricante

comprueba la composicin a partir del anlisis qumico de un despunte de la bobina y

posteriormente sta pasa a una devanadora protegida por una campana metlica, en

donde el alambrn se retuerce y desprende el xido adherido en el tren de laminado

en caliente. A esta etapa se le denomina decapado mecnico. Al ser la fabricacin de

electrodos un proceso continuo, los extremos de cada bobina se empalman por

resistencia elctrica, eliminando las rebabas de la soldadura con muela de esmeril.

Seguidamente el alambrn pasa a las cajas de trefilado donde tiene lugar una

reduccin progresiva de dimetro hasta el deseado, utilizando sustancias lubricantes

para facilitar la operacin y evitar un endurecimiento del alambre, que le haga

quebradizo. A continuacin se desengrasa o se lava con agua el polvo de jabn

adherido a su superficie. Una mquina endereza y corta las varillas a un ritmo entre

580 y 1400 cortes/minuto, en funcin de su dimetro, los tamaos estndares se

muestra en la Tabla 1.8.

Tabla 1.8.

Tamaos estndares usuales de dimetro y largo

Dimetro Longitud

para toda las clasificaciones

excepto E7020-A1,E7020-G,

E7027-A1

Longitud

para las clasificaciones E7020-A1,

E7020-G, E7027-A1

in. mm in. mm in. mm

3/32 2.4 12 300 12 300

1/8 3.2 14 350 14 350

5/32 4.0 14 350 14 350

3/16 4.8 14 350 14 o 18 350 o 450

7/32 5.6 14 o 18 350 o 450 18 o 28 450 o 700

1/4 6.4 18 450 18 o 28 450 o 700

5/16 8.0 18 450 18 o 28 450 o 700

Tesis

La tolerancia del dimetro del electrodo es 0.002 in. ( 0.05 mm) y de

la longitud es 1/4 in. (10mm) las otras longitudes son aceptables con

acuerdo con el proveedor y el comprador.

1.2.12. COMPOSICIN DEL REVESTIMIENTO

El revestimiento se clasifica en funcin de su composicin que determinar sus

cualidades y aplicaciones.

Acido Bsico Celulsico Rutilo

Electrodos cidos.

Estos electrodos contienen una adecuada proporcin de productos

desoxidantes en forma de ferroaleaciones, FesI, FeMn. Sin embargo, el contenido de

Si en el cordn se mantiene bajo por lo que el metal aportado contiene siempre una

cierta cantidad de oxgeno y, en consecuencia, la resiliencia de la unin es solamente

mediana.

Escorias

Pertenecen al sistema FeO-SiO2-MnO y contienen una gran proporcin de

silicatos de Fe (fayalita) y de Mn (rodonita), as como xidos libres FeO y MnO. La

reaccin es cida, o sea, disuelve los xidos bsicos, tales como el MnO. En

consecuencia, gran parte del Mn se desplaza a la escoria.

Este enriquecimiento en Mn disminuye la viscosidad, proporcionando un cordn

de aspecto liso y facilitando el soldeo.

La escoria de los electrodos tpicamente cidos es abundante, de color negro y

adquiere al solidificar una estructura esponjosa que tiende a hacerse ms compacta y

vdrea a medida que disminuye la acidez. Se separa con bastante facilidad. Por su

abundante escoria se requiere soldar con mayor intensidad e inclinacin adecuada del

electrodo, para evitar que la escoria se anticipe al metal fundido.

Metal depositado

Estos electrodos confieren al metal depositado un contenido de H2 e impurezas

relativamente alto. A menudo, el cordn contiene escorias. La soldabilidad del metal

base debe ser buena, pues en caso contrario pueden producirse grietas en caliente.

Esta susceptibilidad es funcin de la acidez de la escoria y disminuye a medida que

tiende a la neutralidad.

Tesis

Parmetros de uso

Tensin de cebado: entre los 30 y 40 V.

Tensin de funcionamiento: aproximadamente 25 V.

Arco.

Son electrodos de fusin rpida, facilitada en parte por el calor que produce la

oxidacin del Mn. Pueden emplearse con intensidades de corriente elevadas. Se usan

normalmente slo en corriente continua y electrodo unido al polo negativo.

Rendimiento gravimtrico.

El rendimiento gravimtrico estndar es del 95%.

Aplicaciones.

Destinados para soldar aceros normales de construccin de resistencia inferior

a 48 Kg/mm2. Se sola utilizar en juntas a tope o en V en calderera cuando se

requera un buen aspecto del cordn. Tambin por su facilidad en proporcionar

cordones lisos en juntas en ngulo o solapadas.

En este tipo de electrodos, que hace unas dcadas dominaba el mercado, se

ha sustituido progresivamente por los rutilos y bsicos. En la actualidad se encuentran

prcticamente en desuso.

Electrodos celulsicos.

En estos electrodos la celulosa, obtenida a partir de la pulpa de la madera, es

el componente principal. Esta sustancia orgnica se descompone por el calor

desarrollado en el arco, proporcionando un gas protector que asla y protege de la

oxidacin al Mn y al resto de los componentes. Las reacciones de reduccin se

desarrollan en una atmsfera de hidrgeno que cubre el metal fundido.

Escoria.

Es poco voluminosa ya que, recordemos, la proteccin del bao es

esencialmente de tipo gaseoso. Se desprende con facilidad.

Arco.

Producen una gran penetracin gracias al hidrgeno procedente de la celulosa

que el calor del arco libera. La velocidad de soldeo el elevada. Se producen, sin

embargo, abundantes prdidas por salpicaduras.

Metal depositado.

Tesis

El metal depositados por estos electrodos carece prcticamente de oxgeno (O2

0,02%). En cambio, contiene una gran cantidad de hidrgeno (15-25 cm3 por cada

100 gr. de metal depositado). La superficie del cordn es rugosa y ste se enfra

rpidamente.

Rendimiento gravimtrico.

El arco produce un fuerte chisporroteo, con abundantes prdidas por

salpicaduras. El rendimiento estndar suele ser inferior al 90%.

Seguridad de uso.

Los electrodos celulsicos producen una gran cantidad de humos. Por ello, es

recomendable evitar su uso en recintos cerrados, como el interior de calderas,

cisternas, recipientes, etc. Por otra parte, lo enrgico del arco aconseja emplear con

ms rigor los materiales de proteccin, tales como gorras, guantes, mandiles, polainas,

etc. Los electrodos celulsicos no deben resecarse nunca.

Aplicaciones.

Aunque son adecuados para soldar en todas las posiciones, se suelen emplear

exclusivamente para soldar tubera en vertical descendente, porque:

producen muy poca escoria.

se manejan con facilidad.

consiguen una buena penetracin en el cordn de raz, en esta

posicin.

Su uso se est generalizando en oleoductos, y gasoductos en donde resulta

ventajoso soldar en todas las posiciones, sin cambiar los parmetros de soldeo.

Electrodos de rutilo.

El principal componente de estos electrodos es el rutilo, mineral obtenido a

partir de menas que en su estado natural contienen de un 88-94% de TiO2. Tambin

puede extraerse de la ilemita, mineral compuesto por un 45-55% de TiO2 y el resto de

Fe2O3. La proteccin en estos electrodos la proporciona la escoria.

Escorias.

Pertenecen al sistema TiO2-FeO-MnO que dan como resultado titanatos de

hierro o titanatos complejos. La escoria, de aspecto globular o semiglobular, tiene la

Tesis

viscosidad adecuada para permitir la soldadura de elementos con ajuste deficiente o

cuando entre los bordes a unir existe una distancia excesiva, resultando los electrodos

de rutilo idneos en la soldadura con defectuosa preparacin de juntas. La escoria se

elimina con facilidad.

Metal depositado.

Contiene un buen nmero de inclusiones. El nivel de impurezas es intermedio

entre el que presentan los electrodos cidos y los bsicos. El contenido de hidrgeno

puede llegar a fragilizar las soldaduras. El contorno de las costuras en ngulo oscila

entre convexo. En cualquiera de los casos, el cordn presenta un buen aspecto.

Arco.

Fcil encendido y re encendido, incluso con elevadas tensiones de vaco en la

fuente de corriente. La pequea proporcin de celulosa del revestimiento permite una

elevada intensidad de corriente. La cantidad de elementos refractarios del

recubrimiento origina un arco tranquilo, de mediana penetracin.

Parmetros de uso.

Tensin de cebado: entre 40 y 50 V. Se emplean con corriente alterna o con

corriente continua, en ambas polaridades.

Rendimiento gravimtrico.

El rendimiento gravimtrico estndar est comprendido entre el 90 y el 100%.

Aplicaciones.

Estos electrodos son fciles de encender y re encender, poco sensibles a la

humedad, escasas salpicaduras y favorable eliminacin de escoria, que permiten una

razonable velocidad de soldeo constituyen una gama de consumibles muy apreciado.

Resultan por su fcil manejo en cualquier clase de montaje, la escasa

influencia de las condiciones ambientales y por ser adecuados para emplearse en

todas las posiciones, idneos para todo tipo de soldaduras siempre que no se requiera

una elevada tenacidad. Los principales campos de aplicacin son las estructuras

metlicas, en construcciones de calderas y construcciones navales.

Electrodos bsicos.

Los componentes principales son el carburo clcico y el fluoruro clcico. El

revestimiento, que no contiene celulosa ni arcilla, proporciona un gas protector a base

de CO2 procedente del mrmol y del fluoruro de silicio formado a partir de la fluorita e

espato flor, en reaccin con el SiO2. Funden a temperaturas muy elevadas (aprox.

Tesis

2.000 C), razn por la cual necesitan un fundente en su composicin, como el espato

flor.

La elevada proporcin de TiO2 y de silicato potsico, permiten su uso en

corriente alterna. Son fuertemente higroscpicos, por lo que precisan de ciertas

precauciones para evitar que una retencin de humedad origine porosidades en el

metal depositado y fisuraciones bajo el cordn en el soldeo de aceros ferrticos de alta

resistencia o lmite elstico.

Escorias.

Pertenecen al sistema CaO-SiO2, 2CaO-SiO2 y 3Cao-SiO2. La escoria es poco

abundante, de color pardo y aspecto brillante. Su fluidez se controla agregando espato

flor al revestimiento. Sube a la superficie con rapidez por lo que son poco probables

las inclusiones. Se elimina con menos facilidad que la de los otros tipos de electrodos.

Arco.

En general, la velocidad de fusin no es elevada ni tampoco soportan grandes

intensidades de corriente. Ofrecen una velocidad de soldeo razonable en posicin

horizontal y ms rpida en vertical ascendente, porque en esta posicin admiten una

intensidad de corriente ms alta que otros electrodos.

La longitud de arco es ms corta que en el caso de los rutilos. La tensin de cebado es

elevada, aproximadamente. 65 V. Por esta razn, algunos fabricantes proceden a

impregnar de grafito, excelente conductor elctrico, uno de los extremos del electrodo,

para facilitar de esta manera el encendido del arco. Los bsicos son ms difciles de

manejar que los otros electrodos.

Rendimiento gravimtrico.

Oscila entorno al 110%.

Metal depositado.

En el momento de la fusin se produce una verdadera micro metalurgia, con

fijacin de elementos metlicos en el metal fundido. Pueden obtenerse as, por adicin

de elementos adecuados tales como Mn, Cr, Ni, Mo, etc. soldaduras de elevadas

caractersticas mecnicas y de alta resistencia contra determinados agentes

corrosivos. El metal depositados se encuentra prcticamente exento de impurezas,

libre de hidrgeno (H2 10 ppm) y de porosidad, si el revestimiento est seco. Posee

adems una elevada capacidad de deformacin ( aproximadamente. 30%) y presenta

una alta tenacidad.

Tesis

Precauciones especfica. Si el electrodo, por su higroscopicidad, ha captado

humedad deposita un metal poco dctil y, en determinadas circunstancias, propenso a

fisuracin bajo el cordn. Para evitar ambos fenmenos, los electrodos bsicos que

hayan estado expuestos a un ambiente hmedo, deben secarse siguiendo

estrictamente las recomendaciones de su fabricante.

La temperatura de secado en horno o estufa y el tiempo necesario de

permanencia a esa temperatura deben ser los adecuados a la composicin del

revestimiento, que slo el fabricante conoce la exactitud. En efecto, la humedad

absorbida se encuentra en forma de hidrato lo que requiere temperaturas elevadas

para extraer el agua atrapada en los cristales.

Aplicaciones.

El campo de aplicacin es muy amplio. Una de las ventajas de los electrodos

bsicos es que pueden eliminar el S por su reaccin con el Mn, formando compuestos

que pasan a la escoria, por lo que la soldadura realizada con este tipo de electrodos

muestra una gran resistencia al agrietamiento en caliente.

El metal depositado es poco sensible a la figuracin, incluso en soldadura

sometida a fuertes tensiones de embridamiento por condiciones de rigidez. Se utilizan

ampliamente en la soldadura de estructuras metlicas, recipientes sometidos a

presin, construccin naval y maquinaria. Para resolver el problema de su fuerte

higroscopicidad, actualmente se estn desarrollando electrodos bsicos menos

propensos a captar humedad: electrodos LMA (Low Moisture Absortion).

Electrodos de gran rendimiento.

Se denominan electrodos de gran rendimiento aquellos que, cualquiera que

sea la naturaleza de la composicin de su revestimiento, tienen un rendimiento

gravimtrico superior al 130%. Si en los electrodos clsicos, como acabamos de ver, el

rendimiento suele oscilar entre el 80% y 100%, con esta clase de electrodos se puede

llegar hasta el 240%.

El rendimiento de un electrodo viene dado por la relacin del peso del metal

depositado al peso de la varilla fundida Tabla 1.9. La norma UNE-14.038 versa sobre

la determinacin del rendimiento de los electrodos. En general, para su evaluacin se

desprecian 40 mm de su longitud, aproximadamente igual a la parte desnuda del alma

que se aloja en la pinza porta electrodos de 450 mm y 310 mm para los que poseen

una longitud original de 350 mm.

Tesis

Esta clase de electrodos fue desarrollada por VAN DER WILLIGEN en Holanda

a partir del ao 1947, aadiendo polvo de hierro al revestimiento. Parece lgico

suponer que la posicin sobremesa es la ms fcil y favorable para la soldadura. En

efecto, en esa posicin el metal fundido se beneficia de la fuerza de la gravedad y se

pueden conseguir las mximas velocidades de deposicin. Despus de sta, la ms

ventajosa es la horizontal en ngulo. Por la econmica que supone soldar en ambas

posiciones se han desarrollado electrodos especficos que nicamente pueden

emplearse en estas posturas de soldeo. Pertenecen a este grupo aquellos electrodos

cuya penltima cifra en su designacin AWS es un 2. Se les llama tambin electrodos

de contacto. El rendimiento de un electrodo, en general, es funcin de la naturaleza

del revestimiento, del dimetro y de la intensidad de la corriente.

Aplicaciones.

Estos electrodos requieren altas intensidades de soldeo para lograr fundir,

adems del alma, el polvo de hierro agregado a su revestimiento, por lo que resulta

necesarias fuente de energa potentes. Se seleccionan para reducir costes en

soldadura, tanto en construccin naval como en talleres de calderera pesada.

Los electrodos de contacto se emplean en soldadura por gravedad mediante

unos aparatos mecnicos. En los astilleros, cada operario puede controlar 2-4

aparatos simultneamente. Los electrodos bsicos de gran rendimiento con elevadas

caractersticas mecnicas son utilizados en construccin off-shore y calderera

pesada, donde se exigen altos valores de impacto a baja temperatura.

A los electrodos se puede agregar diferentes tipos de metales. Uno de ellos es

el polvo de hierro produce las siguientes ventajas.

Arco ms estable.

Menos destreza para manipular el electrodo.

Aumenta la cantidad de metal depositado para un determinado dimetro de

alma.

Solo puede emplearse en posicin plana.

Tesis

Tabla 1.9. Electrodo de gran rendimiento

Electrodo normal (sin polvo de hierro)

4mm 450 mm

Electrodo con polvo de hierro

4mm 450mm

peso del alma = 40 gramos peso del alma = 40 gramos

peso del metal depositado = 40 gramos peso del metal depositado =70 gramos

rendimiento gravimtrico = (40/40)

100 = 100 %

rendimiento gravimtrico = (70/40)

100 = 175 %

Tiempo de soldeo = 70 segundos Tiempo de soldeo = 70 segundos

El rendimiento en peso Ec. 1.5. de un electrodo es la relacin entre el

metal depositado durante la soldadura y el peso del alma de los electrodos empleados,

multiplicado por cien.

Ecuacin. 1.5.

Los electrodos por el grado revestimiento son:

Delgados. Estos electrodos protegen poco a la pileta de soldadura.

Tesis

Medios. Tienen mayor estabilidad de arco, permiten CA, y protegen

mejor al metal soldado.

Gruesos. Los electrodos con revestimiento grueso permiten obtener las

mejores cualidades del metal de soldadura.

Como se muestra en la figura 1.23.

figura 1.23. Grado de revestimiento

Tesis

1.2.13. CLASIFICACIN DE ELECTRODOS

La Sociedad Americana de Soldadura (AWS) ha establecido una serie de

cdigos de identificacin y a su vez de clasificacin para los diferentes productos que

las grandes y medianas fabricas de electrodos producen para abastecer el mercado,

estos cdigos se han convertido en la referencia ms comnmente usada en Latino-

Amrica por su fcil reconocimiento y manejo y aunque algunos fabricantes nombran

sus productos con sus propios nombres comerciales, los usuarios en su mayora

prefieren llamarlos por su cdigo de identificacin de la AWS.

Otras agencias, especializadas en reas especificas, han establecido sus

cdigo para identificar sus productos, como algunas agencias que regulan los

productos de uso militar, Military (MIL), (American Society Of Mechanical Engineers )

(ASME), el Agencia Americano de constructores de Barcos (American Bureau of

Shipping) (ABS), la Agencia Canadiense de Soldadura (Cannadian Bureau of

Welding) (CBW), solo para nombrar los ms grandes.

La AWS (Sociedad Americana de Soldadura) ha establecido las siguientes

especificaciones de fabricacin de los electrodos revestidos mostrado en Tabla 1.10.

Tabla 1.10.- especificacin de electrodo revisto

ESPECIFICACIONES

AWS

TIPO DE ELECTRODO

A 5.1

Electrodos recubiertos para soldadura por arco de acero al

carbono.

Tesis

A 5.3

Electrodos recubiertos para soldadura por arco de

aluminio y sus aleaciones.

A 5.4

Electrodos recubiertos para soldadura por arco de aceros

resistentes a la corrosin.

A 5.5

Electrodos recubiertos para soldadura por arco de aceros

de baja aleacin.

A 5.6 Electrodos recubiertos de cobre y sus aleaciones.

A 5.11 Electrodos recubiertos de nquel y sus aleaciones.

A 5.15 Electrodos recubiertos para soldadura en hierro colado.

A 5.13 y A 5.21 Electrodos recubiertos para el relleno superficial.

1.2.14. CLASIFICACIN AWS ELECTRODOS RECUBIERTOS PARA SOLDADURA POR ARCO DE ACEROS DE BAJA ALEACIN

DE LA ESPECIFICACIN A5.5

Los electrodos de aceros de baja aleacin se clasifican de acuerdo con

idnticos criterios que los de acero al carbono.

(1) Lo identifica como electrodo.

(2) Y (3) resistencia a la tencin mnima 1000

(4) Indica la posicin del electrodo Tabla 1.11.

(5) Recubrimiento y corriente Tabla 1.12.

(6) Y (7) Composicin estndar del deposito Tabla 1.13.

Tabla 1.11.

E XX1X Cualquier Posicin ( plana, horizontal, vertical y sobre cabeza )

E XX2X Horizontal y plana solamente

E XX3X Plana solamente

Tesis

Tabla 1.12.

Electrodos Tipo de

recubrimiento

Corriente

para soldar

Caractersticas

E-XXX0 Sodio

Celulsico

CDPI Produce depsitos de alta calidad

con profunda penetracin y

cordones planos o cncavos

E-XXX1 Potasio

Celulsico

CA o CDPI Produce depsitos de alta calidad

con una buena penetracin y

acabados planos o ligeramente

cncavos

E-XXX2 Sodio Titanio CA O CDPD Deposito de calidad media, arco

medio, penetracin media y

cordones convexos

E-XXX3 Potasio Titanio CA o CD

ambas

polaridades

Depsitos de media alta calidad,

arco suave, poca penetracin, y

cordones ligeramente convexos

E-XXX4 Titanio polvo

de hierro

CA o CD

ambas

polaridades

Velocidad de depsito rpida,

soldadura de chafln profundo,

filete y traslape, fcil remocin de

la escoria

E-XXX5 Sodio bajo

hidrgeno

CDPI Deposito de alta calidad, arco

suave, penetracin moderada,

cordn plano a ligeramente

convexo, bajo contenido de

E XX4X Plana, sobre cabeza, horizontal y vertical hacia abajo.

Tesis

hidrogeno en los depsitos

E-XXX6 Potasio bajo

hidrgeno

CA o CDPI Deposito de alta calidad, arco

suave, penetracin moderada,

cordn plano a ligeramente

convexo, bajo hidrgeno

E-XXX7 Oxido de

hierro polvo de

hierro

CA o CDPD Llenado rpido, velocidad de

depsito rpida, penetracin

media, poca salpicadura, cordones

planos

E-XXX8 Bajo

hidrgeno

polvo de hierro

CA o CDPI Llenado-solidificado, penetracin

ligera a media, fcil remocin de la

escoria, cordones convexos

Conexin en polaridad directa (PD)

El cable pinza se conecta al polo negativo y el cable masa al polo

positivo. El calor del arco se concentra sobre el material por soldar,

favoreciendo la fusin del mismo Figura 1.24.

Conexin en polaridad invertida (PI)

El cable pinza se conecta al polo positivo y el cable masa al polo

negativo. El calor del arco se concentra sobre la punta del electrodo,

favoreciendo la estabilidad del arco y el deslizamiento del electrodo Figura

1.25.

Figura 1.24. Polaridad directa Figura 1.25. Polaridad inversa

Tabla 1.13.

Tesis

Composicin estndar del deposito

Sufijo %Mn %Ni %Cr %Mo %V

A1 0.5

B1 0.5 0.5

B2 1.25 0.5

B3 2.25 1

C1 2.50

C2 3.25

C3 1 0.15 0.35

D1 & D2 1.25 - 2.00 0.25 - 0.45

G 0.50 0.30 min 0.20 min 0.10 min

A Electrodos para aceros al Carbono-Molibdeno.

B Electrodos para aceros al Cromo-Molibdeno.

C Electrodos para aceros al Nquel.

D Electrodos para aceros al Manganeso-Molibdeno.

NM Electrodos para aceros al Nquel-Molibdeno.

G Electrodos generales de acero de baja aleacin.

M Electrodos similares a las especificaciones militares.

P Electrodos para lneas de tubera de petrleo y derivados.

W Electrodos para aceros climatolgicos.

Sufijo opcional suplementario HZR

H Difusin de hidrogeno

Z No sobrepasar Z ml de H2 por 100g de metal depositado donde Z es

4, 8 o 16

R Resistencia a la humedad

Los electrodos tambin se clasifican en cuatro grupos:

F1, Grupo de alta deposicin

(Tambin conocido como de llenado rpido).

Tesis

El recubrimiento contiene 50% de polvo de hierro por peso y presenta la mayor tasa

de deposicin.

Llenan rpidamente una unin.

Solo se aplican en posicin plana y horizontal.

Tienen poca penetracin.

La escoria se remueve fcilmente.

Producen cordones ligeramente convexos y poca salpicadura.

F2, Grupo de penetracin media

(Tambin conocido como de llenado y solidificacin intermedia).

Tienen un recubrimiento a base de rutilo o carbonato de calcio.

Son excelentes para soldadura de lminas con un espesor inferior a 3/16, donde se

requiere de una velocidad de avance con un mnimo de sobresalto, de

entrampamiento de escoria o de mordeduras. Normalmente, se usa con DCEN.

F3, Grupo de gran penetracin

(Tambin conocido como de solidificacin rpida):

Tienen un recubrimiento celulsico, pueden contener polvo de hierro, rutilo y potasio.

El cordn solidifica rpidamente y se aplica en todas las posiciones.

Especialmente, bueno para soldadura vertical y sobre cabeza.

Excelente para soldar acero de medio carbono en trabajos de construccin y

reparacin.

Bueno para pasadas de raz.

Permiten un fcil control del arco elctrico.

Presentan gran penetracin.

Dejan poca escoria y salpicaduras.

Producen cordones de cara plana.

Mejor seleccin para metal, grasiento, pintado o sucio.

F4, Grupo de bajo de bajo hidrgeno.

Resistentes a la difusin de hidrgeno y fisuramiento.

Se usan en aplicaciones con tendencia al agrietamiento.

Son utilizados en aplicaciones de media o baja soldabilidad.

Tesis

Solidifican rpido.

Durante el enfriamiento la escoria esta ligeramente lquida.

Tienen una deposicin promedio y pueden ser usados en cualquier posicin.

Producen un cordn suave, ligeramente convexo y con poca salpicadura.

Excelentes para soldadura con calidad de rayos X y buenas propiedades mecnicas.

1.2.15. CONSERVACIN Y MANIPULACIN DE LOS ELECTRODOS

El revestimiento del electrodo es muy frgil, por lo que estos se deben de

transportar y almacenar en recipientes suficientemente resistentes evitando cualquier

golpe en su manipulacin. No se deben de utilizar los electrodos que presenten algn

defecto en el revestimiento. Si se emplean electrodos con el revestimiento agrietado o

desprendido la proteccin del bao de soldadura no ser la adecuada y disminuir la

propia estabilidad del arco.

Se recomienda, no transportar un nmero de electrodos mayor de los que se

considere necesario para una actividad determinada. Los electrodos se deben de

manipular con guantes limpios y secos. Estos no deben de exponerse en ambientes

excesivamente hmedos, ni depositarlos sobre superficies contaminadas por grasa,

pintura o suciedad.

El revestimiento de los electrodos es higroscpico, o sea, que absorben y

retienen la humedad con gran facilidad. Si se utiliza un electrodo hmedo, este puede

Tesis

provocar porosidades y fisuras en la unin. Para disminuir los problemas de humedad,

los electrodos revestidos deben ser almacenados y manejados en condiciones

adecuadas, tomando las debidas precauciones.

Tesis

1.3. CRITERIOS Y ASPECTOS DEL CODIGO, ESPECIFICACIONES DE UN PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA

El uso y manejo de cdigos de soldadura en el mbito industrial o de la

construccin es de vital importancia, ya que estas rigen todo un procedimiento y

metodologa ya experimentada dentro de lo que es la produccin, por lo que se puede

garantizar una buena calidad en las juntas soldadas.

La finalidad de trabajar bajo cdigo, es la de poder realizar satisfactoriamente

la elaboracin de uniones soldadas especificando sus procedimientos de fabricacin,

clasificando y calificando a los soldadores u operadores de soldadura que realizan

determinado trabajo.

La especificacin de un procedimiento de soldadura es el documento en el cual

se describe la secuencia de la fabricacin de una junta soldada, especificando toda y

cada una de las variables esenciales y no esenciales que intervienen.

Documento preparado por un departamento tcnico o de ingeniera de la

empresa para dar instrucciones precisas al personal que ejecuta y al que inspecciona

las soldaduras.

El propsito de una WPS es definir y documentar todos los detalles que se

deben tener en cuenta al soldar materiales o partes especficas. Su contenido debe

estar de acuerdo con:

Los requerimientos aplicables de los cdigos de las exigencias del contrato u

orden de compra y de las buenas prcticas de ingeniera

Todas las variables esenciales, relativas a cada proceso de soldadura utilizado.

Todas las variables no esenciales, relativas a cada proceso de soldadura

utilizado.

Las variables esenciales suplementarias, cuando se requieran pruebas de

impacto de la soldadura.

Informacin adicional que se considere necesaria para obtener las soldaduras

deseadas.

Las variables ms comunes especificadas en la especificacin de un procedimiento de

soldadura son:

Tesis

1.3.1. JUNTAS Y UNIONES

Figura 1.26. Tipos de junta.

El proceso de soldadura, el tipo de material, geometra de las piezas y

particularmente el espesor, son los principales factores que se deben de tener en

cuenta al diseo de una junta como se muestra en la Figura1.26. Y 1.27. Que son las

formas en las cuales son preparadas las superficies a unir.

Figura 1.27. Preparacin de borde.

1.3.2. METAL BASE

Es el material sobre el cual se deposita el cordn de soldadura, que de acuerdo

a la especificacin que regulan las caractersticas de los aceros de refuerzo estructural

las emite la ASTM, en Mxico existen normas no oficiales denominadas NMX las

cuales estn en espaol y son muy similares a las de la ASTM.

La asignacin que se le da al acero de refuerzo estructural de acuerdo a ASTM

es A 615 conforme a la resistencia mecnica se le asigna el grado como se muestra

en la tabla 1.14.

Tesis

1.3.3. TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO

Cuando el acero de refuerzo va a soldarse a un acero estructural principal, los

requisitos de precalentamiento del acero estructural deben consultarse en tabla 3.1. El

requisito de precalentamiento mnimo para aplicarse en este caso debe ser el requisito

ms alto de los dos precalentamientos. Sin embargo, debe ejercerse un cuidado

extremo en el caso de soldar acero de refuerzo con aceros templados y revenidos,

dichas medidas deben tomarse para satisfacer los requisitos de precalentamiento de

ambos. Si no es posible, la soldadura no debe usarse para unir los dos metales base.

Tabla 1.14. Temperatura de precalentamiento y entre pasadas.

Rango de carbono

equivalente

Dimetro del acero de

refuerzo con el numero

de designacin por

calibre

soldadura por SMAW

con electrodo de bajo

hidrogeno, temperatura

C

Hasta 0.40 Hasta 11,

14 y 18

No requiere

10

Mayores de 0.40 hasta

0.45

Hasta 11,

14 y 18

No requiere

10

Mayor de 0.45, hasta

0.55

Hasta 6,

De 7 a 11

De 14 a 18

No requiere

10

90

Mayor de 0.55, hasta

0.65

Hasta 6,

De 7 a 11

De 14 a 18

40

90

150

Mayor de 0.65, hasta

0.75

Hasta 6,

De 7 a 18

150

200

Mayor de 0.75 De 7 a 18 260

Tesis

No debe de soldarse cuando la temperatura ambiente es menor de 18c.

Cuando el metal base est debajo de la temperatura indicada para el proceso de

soldadura que se est usando y para el dimetro y el rango de carbono equivalente del

acero de refuerzo que se est soldando, debe precalentarse excepto que se indique

otra cosa de tal forma que la seccin transversal de la varilla como mnimo 50 mm a

cada lado de la unin este por arriba de la temperatura mnima especificada. Las

t