FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA Y...
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA Y METALURGICA ESTUDIO DE PARAMETROS EN EL PROCESO DE MEZCLADO HUMEDO PARA EL INCREMENTO DE PRODUCCION DE UN ELECTRODO BASICO INFORME DE SUFICIENCIA PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERIO METALURGISTA LUIS ALBERTO BRAVO LOPEZ Lima – Perú 2009
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA Y METALURGICA
ESTUDIO DE PARAMETROS EN EL PROCESO DE MEZCLADO HUMEDO PARA EL INCREMENTO DE PRODUCCION DE UN ELECTRODO BASICO
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE
INGENIERIO METALURGISTA
LUIS ALBERTO BRAVO LOPEZ
Lima – Perú 2009
Dedicatoria “Muchas veces me doy cuenta cuanto de mi vida externa e interna está construida sobre la albor de mis congéneres, tanto de los que aún viven y los que han fallecido y cómo debo exigirme a mí mismo con ganas con el fin de dar en retorno lo mucho que he recibido.” ALBERT EINSTEIN
Dedico este informe, y gran parte de mi carrera al soporte infalible de mis padres. Muchísimas gracias por todo lo que han hecho y por siempre estar allí.
RESUMEN
El informe de suficiencia está compuesto básicamente de 3 capítulos.
En el primer capítulo se dan a conocer los conocimientos generales más importantes
sobre el torno que gira a los procesos de soldadura por arco eléctrico.
En el segundo capítulo se realizará una breve descripción del proceso de fabricación de
electrodos con revestimiento con el objetivo de que el lector termine conociendo el
proceso y pueda ubicarse rápidamente en que parte del proceso se realiza el estudio.
En el tercer capitulo se explica las pruebas realizadas y se muestran los resultados
obtenidos con ayuda del programa MINITAB, software que analiza datos y los
interpreta para un mejor entendimiento. Se dan las conclusiones de las pruebas
realizadas y se propone las condiciones ideales a trabajar.
Al final se dan las conclusiones finales del informe y recomendaciones para continuar
mejorando aun más estas pruebas.
TABLA DE CONTENIDOS
Pág. INTRODUCCION….……………………………………..……………………………..1 CAPITULO I………………………………………………………………………….…2 Conceptos Generales…………………………………………………………………….2
1.1.Reseña Histórica……………………………………………………………...….2 1.2.Tecnologías de Unión……………………………………………………………4 1.3.Clasificación de los Procesos de soldeo………….………………...……………6
1.3.1. Soldeo por fusión…………………………………………..…………….6 1.3.2. Soldeo en estado sólido…………………………………………..………6 1.3.3. Soldeo fuerte y blando…………………………………………………...6
1.4.Arco Eléctrico………………………..…………………………………………..9 1.4.1. Definición…………………………………………………..…………….9 1.4.2. Zonas Características del Arco de Soldeo……..…………………………9
1.4.2.1. Cátodo……………………………………………………………9 1.4.2.2. Columna de Plasma……………………………...……………….9 1.4.2.3. Ánodo………………………………………………………...…10
1.4.3. Influencia de la Polaridad…………………………………..…………..10 1.4.4. Tipos de Polaridad……………………………………..……………….10
1.4.4.1. Polaridad Directa………………………………..………………10 1.4.4.2. Polaridad Inversa…………………………………………..……13
1.4.5. Efectos de la Polaridad………...………………………………………..13 1.4.5.1. Características de la Polaridad Inversa con Electrodos
Revestidos…………………………………………..…………………..13 1.4.5.2. Características de la Polaridad Directa con Electrodos
Revestidos……………………………………………..………………..13 1.4.6. Efectos de la Corriente alterna…………………………….………..…..15
1.5.Soldeo por Arco con Electrodos Revestidos…………………...……………....15 1.5.1. Descripción y denominaciones……………..……….………………….15 1.5.2. Ventajas………………………………………………………………...16 1.5.3. Limitaciones………………………………………………………...….16 1.5.4. Aplicaciones……………………………………..……………………..18 1.5.5. Selección del Tipo de Corriente……………………….……………….18 1.5.6. Equipos de Soldeo…………………………...…………………………19
1.5.6.1. Fuente de Energía…………………………………………...…..19 1.5.6.2. Portaelectrodo……………………………………………...……19 1.5.6.3. Conexión de Masa…………………………………………..…..22
1.6.Electrodos Revestidos…………………………………………………….……22 1.6.1. Descripción del Electrodo…………………………...…………………22 1.6.2. Tipos de Revestimiento………………………………………….……..23
1.6.2.1. Electrodos ácidos ……………………………………...………..23 1.6.2.2. Electrodos de rutilo……………………………………………..24 1.6.2.3. Electrodos rutilo-ácido……………………………………...…..24 1.6.2.4. Electrodos de tipo rutilo grueso…………………….…………..27 1.6.2.5. Electrodos básicos………………………………..……..………27 1.6.2.6. Electrodos celulósicos……………………….………………….28 1.6.2.7. Otros………………………………………………………...…..28
1.7.Técnicas de Soldeo y Uniones Soldadas……………...……………………..…29 1.7.1. Tipos de Uniones…………………………………………………...…..29 1.7.2. Tipos de Soldaduras……………………………………...……………..29 1.7.3. Tipos de Preparación de Soldaduras…………………………………....29
CAPITULO II…………………………………………………………………………..35 Descripción del Proceso de Fabricación de Electrodos con Revestimiento……...…….35
2.1.Fabricación del semielaborado Alambre Cortado……………………...………35 2.1.1. Decapado……………………………………………………………….35
2.1.1.1. Decapado Químico………………………..………….…35 2.1.1.2. Decapado Mecánico………………………………….…37
2.1.2. Trefilado Cortado…………………………………………………...….37 2.2.Fabricación de la Masa Seca………………..………………………………….37 2.3.Fabricación de Electrodos Revestidos……………………………………….…38
2.3.1. Mezclado Húmedo y Prensado…………………………………………38 2.3.2. Secado…………………………………………………………………..38 2.3.3. Embalaje……………………………………………………………..…39 2.3.4. Recuperación………………………………………………………..….39
2.4.Control de Calidad…………………………………………………...…………40 CAPITULO III…………………………………………………………………..……..41 Desarrollo Experimental………………………………………………………………..41
3.1.Pruebas Experimentales……………………………………………………...…41 3.2.1. Resumen………………………………………………………………..41 3.2.2. Variables de las Pruebas………………..………………………………41
3.2.Equipos……………………...……………………………………………….....42 3.2.1. Mezcladores Simpson…………………………………………………..42 3.2.2. Prensa de Extrusión…………………………………………………….43
3.3.Resultados de las Pruebas……………………………………………………....43 3.4.Análisis de los Resultados……………………………………………...………48
3.4.1. Analizando las Variables Cantidad de Masa, Tiempo de Mezclado Húmedo y Presión de Extrusión…………………………………………….……….…………..…….48 3.4.2. Diseño Factorial…………………………………………………...……52 3.4.3. Análisis Finales……………...………………………………………….67 3.4.4. Condiciones Ideales de Trabajo………………………………………...70 3.4.5. Resultados de Producción……………………………………...……….73 3.4.6. Beneficios Económicos………………………………...……………….74
Conclusiones……………………………………………………………………………75 Bibliografía…………………………………………………………………………..…77
1
INTRODUCCION
Este informe intenta demostrar, mediante la ayuda de un programa matemático
MINITAB, que se basa en analizar bases de datos, que se puede mejorar la capacidad
de producción de los Mezcladores Simpson para la fabricación de un determinado tipo
de soldadura monitoreando los parámetros de tiempo, presión y cantidad de masa, que
son los más representativos durante el proceso de fabricación. Cabe resaltar que este
estudio es solo valido para un determinado tipo de soldadura, siendo la gamma de
electrodos tan amplia, tendrían que realizarse un mayor estudio con los diferentes tipos
de masa que existen pero nos hemos enfocado en aquella que para la empresa es más
beneficiosa. Doy las gracias al apoyo incondicional de mis asesores, amigos y
familiares que hicieron posible que esto fuera posible.
2
CAPITULO I
CONCEPTOS GENERALES
1.1. Reseña Histórica
La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios, con los primeros
ejemplos de soldadura desde la edad de bronce y la edad de hierro en Europa y el
Oriente Medio. La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que los
herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la unión. En
1540, Vannoccio Biringuccio publicó a De la pirotechnia, que incluye descripciones de
la operación de forjado. Los artesanos del renacimiento eran habilidosos en el proceso,
y la industria continuó creciendo durante los siglos siguientes. Sin embargo, la
soldadura fue transformada durante el siglo XIX. En 1800, Sir Humphry Davy
descubrió el arco eléctrico, y los avances en la soldadura por arco continuaron con las
invenciones de los electrodos de metal por un ruso, Nikolai Slavyanov, y un americano,
C. L. Coffin a finales de los años 1800, incluso como la soldadura por arco de carbón,
que usaba un electrodo de carbón, ganó popularidad. Alrededor de 1900, A. P.
Strohmenger lanzó un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco
más estable, y en 1919, la soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag,
pero no llegó a ser popular por otra década.
La soldadura por resistencia también fue desarrollada durante las décadas finales del
siglo XIX, con las primeras patentes yendo a Elihu Thomson en 1885, quien produjo
posteriores avances durante los siguientes 15 años. La soldadura de termita fue
inventada en 1893, y alrededor de ese tiempo, se estableció otro proceso, la soldadura a
gas. El acetileno fue descubierto en 1836 por Edmund Davy, pero su uso en la soldadura
no fue práctico hasta cerca de 1900, cuando fue desarrollado un soplete conveniente. Al
principio, la soldadura de gas fue uno de los más populares métodos de soldadura
debido a su portabilidad y costo relativamente bajo. Sin embargo, a medida que
progresaba el siglo XX, bajó en las preferencias para las aplicaciones industriales. En
gran parte fue sustituida por la soldadura de arco, en la medida que continuaron siendo
3
desarrolladas las cubiertas de metal para el electrodo (conocidas como fundente), que
estabilizan el arco y blindaban el material base de las impurezas.
Durante los años 1920, importantes avances fueron hechos en la tecnología de la
soldadura, incluyendo la introducción de la soldadura automática en 1920, en la que el
alambre del electrodo era alimentado continuamente. El gas de protección se convirtió
en un tema recibiendo mucha atención, mientras que los científicos procuraban proteger
las soldaduras contra los efectos del oxígeno y el nitrógeno en la atmósfera. La
porosidad y la fragilidad eran los problemas primarios, y las soluciones que
desarrollaron incluyeron el uso del hidrógeno, argón, y helio como atmósferas de
soldadura. Durante la siguiente década, posteriores avances permitieron la soldadura de
metales reactivos como el aluminio y el magnesio. Esto, conjuntamente con desarrollos
en la soldadura automática, la corriente alterna, y los fundentes alimentaron una
importante extensión de la soldadura de arco durante los años 1930 y entonces durante
la Segunda Guerra Mundial.
A mediados del siglo XX, fueron inventados muchos métodos nuevos de soldadura,
la soldadura de arco sumergido fue inventada en 1930, y continúa siendo popular hoy en
día. En 1941, después de décadas de desarrollo, la soldadura de arco de gas tungsteno
fue finalmente perfeccionada, seguida en 1948 por la soldadura por arco metálico con
gas, permitiendo la soldadura rápida de materiales no ferrosos pero requiriendo costosos
gases de blindaje. La soldadura de arco metálico blindado fue desarrollada durante los
años 1950, usando un fundente de electrodo consumible cubierto, y se convirtió
rápidamente en el más popular proceso de soldadura de arco metálico. En 1957, debutó
el proceso de soldadura por arco con núcleo fundente, en el que el electrodo de alambre
auto blindado podía ser usado con un equipo automático, resultando en velocidades de
soldadura altamente incrementadas, y ése mismo año fue inventada la soldadura de arco
de plasma. La soldadura por electroescoria fue introducida en 1958, y fue seguida en
1961 por su prima, la soldadura por electrogas.
Otros desarrollos recientes en la soldadura incluyen en 1958 el importante logro de
la soldadura con rayo de electrones, haciendo posible la soldadura profunda y estrecha
por medio de la fuente de calor concentrada. Siguiendo la invención del láser en 1960,
la soldadura por rayo láser debutó varias décadas más tarde, y ha demostrado ser
4
especialmente útil en la soldadura automatizada de alta velocidad. Sin embargo, ambos
procesos continúan siendo altamente costosos debido al alto costo del equipo necesario,
y esto ha limitado sus aplicaciones.
En la actualidad los desarrollos tecnológicos se centran en la aplicación de la
microelectrónica y de la informática, para un mejor control del arco y de los parámetros
de soldeo. Más que la aparición de nuevos procesos, se está consiguiendo la ampliación
del campo de aplicación de los ya existentes a nuevos materiales no metálicos y a
aleaciones metálicas hasta ahora difícilmente soldables, sin olvidar la mecanización,
automatización , robotización y control de los procesos mediante ensayos no
destructivos y registro de los parámetros en tiempo real.
1.2. Tecnologías de Unión
El soldeo es el proceso de unión por el que se establece la continuidad entre las
partes a unir con o sin calentamiento, con o sin aplicación de presión y con o sin
aportación de material. Se denominará metal base al material que va a ser sometido a
cualquier operación de soldeo o corte y metal de aportación al material que se aporta en
cualquier operación o proceso de soldeo (ver figura 1)
La distinción entre los términos soldeo y soldadura es la siguiente: “soldeo” se
aplica a la serie de acciones conducentes a obtener uniones soldadas o “soldaduras”,
dicho de otra forma: se hablará de “soldadura” cuando nos refiramos a la unión obtenida
como resultado de diferentes acciones de “soldeo”, tales como procesos de soldeo,
parámetros de soldeo, equipos de soldeo, etc.
Una soldadura puede ser homogénea o heterogénea. Como por ejemplo de soldadura
homogénea se puede citar la obtenida al realizar el soldeo de dos piezas de acero de
composición similar sin utilizar metal de aporte, o utilizando un metal de aporte de la
misma naturaleza que la de las piezas a unir. Como ejemplo de soldadura heterogénea,
se puede citar la obtenida al realizar el soldeo de dos piezas de fundición utilizando
como metal de aporte una aleación de níquel, o bien realizar el soldeo entre dos piezas
de distinto material utilizando como aporte otro material diferente.
5
FIGURA 1. DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOLDEO
6
También podemos ver en la figura 2, que la unión por soldeo es la única que permite
conseguir la continuidad en un mismo plano, facilitándose la trasmisión de tensiones
entre las piezas unidad. Como contrapartida, la unión soldada es más rígida que la
atornillada y que la remachada.
1.3. Clasificación de los Procesos de Soldeo
En la Figura 3 y Figura 4 se presentan de forma esquemática, de acuerdo con la
AWS, los diferentes métodos de uniones de metales, diferenciando los de soldeo en tres
grandes grupos:
1.3.1. Soldeo por fusión
Son aquellos en los que siempre se produce la fusión del metal base y la del de
aportación cuando éste se emplea. Es decir, siempre existe una fase líquida formada
sólo por metal base, o por metal base y de aportación.
1.3.2. Soldeo en estado sólido
Son aquellos en los que nunca se produce la fusión del metal de aportación, ni la del
metal base. Es decir, nunca existe una fase líquida.
1.3.3. Soldeo fuerte y blando.
Son aquéllos en los que siempre se produce la fusión del metal de aportación, pero
no la del metal base. Es decir, siempre existe una fase líquida formada sólo por metal de
aportación. La diferencia entre soldeo fuerte y soldeo blando reside en que en el soldeo
fuerte el metal de aportación funde por encima de 450 oC, mientras que en el soldeo
blando el material de aportación funde a 450 oC o a temperaturas inferiores.
7
\
FIGURA 2. DIFERENTES TIPOS DE UNIONES
8
FIGURA 3. ESQUEMA DE LOS METODOS DE UNION DE MATERIALES
FIGURA 4. CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA
9
1.4. Arco Eléctrico
1.4.1. Definición
El arco eléctrico es una descarga continuada entre dos conductores separados
ligeramente, por donde pasa la corriente, al hacerse conductor el aire o gas comprendido
entre los mismos. Se manifiesta con gran desprendimiento de luz y calor. El arco, por
otra parte, es la fuente de calor que utilizan muchos de los procesos de soldeo por dos
razones fundamentales:
• Proporciona altas intensidades de calor.
• Es fácilmente controlable a través de medios eléctricos.
Para producir el arco necesitamos dos conductores, a los que llamaremos
electrodos, y un gas conductor al que denominaremos plasma.
1.4.2. Zonas Características del Arco de Soldeo.
El arco de soldeo está dividido en tres regiones características (ver figura 5)
1.4.2.1. Cátodo.
En el cátodo (terminal negativo) se produce la emisión de electrones, que
ionizan el gas convirtiéndose en plasma. Los iones que proceden de la columna de
plasma bombardean el cátodo, calentándolo y permitiendo que se mantenga la emisión
de electrones. En el cátodo la energía se emplea en mantenerlo caliente y en arrancar los
electrones, por lo que la temperatura del cátodo es más baja que la del ánodo, en donde
toda la energía se emplea en su calentamiento.
1.4.2.2. Columna de Plasma
Esta se encuentra entre el ánodo y el cátodo y su temperatura es muy elevada,
del orden de 3000 oC. El plasma es un gas que ha sido calentado por un arco, como
10
mínimo hasta un estado de ionización parcial, haciéndole conductor de la corriente
eléctrica. En la columna de plasma, la energía es absorbida para mantener el gas a una
temperatura a la cual sea conductor. El gas que se ioniza para convertirse en plasma
puede ser aire, los vapores desprendidos por el revestimiento del electrodo y/o el gas de
protección.
1.4.2.3. Ánodo
Al ánodo (terminal positivo) se dirigen los electrones atraídos por la carga
positiva del ánodo.
1.4.3. Influencia de la Polaridad
Se puede emplear corriente continua o corriente alterna para establecer un arco
eléctrico entre un electrodo y la pieza a soldar. Si se utiliza corriente continua se puede
diferenciar entre conectar el electrodo al terminal negativo y la pieza al positivo o bien
conectar el electrodo al terminal positivo y la pieza al negativo, de esta forma aparece el
concepto de Polaridad, que sólo existe en el caso de corriente continua.
1.4.4. Tipos de Polaridad
La elección de la polaridad dependerá, entre oros factores, del tipo de proceso de
soldeo, del tipo de electrodo y del material base.
1.4.4.1. Polaridad Directa
Si se conecta el electrodo en el terminal negativo (ver Figura 6) y la pieza a
soldar en el positivo, se dirá que se está soldando con polaridad directa, utilizándose
inapropiadamente a veces la expresión polaridad negativa, también se puede decir que
se suelda con corriente continua electrodo negativo, o de forma abreviada CCEN.
11
FIGURA 5. DESCRIPCION DEL ARCO ELECTRICO
12
FIGURA 7. CORRIENTE CONTINUA ELECTRODO POSITIVO
FIGURA 6. CORRIENTE CONTINUA ELECTRODO NEGATIVO
13
1.4.4.2. Polaridad Inversa
Si se conecta el electrodo en el terminal positivo (ver Figura 7) y la pieza a
soldar en el negativo, se dirá que se está soldando con polaridad positiva, utilizándose
inapropiadamente a veces la expresión polaridad inversa, también se puede decir que se
suelda con corriente continua electrodo positivo, o de forma abreviada CCEP
1.4.5. Efectos de la Polaridad.
1.4.5.1. Características de la Polaridad Inversa con Electrodos
Revestidos (ver Figura 8).
• En general, se obtienen cordones pocos anchos, con mayor penetración.
• Excesiva acumulación de calor en el electrodo, que puede provocar su
sobrecalentamiento y rápido deterioro incluso a bajas intensidades de corriente.
• Se produce el efecto de decapado o limpieza de óxidos, facilitándose el soldeo
de algunas aleaciones como las de aluminio o magnesio.
1.4.5.2. Características de la Polaridad Directa con Electrodos
Revestidos (ver Figura 9).
• En general, se obtienen cordones más anchos con menor penetración.
• El electrodo soportará intensidades del orden de ocho veces mayores que si
estuviese conectado al polo positivo, ya que se calienta menos.
• No se produce el efecto de decapado sobre las piezas, por lo que si se quisiera
soldar aleaciones con capas refractarias deberían decaparse químicamente antes
del soldeo.
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FIGURA 9. CARACTERISTICAS DE LA POLARIDAD DIRECTA (CCEN) CON LOS ELECTRODOS REVESTIDOS
FIGURA 8. CARACTERISTICAS DE LA POLARIDAD INVERSA (CCEP) CON LOS ELECTRODOS REVESTIDOS
15
1.4.6. Efectos de la Corriente Alterna.
Cuando se establece un arco en corriente alterna, el electrodo actúa de ánodo
durante medio ciclo y de cátodo durante el otro medio ciclo (ver Figura 10), es decir se
está produciendo alternativamente un ciclo en el que el electrodo actúa de positivo y de
negativo; este cambio, en Europa, se produce 100 veces por segundo y por tanto es
imperceptible. Debido a este cambio cotinuo, el soldeo en corriente alterna aúna,
aunque de forma reucida, los efectos de las dos polaridades en corriente continua. Sin
embargo, no siempre es fácil mantener un arco eléctrico en corriente alterna, ya que la
tensión que suministra la fuente de energía está continuamente variando y llegando
incluso a anularse. Para poder mantener el arco eléctrico encendido es necesario que la
tensión sea mayor de un cierto valor (Ui en la Figura 10), siempre que la tensión no
alcance ese valor el arco se extinguirá, pudiéndose volver a encender si al superar la
tensión Ui, el cátodo no se ha enfriado demasiado. Considerando lo anterior se
concluye que el arco en corriente alterna es más inestable que en corriente continua.
1.5. Soldeo por Arco con Electrodos Revestidos.
1.5.1. Descripción y Denominaciones.
El soldeo por arco con electrodo revestido es un proceso en el que la fusión del
metal se produce gracias al calor generado por un arco eléctrico establecido entre el
extremo de un electrodo revestido y el metal base de una unión a soldar. El material de
aportación se obtiene por la fusión del electrodo en forma de pequeñas gotas (ver Figura
11). La protección se obtiene por la descomposición del revestimiento en forma de
gases y en forma de escoria líquida que flota sobre el baño de fusión y, posteriormente,
solidifica.
Al soldeo por arco con electrodo revestido se le conoce por las siguientes
denominaciones:
• SMAW, Shielded metal-arc welding (ANSI/ AWS A3.0).
16
• 111, Soldeo metálico por arco con electrodo revestido (UNE-EN ISO
4063).
• MMAW, Manual metal-arc welding (Reino Unido)
1.5.2. Ventajas
• El equipo de soldeo es relativamente sencillo, no muy caro y portátil.
• El metal de aportación y los medios para su protección durante el soldeo
proceden del propio electrodo revestido. No es necesaria protección adicional
mediante gases auxiliares o fundentes granulares.
• Es menos sensible al viento y a las corrientes de aire que los procesos por arco
con protección gaseosa. No obstante el proceso debe emplease siempre
protegido del viento, lluvia y nieve.
• Se puede emplear en cualquier posición, en locales abiertos y en locales
cerrados, incluso con restricciones de espacio. No requiere conducciones de
agua de refrigeración, ni tuberías o botellas de gases de protección, por lo que
puede emplearse en lugares relativamente alejados de la fuente de energía.
• Es aplicable para una gran variedad de espesores, en general mayores de 2 mm.
• Es aplicable a la mayoría de los metales y aleaciones de uso normal.
1.5.3. Limitaciones
• Es un proceso lento, por la baja tasa de deposición y por la necesidad de retirar
la escoria, por lo que en determinadas aplicaciones ha sido desplazado por otros
procesos.
• Requiere gran habilidad por parte del soldador.
• No es aplicable a metales de bajo punto de fusión como plomo, estaño, cinc y
sus aleaciones, debido a que el intenso calor del arco es excesivo para ellos.
Tampoco es aplicable a metales de alta sensibilidad a la oxidación como el
titanio, circonio, tántalo y niobio, ya que la protección que proporciona es
insuficiente para evitar la contaminación por oxígeno de la soldadura.
• No es aplicable a espesores inferiores a 1,5 - 2,0 mm.
17
FIGURA 11. DESCRIPCION DEL PROCESO SMAW
FIGURA 10. EFECTOS DE LA CORRIENTE ALTERNA EN EL ARCO ELECTRICO
18
• La tasa de deposición es inferior a la obtenida por los procesos que utilizan
electrodo continuo, como FCAW o GMAW. Esto se debe a que el electrodo solo
puede consumirse hasta una longitud mínima (unos 5 cm), cuando se llega a
dicha longitud el soldador tiene que retirar la colilla del electrodo no consumida
e insertar un nuevo electrodo.
• Aunque en teoría se puede soldar cualquier espesor por encima de 1,5 mm, el
proceso no resulta productivo para espesores mayores de 38mm. Para estos
espesores resultan más adecuados lo procesos SAW y FCAW.
1.5.4. Aplicaciones
El soldeo por arco con electrodos revestidos es uno de los procesos de mayor
utilización, especialmente en soldaduras de producción cortas, trabajos de
mantenimiento y reparación, así como en construcciones en campo. La mayor parte
de las aplicaciones del soldeo por arco con electrodos revestidos se dan con
espesores comprendidos entre 3 y 38 mm. El proceso es aplicable a aceros al
carbono, aceros aleados, inoxidables, fundiciones y metales no férreos como
aluminio, cobre, níquel y sus aleaciones.
Los sectores de mayor aplicación son la construcción naval, de máquinas,
estructuras, tanques y esferas de almacenamiento, puentes, recipientes de presión y
calderas, refinerías de petróleo, oleoductos y gaseoductos y en cualquier otro tipo de
trabajo similar. Se puede emplear en combinación con otros procesos de soldeo,
realizando bien la pasada de raíz o las de relleno, en tubería se suele emplear en
combinación con el proceso TIG. La raíz se realiza con TIG completándose la unión
mediante soldeo SMAW.
1.5.5. Selección del Tipo de Corriente
El soldeo por arco con electrodos revestidos se puede realizar tanto con corriente
alterna como con corriente continua, la elección dependerá del tipo de fuente de energía
disponible, del electrodo a utilizar y del material base. En la Figura 12 se indica la
corriente más adecuada en función de una serie de parámetros. En cuanto a la polaridad
utilizada con corriente continua depende del material a soldar y del electrodo empleado,
19
sin embargo se recuerda que se obtiene mayor penetración con polaridad inversa (ver
Figura 13).
1.5.6. Equipos de Soldeo
El equipo de soldeo es muy sencillo (ver Figura 14); consiste en la fuente de
energía, el portaelectrodo, la conexión de masa y los cables de soldeo.
1.5.6.1. Fuente de Energía
La fuente de energía para el soldeo debe presentar una característica descendente
(de intensidad constante), para que la corriente de soldeo se vea poco afectada por las
variaciones en la longitud del arco. Para el soldeo en corriente continua se utilizarán
transformadores – rectificadores o generadores, para el soldeo en corriente alternase
utilizan transformadores. Para la selección de la fuente de energía adecuada se deberá
tener en cuenta el electrodo que se va a emplear, de forma que pueda suministrar el tipo
de corriente (cc o ca), rango de intensidades y tensión de vacío que se requiera. Los
electrodos básicos necesitan mayores tensiones de vacío en comparación con los
electrodos de tipos rutilo y ácido.
1.5.6.2. Portaelectrodo
Tiene la misión de conducir la electricidad al electrodo y sujetarle. Para evitar un
sobrecalentamiento en las mordazas, éstas deben mantenerse en perfecto estado; un
sobrecalentamiento se traduciría en una disminución de la calidad y dificulta la
ejecución del soldeo. Se debe seleccionar siempre el portaelectrodos adecuado para el
diámetro de electrodo que se vaya a utilizar.
20
Parámetros Corriente Continua Corriente Alterna
Soldeo a gran distancia de la fuente. Preferible.
Soldeo con electrodos de pequeño diámetro que requieren bajas intensidades de soldeo.
La operación resulta más fácil.Si no se actúa con gran precaución, se puede deteriorar el material debido a la dificultad de encendido de arco.
Cebado del arco. Resulta más fácil.Más dificil en especial cuando se emplean electrodos de pequeño diámetro.
Mantenimeinto del arco. Más fácil por la mayor estabilidad. Más dificil, excepto cuando se emplean electrodos de gran rendimeinto.
Solplo Mágnetico. Puede resultar un problema en el soldeo de materiales ferromagnéticos. No se presentan problemas.
Posiciones de Soldeo.Se prefiere en el soldeo en posiciones vertical y bajo techo porque deben utilizarse intensidades bajas.
Si se utilizan los electrodos adecuados, se pueden realizar soldaduras en cualquier posición.
Tipo de electrodo. Se puede emplear con cualquier tipo de electrodo.
No se puede utilizar con todos los electrodos. El revestimiento debe contener sustancias que reestablezcan el arco.
Espesor de la pieza. Se prefiere para espesores delgados.
Se prefiere para espesores gruesos ya que se puede utilizar un electrodo de mayor diámetro y mayor intensidad, con lo que se consiguen mayores rendimientos.
Salpicaduras. Poco frecuentes. Más frecuentes.
Soldeo utilizando longitudes de arco pequeñas (importante en algún tipo de electrodos sobre todo los de tipo básico).
El soldeo resulta más fácil.
Polaridad.Posibilidad de elección de la polaridad en función del metal a soldar y electrodo a emplear.
No hay polaridades.
FIGURA 12. COMPARACION ENTRE CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA
21
FIGURA 15. ELECTRODO REVESTIDO
FIGURA 13. PENETRACION OBTENIDA EN FUNCION DE LA POLARIDAD
FIGURA 14. EQUIPO DE SOLDEO
22
1.5.6.3. Conexión de Masa
La conexión correcta del cable de masa es una consideración de importancia. La
situación del cable es de especial relevancia en el soldeo en cc. Una situación incorrecta
puede provocar el soplo magnético, dificultando el control del arco. Un cable mal sujeto
no proporcionará un contacto eléctrico consistente y la conexión se calentará, pudiendo
producirse una interrupción en el circuito y la desaparición del arco. El mejor método es
emplear una zapata de contacto de cobre sujeta con una mordaza tipo C. Si fuese
perjudicial la contaminación por cobre del metal base con este dispositivo, la zapata de
cobre debe adherirse a una chapa que sea compatible con la pieza, chapa que, a su vez,
se sujeta a la pieza.
1.6. Electrodos Revestidos
1.6.1. Descripción del Electrodo
El elemento fundamental del proceso de SMAW es el electrodo, que establece el
arco, protege el baño de fusión y que, al consumirse, produce la aportación del material
que, unido al material fundido del metal base, va a constituir la soldadura. Los
electrodos revestidos están formados por: (ver Figura 15)
• Un alambre de sección circular uniforme, denominado núcleo, de composición
normalmente similar a la del metal base.
• El revestimiento que es un cilindro que envuelve el núcleo, concéntrico con ella
y de espesor uniforme, constituido por una mezcla de compuestos que
caracterizan el electrodo y que cumple varias funciones, las cuales evitan los
inconvenientes del electrodo desnudo. En la figura 16 se indican las funciones
más importantes del revestimiento y se compara con el comportamiento del
electrodo revestido frente al desnudo.
Los electrodos tienen longitudes normalizadas de 150, 200, 250, 300, 350, y 450
mm, en función del diámetro del electrodo. Un extremo del núcleo está sin cubrir de
revestimiento, en una longitud de 20 a 30 mm., para la inserción del mismo en la pinza
23
del portaelectrodo. Los diámetros de los electrodos también están normalizados, siendo
los más comunes los de 1,60; 2,00; 2,50; 3,25; 4,00; 5,00; 6,00; 6,30; 8,00; 10,00; 12,50
mm (diámetros del núcleo).
Atendiendo al espesor del revestimiento, o a la relación entre el diámetro del núcleo
y el del revestimiento (ver Figura 17), los electrodos se clasifican en:
• Delgados: Los electrodos de revestimiento delgado protegen poco el metal
fundido, por lo que sólo se utilizan en el aprendizaje de las técnicas de soldeo.
• Medios: Estos electrodos obtienen mayor estabilidad del arco, permiten el
soldeo con corriente alterna y protegen mejor al metal soldado, la escoria
recubre al metal ya solidificado reduciendo la velocidad de enfriamiento y la
oxidación.
• Gruesos: Los electrodos con revestimiento grueso permiten obtener las mejores
cualidades del metal soldado.
1.6.2. Tipos de Revestimiento
El revestimiento de los electrodos de acero al carbono se clasifica en función de su
composición que determinará sus cualidades y aplicaciones, agrupándose y
designándose como sigue (según UNE-EN 287-1):
1.6.2.1. Electrodos ácidos (A).
Composición del revestimiento: Óxidos de hierro y manganeso.
Características de la escoria: bastante fluida, de aspecto poroso y abundante.
Ventajas: la velocidad de fusión es bastante elevada, así como la penetración. Se puede
utilizar con intensidades elevadas.
24
Limitaciones: Sólo se puede utilizar con metales base con buena soldabilidad,
contenidos muy bajos de azufre, fósforo y carbono, d elo contrario puede presentarse
fisuración en caliente ya que los componentes del revestimiento no son capaces de
extraer el azufre y el fósforo como puede hacerlo los revestimientos básicos.
Posición: Especialmente indicados para posición plana, pero pueden utilizarse también
en otras posiciones.
Tipo de corriente: c.c. y c.a.
1.6.2.2. Electrodos de rutilo (R).
Composición del revestimiento: Rutilo (óxidos de titanio)
Características de la escoria: Es muy densa y viscosa.
Ventajas: Fácil cebado y manejo del arco. Fusión del electrodo suave. Cordón de
soldadura muy regular y de buen aspecto.
Posición: Todas. Especialmente adecuado para soldar en posición vertical y bajo techo
gracias a las características de su escoria.
Aplicaciones: Es el electrodo más comúnmente utilizado.
Tipo de corriente: c.a. y c.c.
1.6.2.3. Electrodos rutilo-ácido (RA).
Composición del revestimiento: Óxido de hierro y de manganeso y rutilo (óxido de
titanio). Sus propiedades son similares a los electrodos de tipo ácido, aunque son más
manejables, porque mantienen mejor el arco debido a la presencia del óxido de titanio.
25
FIGURA 16. FUNCIONES DEL REVESTIMIENTO
26
FIGURA 17. CLASIFICACION Y CARACTERISTICAS DE LOS ELECTRODOS EN FUNCION DEL ESPESOR DEL REVESTIMIENTO
27
1.6.2.4. Electrodos de tipo rutilo grueso (RR).
Iguales que los de rutilo pero con revestimiento más grueso.
1.6.2.5. Electrodos básicos (B)
Composición del revestimiento: Carbonato cálcico y otros carbonatos también básicos.
Características de la escoria: es densa, no muy abundante, de color pardo oscuro y
brillante, se separa fácilmente y asciende con facilidad por lo que se reduce el riesgo de
inclusiones de escoria.
Ventajas: Metal de soldadura muy resistente a la fisuración en caliente. Son de bajo
contenido en hidrógeno (el metal depositado tendrá bajo contenido en hidrógeno) lo que
reduce la fisuración en frío.
Limitaciones: Su manejo es algo dificultoso, debiéndose emplear con un arco muy
corto y con intensidades poco altas. Son muy higroscópicos (absorben humedad con
gran facilidad), por lo que es necesario mantenerlos en paquetes herméticamente
cerrados y conservados en recintos adecuados para mantenerlos perfectamente secos. A
veces se deben secar en estufas adecuadas justo antes de su empleo, extremando las
precauciones cuando vayan a ser utilizados en soldadura de aceros con problemas de
temple.
Aplicaciones: Soldaduras de responsabilidad. Su gran tenacidad los hace
recomendables para soldar grandes espesores y estructuras muy rígidas. Aceros
débilmente aleados e incluso aceros que presentan baja soldabilidad.
Posición: Todas las posiciones.
Tipo de corriente: Corriente continua y polaridad inversa, aunque hay algún tipo de
electrodo preparado para ser empleado también en corriente alterna.
28
1.6.2.6. Electrodos celulósicos (C).
Composición del revestimiento: Sustancias orgánicas que generan gran cantidad de
gases por el calor.
Características de la escoria: La escoria que producen es escasa y se separa con gran
facilidad.
Ventajas: Los gases forman una gran envoltura gaseosa en torno al arco e imprimen a
las gotas metálicas gran velocidad, por lo cual se consigue gran penetración. Gran
velocidad de fusión.
Limitaciones: Muchas proyecciones. Superficie de la soldadura muy irregular.
Posición: Todas.
Aplicaciones: Se emplean principalmente para el soldeo de tuberías en vertical
descendente, por la buena penetración que consiguen y por la rapidez del trabajo, debida
a su alta velocidad de fusión.
Tipo de corriente: Corriente continua y polaridad directa. Para utilizarlos con corriente
alterna se necesita emplear una máquina con tensión de vacío muy elevada.
1.6.2.7. Otros (S)
Este grupo engloba todos aquellos electrodos que no tienen unas características que
permitan encajarlos en alguno de los grupos anteriores.
29
1.7. Técnicas de Soldeo y Uniones Soldadas.
1.7.1. Tipos de Uniones.
En la Figura 18, se representan los cinco tipos de uniones
1.7.2. Tipos de Soldaduras.
En la Figura 19 se describen los tipos de soldadura más utilizados.
1.7.3. Tipos de Preparación de Soldaduras.
El chaflán de una soldadura es la abertura entre las dos piezas a soldar que
facilita el espacio para contener la soldadura. Este chaflán podrá tener diversas
geometrías dependiendo de los espesores de las piezas, el proceso de soldeo y la
aplicación de la soldadura. En la Figura 20 se indican las geometrías más usuales con
sus denominaciones. Los chaflanes en U, en U doble, en J y en J doble se utilizan en
lugar de chaflanes en V, en V doble, en bisel simple y en bisel doble en las piezas de
gran espesor con objeto de ahorrar material de aportación, al mismo tiempo se reducen
el aporte térmico y las deformaciones.
30
FIGURA 18. TIPOS DE UNIONES
31
FIGURA 19. DIFERENTES TIPOS DE SOLDADURA
32
FIGURA 19. DIFERENTES TIPOS DE SOLDADURA
33
FIGURA 19. DIFERENTES TIPOS DE SOLDADURA
34
FIGURA 20. FORMATO DEL CANTO DE LAS PIEZAS
35
CAPITULO II
DESCRIPCION DEL PROCESO DE FABRICACION DE ELECTRODOS CON REVESTIMIENTO
El proceso de fabricación se inicia primero con la fabricación de los
semielaborados Masa Seca y Alambre Cortado que posteriormente se emplearán para la
fabricación de los electrodos revestidos y/o varillas autógenas revestidas. En la
Diagrama 1 podemos ver un diagrama de flujo del proceso de fabricación.
2.1. Fabricación del Semielaborado Alambre Cortado
2.1.1. Decapado
Al mismo tiempo que se inicia la fabricación de masa seca, se realiza el
decapado del alambrón en otro puesto de trabajo llamado Decapado, como inicio para la
fabricación del semielaborado alambre trefilado cortado. Decapar es remover toda
partícula de oxido presente sobre la superficie del alambrón ocasionada por la
exposición a medio ambiente.
2.1.1.1. Decapado Químico.
El rollo antes de ser introducido al baño ácido es lavado con agua a presión y
con mucho cuidado se cortan 2 amarres del rollo para permitir que las espiras estén
sueltas y permita fluir el ácido a través de ellas logrando una mejor limpieza. Se puede
usar Acido Clorhídrico a un 33%. Se iza el rollo del baño ácido y se observa su grado de
limpieza. Si este es no conforme se vuelve a introducir el rollo en el baño ácido. Luego
del baño ácido se introduce el rollo en el baño de enjuague (agua) para limpiar el rollo
de los restos de ácido. Finalmente el rollo es izado e introducido en el baño alcalino que
está compuesto de insumos químicos que van a neutralizar los restos de ácido y proteger
el rollo con una película jabonosa que asegurará que la velocidad de oxidación sea lenta,
en el alambrón. Luego de ser decapado el rollo se deja secar naturalmente. No se usa
ningún tipo de inhibidor y el rollo de alambrón puede estas como máximo tres días
36
FIGURA 21 - DIAGRAMDE FLUJO DEL PROCESO DE
FABRICACION DE SOLDADURA
FABRICACION DE ELECTRODOS CON REVESTIMIENTO
MEZCLADO HUMED0
MEZCLADO SECO
REVESTIMIENTO
TREFILADO CORTADO
DECAPADO
ALAMBRE
CORTADO
TREFILADO
SECADO
PRENSADO
EMBALAJE
37
expuesto al medio ambiente antes de que vuelva a presentar nuevos síntomas de
oxidación, por lo cual su consumo es inmediato.
2.1.1.2. Decapado Mecánico
Para los electrodos que empleen decapado mecánico, el rollo de alambrón es
simplemente llevado directamente a la línea de trefilado cortado sin pasar por el puesto
de trabajo de decapado, dentro de la misma línea de trefilado esta colocada una maquina
llamada Decalaminadora la cual se encargara de retirar toda partícula de oxido sobre la
superficie del alambrón; consta de dos partes, la primera parte esta compuesta por una
serie de poleas metálicas donde por flexión y estiramiento comenzara a desprender las
partículas de oxido; y la segunda aparte consta de lijas circulares compuestas por lana
de fierro por donde pasara el alambre, estas se encargaran de retirar las partículas de
oxido remanentes. Al final se obtendrá un alambre limpio de partículas de oxido.
2.1.2. Trefilado Cortado
Este proceso emplea rollos de alambrón secos previamente decapados o sin
decapar si así lo requiere el producto. Utilizando rodillos de laminación se arma la
escala para poder trefilar y luego cortar alambrón en alambre de 350 mm de longitud o
450 mm según la orden de fabricación y del diámetro deseado con cierta tolerancia
definida con anterioridad. Tolerancia en diámetro y longitud. El alambre trefilado
cortado es almacenado en jaulas metálicas hasta un peso aproximado de 1500 kg por
jaula.
2.2. Fabricación de la Masa Seca.
Los operarios utilizan una placa de fabricación autorizada por laboratorio, van
pesando todos los minerales que componen la masa seca que está en fabricación dentro
de una balanza móvil hasta llegar al peso acumulado según la placa. Todos los
minerales pesados son descargados en un tamiz vibrador y toda la masa tamizada cae
dentro de un cilindro metálico con ruedas llamado “olla”. La olla es llevada al
mezclador “Y” donde será mezclada homogéneamente por espacio de 4 minutos
38
aproximadamente. Salvo excepciones, todas las masas son mezcladas en estos equipos.
Luego del tiempo transcurrido de mezclado, se descarga la olla del mezclador y se
vierte todo el contenido dentro de un saco de polipropileno. Se amarra el saco con un
amarre plástico, se le coloca apilándolo sobre una parihuela de madera y se le identifica
con una etiqueta. Se apilan sobre cada parihuela de madera 18 sacos con la masa seca
fabricada. El abastecedor del área trasladará las parihuelas con el semielaborado
fabricado al almacén de masas secas.
2.3. Fabricación de Electrodos Revestidos
2.3.1. Mezclado Húmedo y Prensado
El operario inicia el proceso de mezclado húmedo empleando la masa seca,
agregando los insumos (agua, silicatos, minerales) que le indica la placa de fabricación
emitida y autorizada por laboratorio. Con la masa húmeda mezclada homogéneamente
se preparan moldes (briquetas) las cuales serán introducidas en la prensa por un extremo
y conjuntamente con el alambre trefilado cortado introducido por el extremo opuesto se
producirá la extrusión de los electrodos (prensado) valiéndose de consumibles
(boquillas factor) que permitirán obtener el diámetro húmedo del electrodo requerido.
Los electrodos extruídos son recogidos en bandejas metálicas y apiladas sobre
parihuelas metálicas formando hasta 4 rumas de 44 bandejas cada una.
2.3.2. Secado.
Los semielaborados (electrodo prensado húmedo) son estacionados delante de
las cámaras de presecado (intemperie) para que en forma natural bajen la humedad hasta
las requeridas por producto y diámetro para pasar por el puesto de trabajo Secado. El
tiempo mínimo de estacionamiento es de 24 horas pudiendo extenderse de acuerdo al
diámetro y producto hasta 3 o 4 días. Los electrodos permanecen en las cámaras de
presecado u Hornos de baja temperatura (presecando) hasta que bajen su humedad al
rango requerido para la siguiente etapa que es el secado. El tiempo de presecado oscila
entre 6 a 8 horas de acuerdo al diámetro y producto. Los electrodos de alta temperatura
son secados en los hornos a resistencias eléctricas y los electrodos de baja temperatura
se secan generalmente en los hornos a petróleo aunque también pueden secarse en los de
39
resistencias eléctricas. Al finalizar su curva de secado se envía una muestra a laboratorio
(por horno) para que analicen la humedad y control de calidad muestrea la soldabilidad
de las cargas (por hornos) secadas.
2.3.3. Embalaje
Con la aprobación de la soldabilidad y de la humedad de la carga (control de
calidad emite un documento de conformidad) se procede al embalaje del producto.
Dependiendo del producto y diámetro se embalará en diferentes presentaciones: en
envases de hojalata de 2, 5, 20 o 25 kg o en cajas. Durante el proceso de embalaje la
línea está preparada en función del diámetro y tipo de electrodo. Durante este proceso el
control visual es bien importante para detectar defectos de presentación en la soldadura.
Se cuenta con patrones fotográficos y patrones materiales para asegurar la calidad del
producto embalado. Para el pesado de la soldadura en la línea de embalaje, se cuenta
con unos cangilones que soportan 5 kg de soldadura cada uno que facilitan el manipuleo
y llenado de los envases de soldadura y para asegurar esto se cuenta con un tabla donde
se especifica para cada tipo de electrodo y diámetros, el número de electrodos que
componen 5 kg. Con este dato se setea el contador de electrodos que asegura que cada
cangilón pesa 5 kg de electrodo. Para asegurar que el envase metálico con electrodos
contiene el peso nominal requerido, se emplea una balanza calibrada que además tiene
un sistema Poka-Yoke (sistema de calidad) que asegura que el producto terminado no
ingrese al almacén si no tiene el peso requerido. Esto se logra con un vástago metálico y
una luz. El vástago metálico descenderá cuando se encienda la luz (verde) que indica
que el peso del producto terminado es el correcto. Cada envase metálico con producto
terminado lleva dos etiquetas que identifican al producto y aseguran su trazabilidad.
2.3.4. Recuperación.
El proceso de recuperación consiste en la reutilización del núcleo de los
electrodos y/o varillas rechazados de embalaje. Para lograr esto se debe retirar todo el
revestimiento del electrodo/varilla revestida mediante medios mecánicos o químicos. El
proceso de recuperación distingue el tipo de electrodo a recuperar. Electrodos de
revestimiento duro emplean las lavadoras de electrodos (proceso húmedo) y los de
revestimiento blando emplean el molino de barras (proceso seco). Al finalizar el
40
proceso de recuperación se seca al aire el alambre recuperado (de la lavadora) y se
verifica la calidad del alambre (que no esté doblado ni tenga rebabas en los extremos).
2.4. Control de Calidad.
Cuando la soldadura culmina con su proceso de secado, el Área de Control de
Calidad se encarga de realizar un muestro de las parihuelas retirando muestras de las
bandejas tanto en un nivel superior, medio e inferior, con el objetivo de realizarle
pruebas de soldabilidad en las posiciones que amerite el tipo de soldadura, también se
toma una muestra para determinar el porcentaje de humedad. Verificar el rango y tipo
de corriente con la que trabaja. Mide el diámetro del núcleo, del revestimiento, la
longitud y todos estos resultados los comparan con las normas AWS y al final emite un
documento de conformidad en el que se indican todos los controles realizados y se
colocan observaciones de haberlas. Todas las inspecciones preliminares al embalaje las
realiza Control de Calidad y ellos tienen la autoridad de retener cualquier lote de
fabricación si no cumple con los estándares de calidad.
41
CAPITULO III
DESARROLLO EXPERIMENTAL
3.1. Pruebas Experimentales.
3.1.1. Resumen
Se realizaron en Planta varios lotes de fabricación de un determinado tipo de
electrodo básico en distintas fechas, cambiando las condiciones de fabricación durante
el proceso de mezclado húmedo (cantidad de masa y tiempo de mezclado) y
monitoreando el comportamiento de la presión durante el proceso de extrusión o
prensado.
3.1.2. Variables de las Pruebas
Las variables que influyen en el proceso de fabricación en el proceso de mezclado
húmedo y de extrusión o prensado son los siguientes:
• Temperatura de mezclado
• Tiempo de mezclado.
• Composición de minerales y tipo de alambre.
• Cantidad de masa seca.
• Cantidad de silicato.
• Cantidad de Agua.
• Presión de extrusión.
• Velocidad de mezclado.
• Velocidad de Extrusión.
• Diámetro del núcleo.
42
Las condiciones de trabajo fueron las siguientes:
• Se trabajó con una temperatura de mezclado de unos 32 oC.
• Se trabajó la masa seca sin cambiar ningún parámetro de la receta de minerales.
• Se mantuvo la misma proporción de silicato y agua en cada prueba, si la masa
seca que se adicionaba resultaba ser el doble, solo se duplicaba la cantidad de
silicato y agua.
• La velocidad de mezclado es un parámetro de la máquina y no puede ser
modificado por el operario, es aproximadamente de 30 rev/min.
• La velocidad de extrusión se mantuvo constante siendo de 900 varillas/minuto.
• Se trabajó con núcleos de varillas de 1/8 ¨ alambre SAE 1008 de 0.80 % C.
Se mantuvieron en todas las pruebas los mismos parámetros a excepción de los
anteriormente mencionados que son la cantidad de masa, tiempo de mezclado y presión
de extrusión.
3.2. Equipos.
3.2.1. Mezcladores Simpson.
Es un comportamiento cilíndrico de dimensiones aproximadas de 3m de
diámetro y 4 m de altura, (ver figura 24) el interior esta cubierto por una capa de acero
inoxidable, tanto en la base como en las paredes. En su interior contiene 2 ruedas de
fierro cubiertas con una capa de acero inoxidable, estas tienen una dimensión de 2.40 m
de diámetro x 0.45m de ancho y cumplen la función de compactar y mezclar la masa
seca, agua y silicato; también tienen dos cuchillas que tiene la función de arrastrar la
mezcla y desprender aquella masa que se quede adherida en la base, ambas están sujetas
de dos brazos pero ubicadas en posiciones diferentes, una cerca alas paredes del
mezclador y la otra en el centro del mezclador, con el objetivo de cubrir la mayor
cantidad de superficie. Sobre el mezclador se encuentra ubicada una balanza con forma
de tolva que descarga el agua y el silicato por medio de una tubería al mezclador. La
mezcla de agua y silicato se descarga de manera manual por el operario. El agua y los
43
distintos tipos de silicato llegan a la balanza por tuberías, el operario lo único que debe
hacer es abrir la válvula del silicato deseado y empezar la descarga y cerrarla cuando
haya logrado llegar al peso requerido. A lo largo de las paredes del mezclador Simpson,
de una altura aproximada de 0.60m de altura partiendo de la base, se encuentra ubicada
una camiseta que es por donde circula agua fría proveniente de las torres de
enfriamiento, estos cumplen la función de mantener frío el interior del mezclador
evitando que la mezcla se seque rápido y llegue seca al proceso de extrusión. (Ver
figura 25)
3.2.2. Prensa de Extrusión.
En un extremo de la prensa se encuentra ubicada una tolva con forma en V
donde se descarga las varillas de alambre o núcleos. A lo largo de la prensa, en su
centro, se encuentra ubicado un tubo guía por donde pasará el alambre. Los núcleos son
impulsados a lo largo de este tubo guía con la ayuda de unos rodillos de arrastre de
velocidad constante, esta velocidad de extrusión es manipulada por el operario. El
compartimiento de la prensa, en donde se colocarán las briquetas de mezcla, tiene unas
dimensiones de 0.30 x 1.20m. Se trata de una extrusión directa, donde el pistón
empujara la mezcla haciéndolo pasar por un orificio en la compuerta. La velocidad de
extrusión usualmente depende del tipo de electrodo, diámetro del núcleo, calidad del
mezclado, etc. Tienen un límite de seguridad de 700 ksi.
3.3. Resultados de las Pruebas.
Los resultados que se obtuvieron de las pruebas realizadas durante el prensado
se muestran en la tabla 1. Los resultados de las pruebas de soldabilidad se muestran en
la tabla 2. Tomando como referencia la base de datos se toma la siguiente matriz que
será nuestra base para analizar los resultados en el programa MINITAB, se indica en la
tabla 3. Los valores 1 y 0 significan Conforme y No Conforme respectivamente.
44
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stonea
da (ks
i)2da
Pisto
neada
(ksi)
3ra Pi
stonea
da (ks
i)Sol
deo
1120
60460
400320
1
2240
10460
440420
1
3180
35520
520600
0
4240
60600
660580
0
5240
10440
560560
1
6180
35700
680600
1
7240
60700
700700
0
8120
10600
620600
1
9120
60450
450400
1
10120
10500
500500
0
RESU
LTAD
OS FI
NALE
S
48
3.4. Análisis de los Resultados.
3.4.1. Analizando las Variables Cantidad de Masa, Tiempo de Mezclado
Húmedo y Presión de Extrusión.
En los cuadros se indica las variables 1ra Pistoneada, 2da Pistoneada y 3ra
Pistoneada, estás son presiones tomadas habiendo transcurrido 1 min de iniciado
el prensado de la masa. Usualmente una carga mínima de 120 Kg. tiene como
máximo 3 pistoneadas. Esto es debido a que la masa mezclada, como se explico
en el proceso de fabricación, es descargada a una tolva y con la ayuda de una
maquina briqueteadora, se forman unos moldes de 8 Kg. aproximadamente y son
estos los que se colocan dentro de la prensa, en la máquina extrusora solo
pueden entrar como máximo 6 briquetas. Para las cargas de 180 y 240 sólo se
monitoreo hasta la 3ra pistoneada para analizar el comportamiento de la
presión.
Con ayuda del MINITAB empezamos a comparar las presiones de extrusión
obtenidas con las variables de cantidad de masa seca y tiempo de mezclado,
modo de intentar obtener alguna relación entre ambas por separado. Las gráficas
1, 3 y 5 nos muestran lo siguiente: si incrementamos la cantidad de masa seca de
120 a 180 Kg. la presión de extrusión se incrementa, lo mismo ocurre si
incrementamos el tiempo de mezclado de 10 a 35 min. Pero si seguimos
incrementando la cantidad de masa seca de 180 a 240 la presión de extrusión
empieza a decrecer, este mismo efecto ocurre si aumentamos el tiempo de
mezclado de 35 a 60 min. Esto nos dice, que por si solas las variables cantidad
de masa no pueden ser analizadas y que requieren que sean interrelacionadas.
Las Gráficas 2, 4 y 6 muestran la relación que existen entre ambas variables,
pero las graficas son muy variables. Por ejemplo, si mezclamos una carga de 120
Kg. a 10 min. podemos obtener una presión de extrusión superior si
mezcláramos una carga de 240 Kg. en el mismo tiempo. Pero si a la carga de
masa seca de 120 Kg. le aumentamos el tiempo de mezclado a 60 min. se
obtienen presiones inferiores comparadas a una carga de masa seca de 240 Kg.
mezclada al mismo tiempo una carga. Por lo que una simple gráfica en 2D no
puede explicar con detenimiento el comportamiento de estas tres variables.
49
Gráfica 1 – Principales Efectos en la Primera Pistoneada
Gráfica 2 – Interacción de las Variables en la Primera Pistoneada
240180120
620
600
580
560
540
520
500
603510
Masa Seca (kg)
Pres
ión
(ksi
)
Tiempo (min)
Grafica de Efectos Principales de la 1ra PistoneadaData Means
603510
650
600
550
500
450
Tiempo (min)
Pres
ión
(ksi
)
120180240
(kg)SecaMasa
Grafica de Interacción de Variables para la 1ra Pistoneada
50
Gráfica 3 – Principales Efectos en la Segunda Pistoneada
Gráfica 4 – Interacción de las Variables en la Segunda Pistoneada
240180120
600
580
560
540
520
500
603510
Masa Seca (kg)
Pres
ión
(ksi
)
Tiempo (min)
Grafica de Efectos Principales de la 2da PistoneadaData Means
603510
700
650
600
550
500
450
400
Tiempo (min)
Pres
ión
(ksi
)
120180240
(kg)SecaMasa
Grafica de Interacción de Variables para la 2da Pistoneada
51
Gráfica 5 – Principales Efectos en la Tercera Pistoneada
Gráfica 6 – Interacción de las Variables en la Tercera Pistoneada
603510
650
600
550
500
450
400
350
Tiempo (min)
Pres
ión
(ksi
)
120180240
(kg)SecaMasa
Grafica de Interacción de Variables para la 3ra Pistoneada
240180120
600
575
550
525
500
475
450603510
Masa Seca (kg)
Pres
ión
(ksi
)
Tiempo (min)
Grafica de Efectos Principales de la 3ra PistoneadaData Means
52
3.4.2. Diseño Factorial.
Con ayuda del MINITAB hemos realizado un diseño factorial que nos
permitirá poder entender mejor el comportamiento de estas tres variables.
Este diseño factorial se tratará de explicar en las gráficas siguientes.
Full Factorial Design Factors: 2 Base Design: 2, 4 Runs: 10 Replicates: 2 Blocks: 1 Center pts (total): 2 Factorial Fit: 1ra Pistoneada (ksi) versus Masa Seca (kg), Tiempo (min) Estimated Effects and Coefficients for 1ra Pistoneada (ksi) (coded units) Term Effect Coef SE Coef T P Constant 543.00 25.06 21.67 0.000 Masa Seca (kg) 47.50 23.75 28.02 0.85 0.429 Tiempo (min) 52.50 26.25 28.02 0.94 0.385 Masa Seca (kg)*Tiempo (min) 147.50 73.75 28.02 2.63 0.039 S = 79.2386 PRESS = 76415.5 R-Sq = 58.70% R-Sq(pred) = 16.22% R-Sq(adj) = 38.05% Analysis of Variance for 1ra Pistoneada (ksi) (coded units) Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Main Effects 2 10025.0 10025.0 5013 0.80 0.493 2-Way Interactions 1 43512.5 43512.5 43512 6.93 0.039 Residual Error 6 37672.5 37672.5 6279 Curvature 1 11222.5 11222.5 11222 2.12 0.205 Pure Error 5 26450.0 26450.0 5290 Total 9 91210.0
53
Unusual Observations for 1ra Pistoneada (ksi) 1ra Pistoneada Obs StdOrder (ksi) Fit SE Fit Residual St Resid 8 9 700.000 543.000 25.057 157.000 2.09R R denotes an observation with a large standardized residual. Estimated Coefficients for 1ra Pistoneada (ksi) using data in uncoded units Term Coef Constant 744.750 Masa Seca (kg) -1.32500 Tiempo (min) -7.80000 Masa Seca (kg)*Tiempo (min) 0.0491667 Factorial Fit: 2da Pistoneada (ksi) versus Masa Seca (kg), Tiempo (min) Estimated Effects and Coefficients for 2da Pistoneada (ksi) (coded units) Term Effect Coef SE Coef T P Constant 553.00 24.07 22.97 0.000 Masa Seca (kg) 97.50 48.75 26.92 1.81 0.120 Tiempo (min) 22.50 11.25 26.92 0.42 0.691 Masa Seca (kg)*Tiempo (min) 157.50 78.75 26.92 2.93 0.026 S = 76.1276 PRESS = 84946.6 R-Sq = 66.70% R-Sq(pred) = 18.64% R-Sq(adj) = 50.04% Analysis of Variance for 2da Pistoneada (ksi) (coded units) Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Main Effects 2 20025 20025 10013 1.73 0.256 2-Way Interactions 1 49612 49612 49612 8.56 0.026 Residual Error 6 34773 34773 5795
54
Curvature 1 5522 5522 5522 0.94 0.376 Pure Error 5 29250 29250 5850 Total 9 104410 Estimated Coefficients for 2da Pistoneada (ksi) using data in uncoded units Term Coef Constant 721.750 Masa Seca (kg) -1.02500 Tiempo (min) -9.00000 Masa Seca (kg)*Tiempo (min) 0.0525000 Factorial Fit: 3ra Pistoneada (ksi) versus Masa Seca (kg), Tiempo (min) Estimated Effects and Coefficients for 3ra Pistoneada (ksi) (coded units) Term Effect Coef SE Coef T P Constant 528.00 25.22 20.94 0.000 Masa Seca (kg) 110.00 55.00 28.20 1.95 0.099 Tiempo (min) -20.00 -10.00 28.20 -0.35 0.735 Masa Seca (kg)*Tiempo (min) 170.00 85.00 28.20 3.01 0.024 S = 79.7496 PRESS = 113633 R-Sq = 68.45% R-Sq(pred) = 6.06% R-Sq(adj) = 52.68% Analysis of Variance for 3ra Pistoneada (ksi) (coded units) Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Main Effects 2 25000 25000 12500 1.97 0.221 2-Way Interactions 1 57800 57800 57800 9.09 0.024 Residual Error 6 38160 38160 6360 Curvature 1 12960 12960 12960 2.57 0.170 Pure Error 5 25200 25200 5040 Total 9 120960 Estimated Coefficients for 3ra Pistoneada (ksi) using data in uncoded units Term Coef
55
Constant 734.000 Masa Seca (kg) -1.06667 Tiempo (min) -10.6000 Masa Seca (kg)*Tiempo (min) 0.0566667 Alias Structure I Masa Seca (kg) Tiempo (min) Masa Seca (kg)*Tiempo (min)
Factorial Fit: Soldeo versus Masa Seca (kg); Tiempo (min) Estimated Effects and Coefficients for Soldeo (coded units) Term Effect Coef SE Coef T P Constant 0,6000 0,1307 4,59 0,004 Masa Seca (kg) -0,2500 -0,1250 0,1461 -0,86 0,425 Tiempo (min) -0,2500 -0,1250 0,1461 -0,86 0,425 Masa Seca (kg)*Tiempo (min) -0,7500 -0,3750 0,1461 -2,57 0,043 S = 0,413320 PRESS = 2,47417 R-Sq = 57,29% R-Sq(pred) = 0,00% R-Sq(adj) = 35,94% Analysis of Variance for Soldeo (coded units) Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Main Effects 2 0,25000 0,25000 0,12500 0,73 0,520 2-Way Interactions 1 1,12500 1,12500 1,12500 6,59 0,043 Residual Error 6 1,02500 1,02500 0,17083 Curvature 1 0,02500 0,02500 0,02500 0,13 0,738 Pure Error 5 1,00000 1,00000 0,20000 Total 9 2,40000 Estimated Coefficients for Soldeo using data in uncoded units
56
Term Coef Constant -0,425000 Masa Seca (kg) 0,00666667 Tiempo (min) 0,0400000 Masa Seca (kg)*Tiempo (min) -2,50000E-04 Alias Structure I Masa Seca (kg) Tiempo (min) Masa Seca (kg)*Tiempo (min)
En las gráficas 7, 9 y 11 se puede observar que en los dos primeros casos
la presión de extrusión incrementa conforme se incrementa la cantidad de
masa seca y el tiempo de mezclado. Pero en el tercer caso, la presión de
extrusión solo incrementa al aumentar las cantidades de masa seca pero
disminuye si el tiempo de mezclado aumenta. Este se explicara más
adelante porque aquí interviene otro factor. Pero al igual que en los casos
anteriores las dos variables deben ser vistas relacionadas y no de manera
independiente.
En las gráficas 8, 10 y 12 se pueden ver gráficas que interrelacionan las
variables de cantidad de masa seca y de tiempo de mezclado. Solo
comprueban nuestro análisis anterior de que ambas variables están
relacionadas pero de una manera tridimensional.
El programa MINITAB nos permite poder realizar un simulacro de cual
serían las presiones de extrusión obtenidas modificando la cantidad de
masa seca y el tiempo de mezclado. Las graficas 13, 14 y 15 son una
muestra y con este programa podemos predecir el comportamiento de
estas variables.
57
Gráfica 7 – Principales Efectos en la Primera Pistoneada basándonos en el Diseño
Factorial Gráfica 8 –Interacción de las Variables en la Primera Pistoneada basándonos en el
Diseño Factorial
240180120
620
600
580
560
540
520
500
603510
Masa Seca (kg)Pr
esió
n (k
si)
Tiempo (min)CornerCenter
Point Type
Gráfica de Principales Efectos para la 1ra Pistoneada
603510
650
600
550
500
450
Tiempo (min)
Pres
ión
(ksi
)
120 Corner180 Center240 Corner
(kg)SecaMasa
Point Type
Gráfica de Interacción para la 1ra Pistoneada
58
Gráfica 9 – Principales Efectos en la Segunda Pistoneada basándonos en el Diseño
Factorial Gráfica 10 –Interacción de las Variables en la Segunda Pistoneada basándonos en
el Diseño Factorial
240180120
600
580
560
540
520
500
603510
Masa Seca (kg)
Pres
ión
(ksi
)
Tiempo (min)CornerCenter
Point Type
Gráfica de Principales Efectos para la 2da Pistoneada
603510
700
650
600
550
500
450
400
Tiempo (min)
Pres
ión
(ksi
)
120 Corner180 Center240 Corner
(kg)SecaMasa
Point Type
Gráfica de Interacción para la 2da PistoneadaData Means
59
Gráfica 11 – Principales Efectos en la Tercera Pistoneada basándonos en el Diseño
Factorial Gráfica 12 –Interacción de las Variables en la Tercera Pistoneada basándonos en
el Diseño Factorial
240180120
600
575
550
525
500
475
450603510
Masa Seca (kg)Pr
esió
n (k
si)
Tiempo (min)CornerCenter
Point Type
Gráfica de Principales Efectos para la 3ra PistoneadaData Means
603510
650
600
550
500
450
400
350
Tiempo (min)
Pres
ión
(ksi
)
120 Corner180 Center240 Corner
(kg)SecaMasa
Point Type
Gráfica de Interacción para la 3ra Pistoneada
60
Grá
fica
13 –
Sim
ulad
or d
e la
s Pre
sion
es d
e E
xtru
sión
con
una
can
tidad
de
mas
a se
ca d
e 12
0 kg
va
rian
do e
l tie
mpo
de
mez
clad
o.
61
Grá
fica
14 –
Sim
ulad
or d
e la
s Pre
sion
es d
e E
xtru
sión
con
una
can
tidad
de
mas
a se
ca d
e 18
0 kg
va
rian
do e
l tie
mpo
de
mez
clad
o.
62
Grá
fica
15 –
Sim
ulad
or d
e la
s Pre
sion
es d
e E
xtru
sión
con
una
can
tidad
de
mas
a se
ca d
e 24
0 kg
va
rian
do e
l tie
mpo
de
mez
clad
o.
63
Response Optimization Parameters Goal Lower Target Upper Weight Import 1ra Pistonea Target 200 500 700 1 1 2da Pistonea Target 200 500 700 1 1 3ra Pistonea Target 200 500 700 1 1 Global Solution Masa Seca (k = 240 Tiempo (min) = 10 Predicted Responses 1ra Pistonea = 466.75 , desirability = 0.889167 2da Pistonea = 511.75 , desirability = 0.941250 3ra Pistonea = 508.00 , desirability = 0.960000 Composite Desirability = 0.929651
Con todo esto podemos deducir que las tres variables tienen un comportamiento
tridimensional y están altamente vinculadas. Las graficas 16, 17 y 18 nos
muestran el comportamiento de la presión de extrusión de acuerdo a las
variables de cantidad de masa seca y tiempo de mezclado, son imágenes desde
una vista superior.
64
Gráfica 16 – Comportamiento de la Presión de Extrusión versus el Tiempo de Mezclado y la Cantidad de Masa Seca para la 1ra Pistoneada
Masa Seca (kg)
Tiem
po (
min
)
220195170145120
60
50
40
30
20
10
> – – – < 500
500 550550 600600 650
650
(ksi)Pistoneada
1ra
Grafica para la 1ra Pistoneada (ksi) vs Tiempo (min), Masa Seca (kg)
65
Gráfica 17 – Comportamiento de la Presión de Extrusión versus el Tiempo de Mezclado y la Cantidad de Masa Seca para la 2da Pistoneada
Masa Seca (kg)
Tiem
po (
min
)
220195170145120
60
50
40
30
20
10
> – – – – < 450
450 500500 550550 600600 650
650
(ksi)Pistoneada
2da
Grafica para la 2da Pistoneada (ksi) vs Tiempo (min), Masa Seca (kg)
66
Gráfica 18 – Comportamiento de la Presión de Extrusión versus el Tiempo de Mezclado y la Cantidad de Masa Seca para la 3ra Pistoneada
Masa Seca (kg)
Tiem
po (
min
)
220195170145120
60
50
40
30
20
10
> – – – – – < 400
400 450450 500500 550550 600600 650
650
(ksi)Pistoneada
3ra
Gráfica para la 3ra Pistoneada (ksi) vs Tiempo (min), Masa Seca (kg)
67
3.4.3. Análisis Finales.
De las gráficas 16, 17 y 18 se observan que hay muchas variaciones y que las
zonas no son estables, esto es debido a que existen una variable adicional que
influye significativamente entre estas, y es el tiempo de secado del silicato, un
tiempo que empieza desde que la mezcla es descargada hasta que es prensada.
Como se explico anteriormente por cada carga de 120 Kg. salen 3 pistoneadas,
el tiempo promedio por pistoneada es de 6 minutos, esto quiere decir que
tomando un tiempo inicial de cero para las 6 primeras briquetas
correspondientes a la primera pistoneada, la segunda pistoneada empezará a los
6 minutos y la tercera pistoneada habrá tenido un tiempo de 12 minutos en
intemperie después de haber sido mezclada. Este tiempo de intemperie, ver
figura 25, es una variable muy importante, puesto que el silicato que tiene la
masa en su interior tiende a secarse muy rápido, y ocasiona serios problemas de
calidad en el prensado, es este el factor por lo que la presión de extrusión tiene
un comportamiento tan variado. En la práctica, tratamos de contrarrestarlo
cubriendo las briquetas con trapos húmedos de modo de mantener la húmeda, o
dicho de otra manera, tratar de mantener las condiciones iniciales del mezclado.
Si observamos con detenimiento las graficas observamos que incrementando el
tiempo de intemperie, o mejor dicho se dejamos que el silicato este mucho
tiempo expuesto a la temperatura ambiente, se obtendrán presiones de extrusión
bajas pero dándole a las mezclas un mayor tiempo de mezclado.
Para nuestro análisis la segunda pistoneada y tercera pistoneada se alejan mucho
de las condiciones ideales y por lo que nos basaremos en los resultados de la
primera pistoneada.
La gráfica 19 muestra la presión de extrusión versus la cantidad de masa seca y
el tiempo de mezclado y como se observa tiene un comportamiento
tridimensional, donde se pueden obtener presiones de extrusión similares al
mezclar distintas cantidades de masa seca con tan solo variar el tiempo de
mezclado.
68
Gráfica 19 – Figura Tridimensional de la Presión de Extrusión versus el Tiempo de Mezclado y la Cantidad de Masa Seca para la 3ra Pistoneada
6040
20
500
550
150
600
650
200 250Tiempo (min)
1ra Pistoneada (ksi)
Masa Seca (kg)
Figura Tridimensional para la 1ra Pistoneada (ksi) vs Tiempo (min), Masa Seca (kg)
69
Gráfica 20 – Grafica de Soldeo versus Masa Seca y Tiempo
Masa Seca (kg)
Tiem
po (
min
)
220195170145120
60
50
40
30
20
10
> – – – – < 0,0
0,0 0,20,2 0,40,4 0,60,6 0,8
0,8
Soldeo
Grafica de Soldeo vs Tiempo (min); Masa Seca (kg)
70
3.4.4. Condiciones Ideales de Trabajo.
Hemos visto que tenemos un amplio rango de trabajo, pero en la práctica existen
muchas variables adicionales que restringen la zona de trabajo. Primero
empezaremos con analizar cual sería la presión ideal de trabajo, o mejor dicho la
zona ideal. Tomaremos como referencia la temperatura límite de trabajo de las
extrusoras y estas son de 700 ksi. Superando esta presión las máquinas empiezan
a tener problemas y corremos el riesgo de que empiece a deteriorarse más
rápido, involucrando mantenimientos preventivos más frecuentes por lo que
tomaremos un nivel de seguridad de un 78 a 80 %, esto nos dice que la presión
máxima de trabajo para nuestro estudio será de 550 ksi aproximadamente.
La siguiente variable a analizar será la cantidad de masa seca que será utilizada
en la mezcla, como explicamos anteriormente a mayor tiempo de exposición del
silicato de la mezcla a intemperie más heterogéneo y dificultoso será la extrusión
de la masa, por lo que grandes cantidades de mezcla tampoco son productivas,
no sirve de mucho mezclar cantidades si luego la masa va a tener
comportamientos diferentes y no homogéneos mientras espera a ser prensada.
Actualmente se mezclan cargas de 120 kg y como nuestro es incrementar la
producción, podemos sugerir mezclar 180 o 240 kg pero bajo ciertas
condiciones propuestas. La planta opera con dos mezcladores y una sola prensa
extrusora, los mezcladores trabajan uno después de otro de modo de mantener la
prensa operativa. Para poder incrementar la producción se planteo la instalación
de una nueva prensa extrusora que trabaje en paralelo a la antigua, de modo que
la masa mezclada sea consumida en el menor tiempo posible con el objetivo de
asegurar en cada pistoneada las misma condiciones de trabajo y evitar problemas
de calidad y productivos.
Retomaremos los datos de soldeo de todas las producciones y veremos como
influye la cantidad de mezcla al final del proceso. La grafica 20, muestra un
panorama de cómo están relacionadas, siendo el valor 1 conforme y el valor 0 no
conforme, nuestra meta es mantenernos en un termino medio que entre 0.5 a 1 a
fin de asegurar la calidad de la soldadura. Aquí se observa que al realizar
71
producciones más grandes de mezclado superiores a 200 kg, empezamos a correr
el riesgo de que las cargas comiencen a presentar distintos problemas en el
soldeo y en el prensado. Si queremos incrementar nuestra producción debemos
mantenernos en el contorno celeste, esto nos asegura menos probabilidades de
problemas de soldeo.
Luego de realizar más pruebas en producción como se indican en la tabla 4 y 5,
se toma como rango de mezclado de masa seca aquellas cargas que se
encuentren entre 180 y 200 kg.
En la gráfica 21, se indican las zonas de trabajo ideales en las que podemos
trabajar. Como el objetivo es ser mas productivos y no perjudicar nuestras
cargas, tendremos como rango de trabajo de tiempo mezclado entre 20 y 30 min.
72
Grafica 21 – Zona Ideal de Trabajo
Masa Seca (kg)
Tiem
po (
min
)
220195170145120
60
50
40
30
20
10
> – – – < 500
500 550550 600600 650
650
(ksi)Pistoneada
1ra
Grafica para la 1ra Pistoneada (ksi) vs Tiempo (min), Masa Seca (kg)
Zona Ideal de Trabajo
73
3.4.5. Resultados de Producción.
Antes de iniciar este estudio, las condiciones de trabajo eran las siguientes:
Se trabaja en un turno de 9 horas
Se prensan 32 cargas de 120 Kg.,
El tiempo promedio de mezclado es de 25 min. por carga.
Se trabajan con dos mezcladores que trabajan simultáneamente
alimentando a una sola prensa de modo de mantenerla siempre operativa.
Con esto se lograba poder mezclar 3840 Kg. de masa seca.
Siendo el factor de masa el 32 %.
Se logran producir en turno normal 12 000 kg de soldadura de este
electrodo básico.
Luego de las pruebas, se optó por trabajar bajo las siguientes condiciones.
Se trabaja en un turno de 9 horas
Se prensan 35 cargas de 180 Kg.
El tiempo promedio de mezclado es de 28 min. por carga.
Se trabajan con dos mezcladores que trabajan simultáneamente
alimentando a dos prensas extrusoras de modo de mantenerla siempre
operativa.
Las prensas extrusoras pueden trabajar simultáneamente o
independientemente sin perjudicarse la una a la otra.
Con esto se lograba poder mezclar 5760 Kg. de masa seca.
Siendo el factor de masa el 32 %.
Se logran producir en turno normal 18 000 Kg. de soldadura de este
electrodo básico.
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3.4.6. Beneficio Económico.
Se ha logrado llevar la producción de soldadura de este electrodo básico de
10500 Kg. a 18 000 Kg. en un turno normal de 9 horas, lo que significa que la
producción se a incrementado en un 70 %.
Para poder lograr estos niveles de producción en condiciones normales se
requieren de dos prensas extrusoras con sus mezcladores simpson
independientes por separado con 5 operarios en cada línea de producción. Ahora
se logra este nivel de producción con dos prensas extrusoras trabajando juntas en
paralelo, y una sola mezcladora simpson y trabajando tan solo con 7 operarios.
Aquí estamos ahorrando en mano de obra directa, consumo de energía eléctrica
y agua.
Esto nos permitió incrementar levantar nuestra producción mensual para los
electrodos básicos de un promedio mensual de 210 000 a 360 000 toneladas,
como consecuencia podemos completar la producción mensual en una sola línea
de producción y tenemos la otra línea disponible para fabricar otros tipos de
electrodos y de este modo ser más competitivos en el mercado.
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CONCLUSIONES
1. Este informe demuestra que en le proceso de mezclado intervienen muchos
factores, y que aunque manteniendo la mayoría constantes, siempre están
latentes su influencia por más mínima que sean. Se mantuvo constante la
velocidad de mezclado, la velocidad de extrusión, la cantidad de silicato y agua
fue agregado de manera proporcional, el mismo tipo de masa, la temperatura de
mezclado.
2. La presión de extrusión, la cantidad de masa seca utilizada para cada batch y el
tiempo de mezclado por carga están completamente relacionados, y no siguen
un comportamiento lineal, su trayectoria se puede ver con mayor claridad en un
comportamiento tridimensional.
3. Este informe se analizo tomando como premisa que las condiciones de extrusión
deben ser iguales en cada pistoneada de la prensa. Como se explicó
anteriormente, el tiempo al que está expuesta el silicato de la mezcla a
intemperie influye notablemente en los cambios de presión de extrusión, por lo
que solo se analizó la primera pistoneada. Esta sequedad de la masa es
contrarestada de varias maneras, minimizando tiempos muertos de producción,
colocando trapos húmedos sobre las briquetas de modo de mantenerlas siempre
humedad.
4. Las condiciones ideales de trabajo son trabajar con presiones inferiores a 560 ksi
de nodo de no perjudicar el equipo, con cargas cuyo peso de masa seca oscilen
entre 180 a 200 Kg. Nuestro objetivo es producir más sin que se vean afectados
los estándares de calidad de la soldadura. La gráfica 20 muestra claramente que
mezclas superiores a 240 Kg. tienen altas probabilidades de presentar problemas
en el prensado y problemas en el soldeo. Cargas inferiores a 180 Kg. No son
viables si nuestro objetivo es incrementar la producción.
76
5. Estas pruebas son validas con la instalación de una prensa extrusora en paralelo.
Intentar incrementar la producción con una sola prensa no es viable pues como
se explico anteriormente, mezclar bastante no es productivo si no es consumido
de inmediato por efecto del silicato.
6. Se logró incrementar la producción en un 70%, llevándolo de 10.5 toneladas a
18 toneladas de soldadura por turno de 9 horas, manteniendo conforme los
indicadores de producción y los estándares de calidad de la soldadura.
7. Hemos ahorrado en costo de mano de obra, consumo de energía eléctrica y
consumo de agua, puesto que lo que antes producíamos con dos líneas de
producción independientes con 10 operarios en total, lo logramos ahora con una
sola línea de producción, requiriendo solamente 7 operarios.
8. Debido que al tener una línea de producción con más tiempo disponible le
permite a la empresa manejar una mayor variedad de ítems de producción y de
este modo nos permite ser más competitivos en el mercado nacional e
internacional.
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BIBLIOGRAFIA
Germán Hernández Riesco, “MANUAL DEL SOLDADOR”, Editorial
Gráficas Rógar S. A. Páginas 03 – 191, Edición Nro 16.
EXSA S. A. - “MANUAL DE SOLDADURA Y CATALOGO DE
PRODUCTOS”. Páginas 01 – 90. Edición Nro 2.
AMERCIAN WELDING SOCIETY – “WELDING HANDBOOK”
“AWS A5.1-92: Specification for Carbon Steel Electrodes for Shielded Metal
Arc Welding”. Edition Nro 10
MINITAB 15
El software de herramientas estadísticas más utilizado en todo el mundo para
mejorar la calidad.
WWW.MINITAB.COM
LISTADO DE FIGURAS Figura 1.- Descripción del proceso
Figura 2.- Diferentes Tipos de Uniones
Figura 3.- Esquema de los métodos de unión de materiales.
Figura 4.- Clasificación de los procesos de soldadura
Figura 5.- Descripción del Arco Eléctrico
Figura 6.- Corriente Continua Electrodo Negativo
Figura 7.- Corriente Continua Electrodo Positivo
Figura 8.- Características de la Polaridad Inversa (CCEP) con los electrodos revestidos
Figura 9.- Características de la Polaridad Directa (CCEN) con los electrodos revestidos
Figura 10.- Efectos de la Corriente Alterna en el Arco Eléctrico
Figura 11.- Descripción del Proceso SMAW.
Figura 12.- Comparación entre Corriente Continua y Corriente Alterna
Figura 13.- Penetración Obtenida en Función de la Polaridad
Figura 14.- Equipo de Soldeo
Figura 15.- Electrodo Revestido
Figura 16.- Funciones del Revestimiento del Electrodo
Figura 17.- Clasificación y Características de los Electrodos en Función del Espesor del
Revestimiento
Figura 18.- Tipos de Uniones
Figura 19.- Diferentes Tipos de Soldadura
Figura 20.- Formato del Canto de las Piezas
Figura 21.- Diagrama de Flujo del proceso de fabricación de Soldaduras
Figura 22.- Descripción del Proceso de Mezclado Húmedo y Extrusión
LISTADO DE GRAFICAS Gráfica 1 – Principales Efectos en la Primera Pistoneada.
Gráfica 2 – Interacción de las Variables en la Primera Pistoneada.
Gráfica 3 – Principales Efectos en la Segunda Pistoneada.
Gráfica 4 – Interacción de las Variables en la Segunda Pistoneada.
Gráfica 5 – Principales Efectos en la Tercera Pistoneada.
Gráfica 6 – Interacción de las Variables en la Tercera Pistoneada.
Gráfica 7 – Principales Efectos en la Primera Pistoneada basándonos en el Diseño Factorial.
Gráfica 8 –Interacción de las Variables en la Primera Pistoneada basándonos en el Diseño
Factorial.
Gráfica 9 – Principales Efectos en la Segunda Pistoneada basándonos en el Diseño Factorial.
Gráfica 10 –Interacción de las Variables en la Segunda Pistoneada basándonos en el Diseño
Factorial.
Gráfica 11 – Principales Efectos en la Tercera Pistoneada basándonos en el Diseño Factorial.
Gráfica 12 –Interacción de las Variables en la Tercera Pistoneada basándonos en el Diseño
Factorial.
Gráfica 13 – Simulador de las Presiones de Extrusión con una cantidad de masa seca de 120 kg
variando el tiempo de mezclado..
Gráfica 14 – Simulador de las Presiones de Extrusión con una cantidad de masa seca de 180 kg
variando el tiempo de mezclado.
Gráfica 15 – Simulador de las Presiones de Extrusión con una cantidad de masa seca de 240 kg
variando el tiempo de mezclado.
Gráfica 16 – Comportamiento de la Presión de Extrusión versus el Tiempo de Mezclado y la
Cantidad de Masa Seca para la 1ra Pistoneada
Gráfica 17 – Comportamiento de la Presión de Extrusión versus el Tiempo de Mezclado y la
Cantidad de Masa Seca para la 2da Pistoneada.
Gráfica 18 – Comportamiento de la Presión de Extrusión versus el Tiempo de Mezclado y la
Cantidad de Masa Seca para la 3ra Pistoneada.
Gráfica 19 – Figura Tridimensional de la Presión de Extrusión versus el Tiempo de Mezclado y
la Cantidad de Masa Seca para la 3ra Pistoneada.
Gráfica 20 – Grafica de Soldeo versus Masa Seca y Tiempo.
Grafica 21 – Zona Ideal de Trabajo.
