CAPITULO 1

INTRODUCCIN

A LA SOLDADURA

Y SUS PROCESOS

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CAPITULO 1 INTRODUCCIN A LA SOLDADURA

1.1.- DEFINICIN DE SOLDADURA La soldadura es un proceso de fabricacin caracterizado por la ocurrencia simultnea de una amplia variedad de fenmenos asociados a transferencia de calor, cambios de estado, contraccin y dilatacin trmica, electricidad, deformacin plstica, etc. De manera que, en cierta forma, rene los principios de muchos procesos de fabricacin a la vez. No es simple por lo tanto, enunciar una definicin de un proceso tan complejo como la soldadura que permita diferenciarla de otros procesos de fabricacin y que a su vez permita ubicar, sin ambigedades todos los procesos industriales de soldadura dentro de ese concepto. Podemos encontrar definiciones muy generales como: La soldadura es un proceso de unin de dos o ms partes metlicas. Otra definicin ms especfica seria como: La soldadura es un proceso de Unin de los metales por fusin en sus superficies de contacto. Con el desarrollo de nuevos procesos y materiales, no es esencial ni la fusin ni los metales soldables para la ejecucin de una soldadura.

La primera definicin es demasiado general pues dentro de ella quedan incluidas las uniones atornilladas, remachadas, por pegamentos y an las obtenidas por atadura. Por su parte, la segunda definicin excluye procesos industriales de soldadura donde no existe fusin, como las soldaduras por forja, por difusin, por explosin, etc. Todos los procesos industriales de soldadura tienen una caracterstica comn: Los tomos de las partes de la unin se encuentran en estrecha relacin unos con otros. Esta caracterstica, nos permite elaborar una definicin actual de soldadura, la cual seria como sigue a continuacin: La soldadura es un proceso de fabricacin que permite unir los metales, utilizando para ello tcnicas razonablemente econmicas, asegurndose que la junta tenga una continuidad en las propiedades fsicas y qumicas adecuadas al trabajo que desempeara la pieza y compatible con el metal base. El termino continuidad, en este caso, significa que las propiedades en las juntas deben ser constantes o variables continuamente, esto es, sin saltos. Actualmente se trabaja en la soldabilidad de diversos materiales, incluyendo, los tradicionales, los plsticos y los vidrios.

1.2.- DESARROLLO HISTRICO Los principios del proceso de soldadura fueron conocidos por el hombre desde pocas muy remotas. Sabemos, por referencia del poeta griego Homero, que los trabajo de los metales eran conocidos por lo menos tres mil aos atrs. Probablemente, el primer proceso de soldadura fue desarrollado a partir del proceso fundicin. Se han encontrado piezas con ms de 2.000 aos de antigedad, en las cuales se han soldado apndice por soldadura, proceso que era posiblemente ejecutado de la siguiente forma: Primero, a la pieza a la cual se soldara el apndice, era calentada a una temperatura lo ms alta posible, cercana a la de fusin, luego sobre ella se colocaba un molde de arena cuya cavidad interna reproducira la geometra del apndice a soldar. Acto seguido, se vaciara metal fundido en esa cavidad el cual, por su alta temperatura contribuira a fundir la parte del material de la pieza colocada debajo, logrndose una soldadura de calidad satisfactoria. Otro ejemplo de piezas unidas por soldadura ha sido encontrado en piezas soldadas por forja en caliente en el siglo XVI. En este proceso las dos piezas a ser unidas eran calentadas en una fragua, puestas en contacto una sobre la otra y forjadas a martillo

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hasta lograr su unin. En los procesos descritos, la presencia de xidos en la zona de contacto entre las piezas unidas produca la ruptura de la unin, bajo fuerzas moderadas. Sin embargo, hay que considerar que, para las fuerzas involucradas antes de la revolucin industrial, estos tipos de unin cumplan satisfactoriamente las funciones a que fueron destinadas como objetos decorativos, implementos agrcolas, armas, etc.

Figura 1.- Descripcin del proceso de soldadura ms antiguo.

Figura 2.- Soldadura por forja en caliente en el siglo XVI.

La invencin de los procesos modernos de soldadura comienza hace unos 190 aos y surge del descubrimiento efectuado en (1.808) por el investigador ingls Sir Humphrey Davy, segn el cual la electricidad puede ser conducida a travs del aire entre dos

electrodos de carbn bajo la forma de una "descarga gaseosa", la cual va acompaada de gran desprendimiento de calor. Posteriormente, en (1.886), el ruso Nikolas R., Benardos (Figura 3) en Rusia observ que era posible establecer un arco entre un electrodo de carbn y una pieza metlica, logrndose fundir esta ltima, con lo cual poda usarse en la unin satisfactoria de piezas de acero pero de ninguna forma apto para otros metales. Zerener (1889), introduce en el proceso un segundo electrodo, haciendo el arco entre los

dos electrodos, haciendo que la corriente no recorra la pieza, permitiendo la soldadura de materiales no conductores. Luego de esto, el proceso de soldadura por arco elctrico con electrodo metlico se hizo posible gracias a las investigaciones independientes del ruso N.G. Slavianoff y del norteamericano Charles Coffin en (1.892), cuyos trabajos sentaron

las bases para el desarrollo actual de los procesos de soldadura por arco elctrico. Las principales invenciones en mtodos de soldadura se muestran en la tabla siguiente:

Tabla 1.- Principales desarrollos en Mtodos de Soldadura.

Mtodo de soldadura Ao Pas Inventor Descubre el Fenmeno del Arco Elctrico. 1.808 Inglaterra Humphrey Davis

Arco Elctrico con Electrodos de Carbn. 1.886 Rusia Benardos y Olszewski

Soldadura por Resistencia. 1.886 USA. Thomson

Arco con dos Electrodos de Carbn. 1.889 Inglaterra Zerener

Arco Elctrico con Electrodo Metlico. 1.892 Rusia y USA. Slavianoff y Coffin

Soldadura Oxiacetilnica. 1.901 Francia Fouch y Piccard

Soldadura por Termita (Aluminotrmica). 1.903 Alemania Goldschmidt

Desarrolla el Electrodo Revestido. 1.905 Alemania Kjellberg

Protegida por CO2. 1.918 USA. Lincoln

Por Hidrgeno Atmico. 1.926 USA. Langmuir

Protegida por Gas Inerte. 1.930 USA. Hobart y Denver

Desarrolla el Proceso TIG y Arco Sumergido SAW. 1.935 USA. Kennedy

Desarrolla el Proceso MIG/MAG. 1.948 USA. Kennedy

Desarrolla el Proceso Haz de Electrones. 1.950 Francia/Alemania

Desarrolla el Proceso Electroescoria y Lser. 1.960 Rusia/USA

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El proceso de Slavianoff (1892), introduce la conexin elctrica en la propia varilla del material de adicin, formando el electrodo consumible. Kjellberg (1905), crea el electrodo

revestido, que permiti incorporar sustancias, para producir efectos especiales en el arco al soldar. La evolucin posterior llev al uso del arco protegido, inicialmente con hidrgeno, y posteriormente con gases neutros o inertes.

Poco tiempo despus surgi la soldadura con arco protegido con hidrgeno. Este proceso, conocido como soldadura con "hidrgeno atmico" o "arcatmica", utilizaba un arco

voltaico en atmsfera de hidrgeno, entre dos electrodos permanentes de tungsteno.

Figura 3.- Origen y desarrollo de los procesos de soldadura al arco.

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El hidrgeno se disocia en el arco elctrico, pasando para el estado atmico con absorcin de energa. En contacto con el metal a soldar o con las piezas a unir, el hidrgeno vuelve al estado molecular, liberando calor y aumentando su rendimiento trmico en el proceso. La llama producida por la quema de hidrgeno tambin contribuye para el rendimiento trmico. La fuente de energa era un transformador especial para producir alta tensin, para encender el arco (encima de 70 volts), sin peligro para el soldador. El proceso cay en desuso cuando gases neutros o inertes pasaron a ser usados como atmsfera en la soldadura. Los ltimos aos han sido de una intensa actividad en el desarrollo de nuevos procesos de soldadura producto de las necesidades de produccin y a la aparicin de nuevas aleaciones, de forma tal que prcticamente ms del 90% de los procesos actualmente utilizados se han desarrollado durante el siglo XX, con mayor nfasis en sus ltimos cincuenta aos.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES Material de Base: Es el material que constituye las partes a unir. Material de Adicin o Aporte: Es el material que ser usado como aporte en el proceso de soldadura (de la misma naturaleza que el material base), capaz de rellenar el espacio entre las superficies a unir. El material de adicin es de la misma naturaleza de las partes y ser usado para asegurar la continuidad de las propiedades en caso de la soldadura por fusin, de chapas y de piezas relativamente gruesas. Ella rellenara el espacio entre las superficies. No se debe confundir los trminos soldar y soldadura.

Soldar: Es la zona de unin donde hubo solubilizacin. Soldadura: Es el proceso por el cual se consigue la unin. La soldadura como tcnica envuelve varios campos de conocimiento, a saber: La metalurgia, la mecnica, la electrnica (analgica y digital), la electrnica de potencia, la qumica, la fsica, la resistencia de los materiales, adems de los procesos de produccin industrial.

EVOLUCIN DE LA SOLDADURA La evolucin tecnolgica obliga, cada vez ms, a que las tcnicas de soldadura estn enfocadas a mejorarse. Los factores determinantes para estos avances pueden ser relacionados a tres aspectos fundamentales:

a) TENDENCIA A LA PROLIFERACIN DE METALES Y ALECIONES. A inicio del siglo soldar era usada en hierro, en aceros y en el cobre. Actualmente el proceso es aplicado a los aceros inoxidables, aleaciones, aceros aleados especiales, y mas recientemente, al titanio, zirconio y molibdeno. Por siempre la perspectiva del uso de nuevos materiales es por lo tanto una investigacin de nuevas tcnicas de soldadura.

b) TENDNCIA LA AUTOMATIZACIN. Forzado para la busca de reduccin de costos, tiempos de ejecucin y productividad, la investigacin para la automatizacin de procesos es constante, involucrando profesionales de otras reas da la ingeniera.

c) TENDNCIA A LA PROLIFERACIN DE NORMAS, ESPECIFICACIONES Y MTODOS DE CONTROL. Constantemente el campo de la soldadura se amplia, y las especificaciones hace mas restrictas y las tolerancias mas estrechas. El control de calidad actual exige el uso creciente de recursos de informtica.Resistencia elstica

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1.3.- PRINCIPALES PROCESOS DE SOLDADURA Los Procesos de Soldadura pueden dividirse en dos grandes grupos: Por fusin (uso del calor), por presin y por combinacin de calor y presin.

POR FUSIN: La energa es aplicada para producir calor capaz de fundir al material base. En este caso se dice que la solubilizacin ocurre en la fase lquida que caracteriza al proceso de soldadura por fusin. Asimismo, en la fusin, la soldadura es obtenida por la solubilizacin en la fase lquida de las partes a unir. Ej. Soldadura Oxiacetilnica y al Arco.

POR PRESIN: La energa es aplicada para provocar una tensin en el material base, capaz de producir la solubilizacin en la fase slida, caracterizando la soldadura por presin. Hay casos donde no es ntida la diferencia entre la soldadura por fusin y por presin. Las formas de energa son: Calor, Induccin, Electromagntica y ultrasonido.

A continuacin se indican los principales procesos de soldadura, considerando los dos grandes grupos, en donde las fuentes de energa son: Elctrica, Qumica y Mecnica.

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RESUMEN PROCESOS DE SOLDADURA

PROCESO Designacin

AWS SOLDADURA POR FUSIN (ARCO ELCTRICO) AW

Soldadura metlica por arco con hidrgeno atmico. AHW

Soldadura por arco metlico con electrodo desnudo sin proteccin gaseosa. BMAW

Soldadura metlica por arco con electrodos revestidos. (Soldadura manual). SMAW

Soldadura por gravedad con electrodos revestido.

Soldadura por arco hilo tubular (sin proteccin gaseosa). FCAW

Soldadura por arco sumergido. SAW Soldadura por arco sumergido con hilo/alambre.

Soldadura por arco sumergido con varillas/electrodos desnudos.

Soldadura por arco con gas. GMAW

Soldadura por arco con gas inerte; Soldadura MIG MAG. GMAW Soldadura por arco con hilo tubular (con proteccin de gas activo - inerte) FACW

Soldadura por arco con proteccin gaseosa y electrodos no consumibles GTAW

Soldadura por arco con electrodos de wolfrmio (SAEW) SAEW y gas inerte. GTAW

Soldadura TIG. GTAW

Soldadura por arco plasma. PAW

Soldadura MIG por arco plasma. PAW

Soldadura por arco de carbn. CAW Soldadura por arco con electrodos de grafito.

Soldadura a tope por arco magnticamente impedido.

SOLDADURA POR RESISTENCIA RW

Soldadura de puntos por resistencia. RSW

Soldadura de costura por resistencia.

RSEW Soldadura a solape de costura o cordn por resistencia.

Soldadura de costura por estampacin.

Soldadura de costura con varilla por resistencia.

Soldadura por proyeccin y percusin. PEW

Soldadura por chispa con presin. FW

Soldadura a tope por resistencia; Soldadura recalcada. UW

Soldadura por resistencia de resalto. RPW

Soldadura por resistencia con alta frecuencia HF. HFRW

Soldadura de costura por alta frecuencia; Soldadura a tope con alta frecuencia. RSEW-HF

SOLDADURA POR LLAMA

Soldadura Oxigs. OFW

Soldadura Oxiacetilnica OAW

Soldadura Oxipropano.

Soldadura Oxhdrica. OHW

Soldadura Aerogas. AAW Soldadura Aeroacetilnico.

Soldadura Aeropropano.

Soldadura a gas con presin. PGW

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SOLDADURA POR PRESIN HFW

Soldadura por ultrasonido. USW

Soldadura por friccin. FRW

Soldadura por forja. FOW

Soldadura por alta resistencia mecnica o por explosin. EXW

Soldadura por difusin. DEW

Soldadura por dilucin. DFW

Soldadura por presin con gas. HPW

Soldadura por presin en fro. Soldadura en fro. CW

OTROS PROCESOS DE SOLDADURA Y CORTE DE METALES

Soldadura por termita o aluminotrmica. TW

Soldadura por electroescoria. ESW

Soldadura por electrogas.

Soldadura por induccin. IW

Soldadura por radiacin luminosa. LBW

Soldadura por rayo lser.

Soldadura por imagen de arco.

Soldadura por infrarrojos. IRW

Soldadura por haz de electrones. EBW

Soldadura por percusin.

Soldadura de esprragos.

Soldadura por arco de esprragos. SW

Soldadura por resistencia de esprragos. RSW

Soldadura fuerte, Soldadura blanda, Cobresoldeo y Termorociado.

Soldadura fuerte con arco de carbono. CAB

Soldadura fuerte con infrarrojos. IRB

Soldadura fuerte por flama; soldeo fuerte con soplete. TB

Soldadura fuerte en horno. FB

Soldadura fuerte por inmersin. DB

Soldadura fuerte por inmersin en bao salado y en bao qumico fundido. DB

Soldadura fuerte por induccin. IB

Soldadura fuerte por ultrasonidos. UB

Soldadura fuerte por resistencia. RB

Soldadura fuerte por difusin y por friccin. DFB

Soldadura fuerte en vaco.

Rociado trmico o termorociado con arco elctrico. EASP

Rociado trmico o termorociado a la llama. FLSP

Rociado trmico o termorociado con plasma. PSP

CORTES DE METALES

Corte con arco de carbn. CAC

Corte con arco de carbn y aire. AAW

Corte con arco y plasma. PAC

Corte con gas combustible y oxgeno. OFC

Corte con arco y oxgeno. AOC

Corte con lanza de oxgeno. LOC

Corte con haz de rayos lser. LBC

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CLASIFICACIN DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA No es fcil enunciar una clasificacin simplificada de soldadura. No obstante, es posible hacer una clasificacin amplia y consistente en dos grandes grupos: Las soldaduras por presin o en fase slida y las soldaduras por fusin o en fase lquida. Sus caractersticas bsicas y subdivisiones se muestran a continuacin: Soldaduras por presin o en fase slida: Caracterizadas por que la eliminacin o desplazamiento de las capas de xido y consiguiente unin estrecha entre los tomos se obtiene por la deformacin de las superficies en contacto. Se subdividen en: Soldaduras en fro: Donde la deformacin es efectuada a temperatura ambiente. Son ejemplos tpicos de este tipo de soldadura la soldadura por presin o por forja en fro y la soldadura por explosin. Soldaduras en caliente: En donde las piezas son calentadas para aprovechar el incremento en la ductilidad y disminucin de las propiedades mecnicas que sufren los metales con el incremento de la temperatura. Son ejemplos de este tipo de soldadura la soldadura por forja y la soldadura por friccin. Soldaduras por fusin o en fase lquida: Caracterizadas por que la remocin de los

xidos contempla que el material a ser unido, conocido como material base o el material de aporte o ambos alcancen el estado lquido como consecuencia del incremento de la temperatura de la unin. Estos procesos se subdividen en: Por fusin del metal base: En donde el metal base y generalmente el material de aporte, alcanzan el estado lquido. Son ejemplos de este tipo de soldadura la soldadura por arco elctrico en todas sus formas, por termita, a gas, etc. Por fusin del material de aporte: Donde exclusivamente el material de aporte alcanza el estado lquido. Los representantes ms conocidos de este tipo de proceso son la soldadura blanda o soldering y la soldadura dura o brazing. a) Soldadura por llamas: La fusin se produce por el calor generado por la quema de un gas combustible, el material de adicin es introducido separadamente. Los combustibles ms utilizados son el metano, acetileno y el hidrgeno, los que al combinarse con el oxgeno como comburente generan las soldaduras autgena y oxhdrica. La soldadura oxhdrica es producto de la combinacin del oxgeno y el hidrgeno en un soplete. El hidrgeno se obtiene de la electrlisis del agua y la temperatura que se genera en este proceso es entre 1500 y 2000C. Ejemplo: Soldadura Oxiacetilnica. b) Soldadura elctrica al arco voltaico: La fusin se origina por la accin directa y localizada de un arco voltaico. Ventajas: El arco permite obtener elevadas temperaturas

en un pequeo espacio, limitando la zona de influencia calorfica. Permite el uso de cualquier atmsfera gaseosa, que cundo es neutra, proporciona menor contaminacin del bao metlico.

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1.4.- HISTORIA DE LOS PROCESOS POR FUSIN

SOLDADURA OXIACETILNICA Este proceso Oxyacetylene Welding (OAW), emplea gases para generar la energa que es

necesaria para fundir el material de aporte. La soldadura a gas con soplete, que tambin recibe el nombre de soldadura autgena ya que con la combinacin del combustible y el comburente se tiene autonoma, es el proceso de soldeo ms antiguo que se conoce. Hoy da se contina utilizando cuando no se pueda disponer de un equipo para soldar elctricamente o por razones de accesibilidad, pues la varilla a fundir puede acodarse sin dificultades. Para la fusin se emplea el calor procedente de una llama oxiacetilnica formada por los gases acetileno y oxgeno. La llama se produce en el extremo de la boquilla del soplete por la combustin terica de un volumen de acetileno con un volumen de oxgeno. El acetileno se produce al dejar caer terrones de carburo de calcio en agua, en donde el precipitado es cal apagada y los gases acetileno. La llama muestra tres zonas diferenciadas, (Zona brillante de forma cnica, llamada dardo, alcanza temperatura de 3500C; Zona azul, llamada reductora y alcanza 2100C y Zona exterior o punta de color rosado, llamada penacho y llaga a 1275C. En los sopletes de la soldadura autgena se pueden obtener tres tipos de llama las que son reductora, neutral y oxidante. En la llama reductora o carburizante hay exceso de acetileno lo que genera que entre el cono luminoso y el envolvente exista un cono color blanco cuya longitud esta definida por el exceso de acetileno. Esta llama se utiliza para la soldadura de Monel, nquel, ciertas aleaciones de acero y muchos de los materiales no ferrosos. La flama oxidante tiene la misma apariencia que la neutral excepto que el cono luminoso es ms corto y el cono envolvente tiene ms color, Esta flama se utiliza para la soldadura por fusin del latn y bronce. Una de las derivaciones de este tipo de flama es la que se utiliza en los sopletes de corte en los que la oxidacin sbita genera el corte de los metales. En los sopletes de corte se tiene una serie de flamas pequeas alrededor de un orificio central, por el que sale un flujo considerable de oxgeno puro que es el que corta el metal.

La instalacin consta de los elementos siguientes: Una botella de oxgeno y otra de

acetileno provistas cada una de manorreductores de presin y vlvulas de seguridad. Mangueras para cada gas. Soplete, en donde se mezclan ambos gases, conducindose la mezcla a travs de un inyector a la boquilla de salida a una velocidad mnima de 150 m/s a fin de superar la de propagacin de la llama y evitar que sta se encienda en el interior del soplete, lo que producira una detonacin y un silbido caracterstico.

Figura 4.- Soldadura Oxiacetilnica u Oxyacetylene Welding (OAW).

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El combustible utilizado es el acetileno, empleando el oxgeno como gas comburente. El acetileno es un gas incoloro, de olor aliceo caracterstico, ms ligero que el aire, su densidad relativa es 0,91. Altamente inflamable, forma mezclas explosivas con el aire en concentraciones entre el 2,5 y el 80 %. Es un hidrocarburo no saturado, cuyo triple enlace le da inestabilidad frente a otros compuestos con los que puede reaccionar con violencia. Se obtiene industrialmente por hidrlisis del sulfuro clcico y posterior purificacin. Se suministra en cilindros de acero, rellenos de materia porosa impregnada con acetona, que acta como disolvente del acetileno, eliminando el riesgo de explosin.

1.5.- PROCESOS DE SOLDADURA ELCTRICA AL ARCO A continuacin se describen los procesos de soldadura elctrica al arco tales como: Soldadura con Electrodos Revestidos; Soldadura MIG/MAG o GMAW; Soldadura con Electrodo Tubular FCAW; Soldadura TIG y por Plasma PAW; Soldadura al Arco Sumergido SAW y la Soldadura con Escoria Electrocondutora o Electroescoria.

SOLDADURA CON ELECTRODO REVESTIDO (SMAW) Debido a su versatilidad es el proceso ms usado, se conoce como Shelded Metal Arc Welding SMAW. Es indicado para soldadura de aceros. Los ingredientes del revestimiento son triturados, medidos y mezclados hasta obtener una masa homognea que es conformada sobre las varillas metlicas (Figura 5), con un tamao patrn a partir de 300 mm. El revestimiento de una de las extremidades es removido para permitir el contacto elctrico. La toma de corriente se hace en una extremidad, y el arco arde en la otra. La escoria formada por los ingredientes del revestimiento determina el resultado deseado, como electrodos bsicos, cidos, etc. Tradicionalmente ningn arco es lanzado al mercado sin que antes existan electrodos revestidos aptos para soldarlo. Por esta razn, existe una grande variedad de electrodos revestidos a disposicin de los usuarios, lo que no ocurre con los otros procesos de soldadura al arco con electrodos consumibles.

SOLDADURA CON PROTECCIN GASEOSA (GMAW) La denominacin Metal Inert Gas MIG es la que se da al proceso de soldadura elctrica que utiliza un arco en atmsfera de gas inerte que arde visible entre la pieza y un electrodo consumible (Figura 6). En el caso de ser usado gas activo, el proceso se denomina Metal Active Gas MAG. En los Estados Unidos, el proceso es conocido como Gas Metal Arc Welding GMAW. Como el electrodo es continuamente renovado y la longitud del arco es relativamente pequea, se pode usar densidades de corriente extraordinariamente altas (300 A/mm2), generando una elevada velocidad de fusin, hasta cinco veces a la que se consigue con electrodos revestidos.

SOLDADURA CON PROTECCIN GASEOSA TIG Sus sigla TIG provienen del ingles Tungsten Inert Gas (en alemn se denomina WIG, siendo W el smbolo qumico del Wolfrmio = Tungsteno). Es la denominacin dada al

proceso de soldadura que utiliza electrodos de Tungsteno en atmsfera de gas inerte. El proceso puede ser empleado con o sin metal de aporte. Por lo general, son llamados electrodos permanentes, pero estos electrodos de tungsteno son consumibles en condiciones normales, los electrodos ms comunes (de 150 mm y 170 mm) duran 30 horas de arco abierto. En la mayora de los casos el proceso es manual. Una de las manos conduce la pistola y la otra conduce la varilla o material de aporte. El proceso

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tambin puede ser semiautomtico o totalmente automtico. La soldadura TIG automtica existe en dos versiones: Sin metal de aporte y con metal de aporte. Ambas versiones se aplican para fabricacin en serie, en el caso de chapas finas de aceros de baja aleacin, inoxidables, algunos aceros comunes o aleados. La soldadura tiene un bello aspecto, con excelente regularidad en la penetracin y alta productividad. Es indicado para grandes series donde sean exigidos: trabajo limpio, esmero y precisin en el montaje. El proceso TIG es especialmente indicado para soldar Aluminio, Magnesio y sus respectivas ligas, aceros inoxidables y para metales especiales como Titanio y Molibdeno. Es tambin utilizado para aceros comunes e ligados sobretodo para espesores pequeos y medianos. Con la utilizacin de metal de aporte se pode soldar chapas espesas, principalmente en aleaciones leves y aceros inoxidables. Los materiales de consumo (gas inerte y electrodo de tungsteno) son relativamente caros. El proceso TIG, (Figura 7) es usado para unir aceros comunes y especiales, principalmente para pequeas espesores (menores de 2 3 mm) donde es posible obtener mejor aspecto en la soldadura y menores deformaciones en las piezas. Es el principal proceso cuando se trata de aleaciones leves y metales especiales. El TIG es adecuado cuando se trata de obtener un buen aspecto en la junta, combinado con bajas tensiones internas y pequeas deformaciones en acero inoxidable.

SOLDADURA POR PLASMA Cuando en el arco voltaico se genera un plasma, el proceso recibe el nombre de soldadura por plasma (PAW). La particularidad que llevo a esta designacin es el hecho de que el calor llega hasta la pieza sin la existencia de un arco conectado a ella. El arco existente es establecido dentro de una pistola, entre un electrodo de tungsteno y una boquilla de cobre que la circunda. El Argn es forzado para adentro de la pistola y se ioniza continuamente al pasar por el arco, tornndose en plasma y llevando calor para la junta. Una versin del proceso por plasma es denominada arco no transferido y otra versin es denominada arco transferido; esta utiliza un segundo arco, establecido entre el electrodo y la pieza.

Otros procesos de soldadura que presentan aplicaciones especficas son: Soldadura por Explosin (EXW) que se basa en el uso de explosivos, Soldadura por Haz de Electrones (EBW) que se basa en el choque de electrones con una pieza metlica transformando su energa cintica en calor, desarrollado por el Dr. Stohr en Francia, (1954). La soldadura Lser (LBW) se basa en una energa emitida por radiacin proveniente de una luz

amplificada por estimulacin, en esta soldadura se emplean principalmente dos tipos de lser que se caracterizan por el medio en que tiene lugar la amplificacin: (Lser slidos como el Ytrio-Aluminio-Granate/NEODIMIO y el gaseoso como el CO2).

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1.6.- SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW) Caractersticas: Es conocido en Alemania por Proceso Ellira y en los Estados Unidos por Uniomelt o Submerged Arc Welding SAW (Figura 8). En el proceso, un alambre desnudo es alimentado continuamente y se funde en el arco voltaico, el cual es protegido con un flujo de polvo. Dependiendo de las condiciones del material, espesor de la chapa, naturaleza de la superficie exterior, se trabaja con diferentes polvos o fundentes. Los fundentes son diferenciados por: tipo de fabricacin, composicin y granulometra. El arco arde en una caverna dentro de un bao de escoria, que al solidificarse recubre el cordn. Las densidades de corriente llegan a 150 A/mm2 en alambre-electrodo de 2,4 mm (dos veces el dimetro usado en el proceso MIG/MAG). Como el arco es enclaustrado (en la escoria lquida), el rendimiento trmico es elevado. Estos dos factores propician una grande velocidad de fusin. Puede soldar chapas hasta de 15 mm de espesor sin chafln en los bordes. Se limita a soldar en la posicin plana y horizontal al filete. Para chapas gruesas, soldadas con varias pasadas, es uno de los procesos ms econmicos. Entretanto se caracteriza por alto costo inicial. Cuando este proceso es bien usado, se revela como el ms econmico entre todos los procesos. Puede ser empleado desde pequeos espesores de chapa (2 o 2,5 mm) hasta espesores de 60 mm en pases mltiplos. Entretanto, la preparacin de bordes (chafln de oxicorte o mecnico), la seleccin errnea de los parmetros de soldadura y el mal posicionamiento de las partes son responsables por la subutilizacin de este proceso. El uso adecuado acelera en corto plazo la amortizacin de la instalacin.

SOLDADURA CON ESCORIA ELECTROCONDUCTORA (EWS) Desarrollado en Rusia, el proceso denominado soldadura bajo escoria electroconductora (EWS), es una variante del arco sumergido. Se presta solamente para la soldadura vertical ascendente y es insustituible para soldadura de piezas compactas con paredes de ms de 60 mm de espesor. A pesar de su inclusin en el grupo de procesos al arco, no existe propiamente un arco voltaico. La corriente produce el calor necesario para la soldadura, al atravesar un bao de escoria. La escoria es generada por la fusin del fundente o polvo de soldar. La mquina de soldar es mostrada en la siguiente (Figura 9). El charco o pileta de fusin se forma entre las piezas (junta en l) entre las dos mordazas de cobre, refrigerados con agua, como paredes laterales, es el material de aporte solidificado. Puede ser utilizado para juntas a tope y eh ngulo, soldadura a tope de tubos y operaciones de recubrimiento.

Figura 8.- Soldadura por Arco Sumergido. Figura 9.- Equipo de Soldadura por Electroescoria.

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SOLDADURA CON ELECTRODO TUBULAR (FCAW) El proceso es tambin denominado MAG con electrodo tubular. Presenta las ventajas de la automatizacin (MIG/MAG) en conjunto con las ventajas de la soldadura bajo escoria protectora de los electrodos convencionales, no esta sujeta a la manipulacin del flux o fundente, como en el caso del arco sumergido. Es semejante al MIG/MAG, pero con escoria. El alambre-electrodo es tubular, contenido en su ncleo ingredientes fluxantes de metal fundido, adems de componentes generadores de gases y vapores protectores del arco y formadores de escoria de cobertura. En relacin al proceso con electrodo revestido convencional, permite alcances mayores en las densidades de corriente. Son dos las versiones del proceso (Figuras 10a y 10b). En la primera, la proteccin del arco es hecha solamente por la accin fsica y qumica del fundente o polvo investido en el alambre-electrodo. La segunda versin el arco queda envuelto por un flujo adicional de gas protector que fluye de la misma boquilla por donde emerge el electrodo tubular.

Figura 10a.- FCAW protegido por gas. Figura 10b.- FCAW auto protegido.

SOLDADURA POR RESISTENCIA ELCTRICA (RW) El principio del funcionamiento de este proceso consiste en hacer pasar una corriente elctrica de gran intensidad a travs de los metales que se van a unir, como en la zona de unin la resistencia es mayor se generar el aumento de temperatura y el calor lleva a las piezas hasta un estado plstico, y con un poco de presin se logra la unin de las piezas. La corriente elctrica pasa por un transformador en el que se reduce el voltaje de 120 o 240 a 4 o 12 V, y se eleva el amperaje considerablemente para aumentar la temperatura. La soldadura por resistencia (RW) es una de las ms aplicadas en la fabricacin en serie,

casi para todos los metales, excepto el estao, zinc y plomo. Dentro de este campo se distinguen la soldadura por puntos, resalte, costura y la soldadura por chisporroteo o a tope, tal como se indica en la figura anexa.

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1.7.- OTROS PROCESOS DE SOLDADURA La soldadura es un proceso para la unin de dos metales por medio de calor y/o presin y se define como la liga metalrgica entre los tomos del metal a unir y el de aporte. Para lograr la soldadura algunos procesos requieren slo de fuerza para la unin, otros requieren de un metal de aporte y energa trmica que derrita a dicho metal. Existen diversos procesos de soldadura los que difieren en el modo en que se aplica el calor o la energa para la unin. A continuacin se presenta otros procesos de soldadura como: Soldadura blanda y fuerte, Soldadura por forja, Soldadura por induccin, Soldadura por vaciado, Soldadura por friccin, Soldadura lser, Soldadura por explosin. Cada uno de los procesos de soldadura tiene sus caractersticas de ingeniera particulares y sus costos especficos. Su aplicacin depender fundamentalmente del tipo de material.

SOLDADURA FUERTE Esta soldadura utiliza metales de aporte por lo regular no ferroso en estado lquido, tiene su punto de fusin superior a los 430 C y menor que la del metal base. Por lo regular se requieren fundentes especiales para remover los xidos de las superficies a unir y aumentar la fluidez al metal de aporte. Algunos de los metales de aporte son: Aleaciones de Cobre (punto de fusin es de 1083C); Bronces y latones (punto de fusin entre los 870 y 1100C); Plata (fusin entre 630 y 845C) y el Aluminio con temperatura de fusin entre 570 y 640C. Se clasifica por la forma en la que se aplica el metal de aporte (Inmersin, horno, soplete y electricidad).

SOLDADURA BLANDA

Es la unin de dos piezas de metal por medio de otro metal llamado de aporte, ste se aplica entre ellas en estado lquido. La temperatura de fusin de estos metales no es superior a los 430C. En este proceso se produce una aleacin entre los metales y con ello se logra una adherencia que genera la unin. En los metales de aporte por lo regular se utilizan aleaciones de plomo y estao los que funden entre los 180 y 370C. Este tipo de soldadura es utilizado para la unin de piezas que no estarn sometidas a grandes cargas o fuerzas. Una de sus principales aplicaciones es la unin de elementos a circuitos elctricos. Por lo regular el metal de aporte se funde por medio de un cautn y fluye por capilaridad.

SOLDADURA POR INDUCCIN Esta soldadura se produce al aprovechar el calor generado por la resistencia que se tiene al flujo de la corriente elctrica inducida en las piezas a unir. Por lo regular esta soldadura se logra tambin con presin. Consiste en la conexin de una bobina a los metales a unir, y debido a que en la unin de los metales se da ms resistencia al paso de la corriente inducida en esa parte es en la que se genera el calor, lo que con presin genera la unin

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de las dos piezas. La soldadura por induccin de alta frecuencia utiliza corrientes con el rango de 200,000 a 500,000 Hz de frecuencia, los sistemas de soldadura por induccin normales slo utilizan frecuencias entre los 400 y 450 Hz.

SOLDADURA POR FORJA

Es el proceso de soldadura ms antiguo. El proceso consiste en el calentamiento de las piezas a unir en una fragua hasta su estado plstico y posteriormente por medio de presin o golpeteo se logra la unin de las piezas. En este procedimiento no se utiliza metal de aporte y la limitacin del proceso es que slo se puede aplicar en piezas pequeas y en forma de lmina. La unin se hace del centro de las piezas hacia afuera y debe evitarse a como de lugar la oxidacin, para esto se utilizan aceites gruesos con un fundente, por lo regular se utiliza brax combinado con sal de amnio. La clasificacin de los procesos de soldadura mencionados hasta ahora, es la ms sencilla y general, a continuacin se hace una descripcin de los procesos de soldadura ms utilizados en los procesos industriales.

SOLDADURA POR VACIADO Con algunos materiales la unin no se puede hacer por los procedimientos antes descritos debido a que no fcilmente aceptan los metales de aporte como sus aleaciones. Para lograr la soldadura de estos metales en algunas ocasiones es necesario fundir del mismo metal que se va a unir y vaciarlo entre las partes a unir, con ello cuando solidifica las piezas queda unido. A este procedimiento se le conoce como fundicin por vaciado.

SOLDADURA CON RAYOS LSER

Fundamentos del proceso. Caractersticas de la soldadura. Aplicaciones. Seguridad.

SOLDADURA POR ELECTROGAS

Introduccin. Fundamentos del proceso. Equipo. Consumibles. Variables de operacin. Aplicaciones. Seguridad.

SOLDADURA POR FRICCIN

Definicin y variaciones del proceso. Caracterizacin del proceso. Ventajas y limitaciones. Variables de la soldadura por friccin. Procedimientos de soldadura. Calidad de la soldadura. Aplicaciones. Seguridad.

SOLDADURA DE PERNOS Introduccin. Posibilidades y limitaciones del proceso. Soldadura de pernos por arco. Soldadura de pernos por descarga de condensador. Seleccin y aplicacin de los procesos. Consideraciones de aplicacin. Precauciones de seguridad.

SOLDADURA POR DESTELLOS, DE VUELCO Y DE PERCUSIN

Soldadura por destello. Soldadura de vuelco. Soldadura de percusin. Seguridad.

SOLDADURA CON HAZ DE ELECTRONES

Introduccin. Fundamentos del proceso. Equipo. Caractersticas de las soldaduras. Procedimientos de soldadura. Seleccin de las variables de soldadura. Metales soldados. Aplicaciones. Calidad de la soldadura. Precauciones de seguridad.

SOLDADURA ULTRASNICA

Fundamentos. Mecanismo del proceso. Ventajas y desventajas del proceso. Metales soldables. Aplicaciones. Equipo. Procedimientos de unin. Variables del proceso. Calidad de la soldadura. Seguridad.

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SOLDADURA POR EXPLOSIN

Esta soldadura tambin se llama de recubrimiento consiste en la unin de dos piezas metlicas, por la fuerza que genera el impacto y presin de una explosin sobre las proximidades a las piezas a unir. En algunas ocasiones, con el fin de proteger a las piezas a unir, se coloca goma entre una de las superficies a unir y el yunque que genera la presin.

Figura 7.- Proceso de unin explosiva mostrando la reaccin a alta velocidad

que emana del punto de colisin debido a la presin ascendente.

SOLDADURA POR DIFUSIN

Fundamentos de los procesos. Soldadura por difusin. Soldadura fuerte por difusin. Aplicaciones. Inspeccin. Prcticas seguras.

PEGADO DE METALES CON ADESIVOS

Fundamentos del proceso. Adhesivos. Diseo de las uniones. Construccin y Preparacin de las superficies. Ensamblado y curado. Control de calidad. Prcticas seguras.

CORTE CON OXGENO Introduccin. Corte con gas oxicombustible. Materiales cortados. Corte con lanza de oxgeno. Prcticas seguras.

CORTE Y ACANALADO CON ARCO Introduccin. Corte con arco de plasma. Corte con arco de carbono y aire. Otros procesos de corte con arco.

CORTE CON RAYOS LSER Y CON CHORRO DE AGUA

Corte con rayo lser. Equipo. Materiales. Variables del corte con lser. Inspeccin y control de calidad. Seguridad en el corte con lser. Corte con chorro de agua.

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1.8.- PROCESOS DE SOLDADURA Y SOLDABILIDAD

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1.9.- EL ACERO Y SU CLASIFICACIN

QUE ES EL ACERO Los metales y las aleaciones empleadas en la industria y en la construccin pueden dividirse en dos grupos: Materiales Ferrosos y No Ferrosos, Ferrosos vienen de la

palabra FERRUM que los romanos empleaban para el Hierro. Por lo tanto, los Materiales Ferrosos son aquellos que contienen hierro como su principal ingrediente; es decir, las numerosas calidades del hierro y el acero. Los Materiales No Ferrosos no contienen hierro. Estos incluyen al Aluminio, Magnesio, Zinc, Cobre, Plomo y otros elementos metlicos. Las Aleaciones (Latn y Bronce), son una combinacin de algunos de estos Metales No Ferrosos y se les denomina ALEACIONES NO FERROSAS. Uno de los

materiales de fabricacin y construccin ms verstil, adaptable y ampliamente usado es el ACERO. A un precio relativamente bajo, el acero combina la resistencia y la posibilidad

de ser trabajado, mediante muchos mtodos. Sus propiedades pueden ser manejadas mediante tratamiento con calor, trabajo mecnico, o mediante aleaciones. El ACERO es bsicamente una aleacin Fe-C o combinacin de Hierro y Carbono (alrededor de 0.05%C hasta menos del 2%C). Algunas veces otros elementos de aleacin tales como

el Cr (Cromo) y el Ni (Nquel) se agregan con propsitos determinados. Ya que el acero es bsicamente hierro altamente refinado (ms de un 98%), su fabricacin comienza con la reduccin de hierro (produccin de Arrabio) el cual se convierte en acero. El hierro puro es uno de los elementos del acero. No se encuentra libre en la naturaleza ya que qumicamente reacciona con la facilidad con el oxgeno del aire para formar xidos de hierro. El xido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentracin de xidos de hierro con impurezas y tierra.

Existen varios criterios para clasificar a los Aceros: 1) COMPOSICIN QUMICA 2) PROCESO DE FABRICACIN 3) MICROESTRUCTURA 4) PROPIEDADES 5) APLICACIONES

Como ejemplo tenemos: Aceros al Carbono, Aceros para Herramientas, Aceros Fundidos, Aceros Inoxidables, etc. El criterio de clasificacin utilizado es: La Composicin (Carbono); el Procesamiento (Fundidos); las Propiedades (Inoxidable) y las Aplicaciones (Herramientas, tuberas, etc.). Existe una relacin directa entre los criterios

considerados (procesamiento y composicin) que determinan la Microestructura de los materiales; A su vez la Microestructura, la geometra y el ambiente determinan las propiedades que a su vez determinan el campo de aplicacin de los materiales.

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CLASIFICACIN DE LOS ACEROS (COMPOSICIN QUMICA)

1.- ACEROS AL CARBONO: La mayor cantidad de aceros consumidos en el mundo corresponden a esta categora, son de bajo costo y con amplia gama de propiedades que se obtienen con la variacin del Carbono y el estado como se comercializa (Templado, Normales, etc.). Se subdividen en:

A) ACERO DE BAJO CARBONO (%C < 0.3): Son aplicados en sitios donde los requisitos de Ductilidad son elevados, Ej. Chapa para Estampado, Embuticin, Tubos Alambres, etc. Estos pueden ser suministrados o fabricados en Laminacin en Caliente Recocido o Normalizado. Pueden ser aplicados cuando se requiere soldadura ya que l %C bajo favorece su soldabilidad, no se forma Martensita cuando se enfran rpidamente en los cordones. Estos aceros combinados con Elementos de Aleacin y Cementados son usados cuando se requiere combinar la resistencia al desgaste (Dureza Superficial) con Tenacidad en el ncleo tales como los Engranajes, Herramientas de Impacto, etc. Ejemplo: AISI/SAE 1020.

B) ACERO DE MEDIO CARBONO (0.3 > %C < 0.5): Son aplicables en productos Forjados pues poseen Ductilidad en Caliente (Para Forja) asociadas a media resistencia al fro en el estado de forjado (Ferrtico-Perltico). Cuando se combinan con aleantes son usados en situaciones que requieren Alta Resistencia obtenida mediante Templado y Revenido, manteniendo alguna Ductilidad. La Templabilidad es obtenida mediante el uso de algunos elementos aleantes. Ejemplo: AISI/SAE 1040.

C) ACERO DE ALTO TENOR DE CARBONO (%C > 0.5): Son utilizados en los casos que se requiere un Alto Lmite de Resistencia. Obtenido por la presencia de Elementos Aleantes que forman Carburos Primarios (VC, Mo2C, WC, TiC, etc.), en el caso de aceros de herramienta mediante Temple y Revenido del Acero. Los Aceros Aleados con Carbono forman los Carburos que aumentan la Dureza. Ejemplo: AISI/SAE 1060.

2.- ACEROS MICROALEADOS: El uso de Elementos Microaleantes introducen propiedades especificas al acero como el aumento de su Resistencia a la Corrosin (Aceros Inoxidables); Resistencia al Desgaste (Aceros Hadflelds); Resistencia en Caliente (Aceros de Herramienta). Aumentan la Templabilidad y la Resistencia al

Revenido. Se dividen en dos categoras:

a) ACEROS DE BAJA ALEACIN: Son los aceros cuya sumatoria de los elementos aleantes es menor o inferior al 5%. Sus funciones son aumentar la Templabilidad y la Resistencia al Revenido. Los elementos de aleacin tpicos son Cr, Mo, Ni, Mn y Si. Sus aplicaciones estn en piezas grandes que deben tener Alta Resistencia en el ncleo, facilitar la transferencia de la Dureza entre el ncleo y la superficie del Acero Cementado, elevar la Dureza en las superficies nitruradas por la formacin de NiAl Cromo. Entre los Aceros Microaleados estos son los ms usados. Ejm. AISI/SAE 4340

b) ACEROS DE MEDIANA ALEACIN: (La sumatoria de los elementos aleantes oscila entre el 5% y 10%). Son aplicados en situaciones que envuelve Elevada Resistencia Mecnica a Elevada Temperatura (500 C), tales como el Acero Resistente al Creep o termofluencia. Ej. Aceros tipo H (0.3%C; 5%Cr; 1.5%Mo; 1%Si).

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Hay casos donde se requiere resistencia al impacto con alta dureza, tales como los Aceros de Herramienta, para trabajar a temperaturas Altas o Bajas. Estos aceros posen alta Templabilidad (Marinera, Estampado, etc.) presentan bajas distorsiones al temple, son recomendados para mantenimiento donde se precisa dimensiones, Herramientas, etc.

3.- ACEROS ALEADOS: (Cuando la sumatoria de elementos aleantes es mayores o supera el 10%). Se pueden aplicar en diversos casos tales como Elevada Resistencia a la Oxidacin (Inoxidables con Cromo mayor al 12%). Elevada Resistencia Mecnica y al Desgaste. Son aplicables en Matriceria para Forjado y Estampado. Son usados para fabricar herramientas de corte (Aceros Rpidos) por mantener la dureza en caliente. Tienen capacidad de endurecerse por impacto (Acero Hadflelds) con (1%C; 12.7%Mn y 0.5%Si). Estos Aceros son Austenticos y durante el servicio por accin de los impactos se vuelve Martensticos. Ejemplo: AISI/SAE 316.

2.- CLASIFICACIN DE LOS ACEROS (PROCESO DE FABRICACIN) Los aceros pueden sufrir los siguientes tipos de procesamiento tales como:

2.1.- Aceros trabajados en Caliente y en Fro 2.2.- Aceros Fundidos 2.3.- Aceros Sinterizados

PROCESO MICROESTRUCTURA PROPIEDADES

Aceros trabajados en Caliente

Recristalizada (menos dura). Granos refinados y axiales. Ausencia de tensiones residuales.

Resistencia moderada. Ductilidad elevada. Anisotropa pequea.

Aceros trabajados en Fro

Microestructura endurecida Resistencia elevada. Ductilidad baja. Anisotropa elevada.

Aceros Fundidos

Estructura dendrtica con granos columnares y equiaxiales. Presencia de segregaciones. Baja densidad de dislocaciones. Tensiones residuales y poros.

Resistencia baja. Ductilidad moderada. Anisotropa moderada.

Aceros Sinterizados.

Recristalizada (menos dura). Heterogeneidad qumica. Mucha presencia de poros.

Resistencia baja. Ductilidad baja. Anisotropa moderada.

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3.- CLASIFICACIN DE LOS ACEROS (MICROESTRUCTURA) Existen los siguientes grupos:

3.1.- Aceros Endurecidos: Tienen una estructura predominantemente Ferrtica con un poco de Perlita, son resultados de un proceso de deformacin en fro. Son aceros de bajo tenor de Carbono (%C < 0.4) y con bajos niveles de Elementos Aleantes.

3.2.- Aceros Ferrticos/Perlticos: Estos Aceros poseen un tenor de Carbono por debajo de 0.8%C y son resultantes de un proceso de enfriamiento lento, tales como los materiales trabajados en Caliente, Recocidos Normalizados. Estos aceros presentan una estructura ferrtica a cualquier temperatura (o se convierte en estructura austentica en el calentamiento). El grano no se regenera. Son difciles de soldar y se usan en embuticin profunda por su gran ductilidad. Son magnticos y su Composicin puede variar:

A.- 15-18% de cromo y una mxima de 0,12% de carbono. Resistencia a la corrosin superior a la de los martensticos.

B.- 20-80% de cromo y una mxima de 0,35% de carbono. C.- Aceros al cromo-aluminio hasta un 4% ms resistente a la oxidacin.

3.3.- Aceros Martensticos: Son Aceros formados o constituidos de Martensita Revenida, son aplicables en situaciones en que se exige resistencia elevada a lo largo de toda la seccin del material. Ejemplo: Ejes, Punzones, etc. Los Martensticos con Carburo Primario son aplicados en situaciones que exigen resistencia al desgaste tales como las Herramientas de Corte y Trabajos en Caliente. La Martensita propicia la Elevada Resistencia y los Carburos Primarios propician Dureza elevada o una gran dureza cuando se los enfra rpidamente una vez austenizados.

A.- 12 - 14 % de cromo, 0,20 0,50% de carbono. Principalmente en cuchillera. B.- 16-18% de cromo, 0,60-1; 20% de carbono.

Por temple adquieren grandes durezas. Resistentes a la corrosin y al desgaste. Tipo normalizado AISI-311, acero inoxidable extra dulce. Menos del 0,1% de carbono, 13% de cromo y 0,30 % de nquel. Resiste a la corrosin atmosfrica, la del agua corriente y la de los cidos y lcalis dbiles. Fcilmente soldable. Usos: Utensilios domsticos, grifera,

ornamentacin, cubertera, etc.

3.4.- Aceros Bainticos: En determinadas condiciones de resistencia y dureza, la estructura Bainitica propicia mayor tenacidad que una Martenstica. Estos aceros son preferibles en situaciones que se necesitan resistencias asociadas con la Tenacidad.

3.5.- Aceros Austenticos: Como la Austenita no es un constituyente estable a temperatura ambiente, su estabilizacin depende de la presencia de elementos aleantes tales como el Cromo y el Manganeso. La Austenita por ser no Magntica, encuentra aplicaciones en situaciones en que se desea minimizar efectos de campos magnticos inducidos. Por otra parte cuando la Austenita se estabiliza por el Manganeso, sta se transforma en Martensita mediante impacto, poseyendo elevada resistencia al impacto y a la abrasin. Se utiliza para revestimiento. Los Inoxidables Austenticos, tienen elevada resistencia a la Oxidacin por el Cr y el Ni. Presentan una estructura austenticos a

cualquier temperatura. Baja conductividad calorfica. Es el tipo de aceros ms utilizados. Tipo normalizado AISI 304 Acero inoxidable austentico al cromo nquel conocido como18/8. Contiene 0,08% de carbono, 18% de cromo y 9% de nquel. Muy dctil y

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resistente a la corrosin atmosfrica, al agua de mar, al ataque de productos alimenticios, ciertos cidos minerales y de la mayora de los cidos orgnicos. Usos: Construccin de equipos para la industria qumica y de la alimentacin. Utensilios de cocina y aparatos domsticos que no requieren soldaduras en las zonas sometidas a fuerte corrosin. Admite pulidos con acabados a espejo, por lo que tambin se usa para ornamentacin.

3.6.- Aceros Dplex o Bifsicos: Se le denomina Dplex a la existencia de dos estructuras o fases tales como la Austenita y la Ferrita. Hay ciertos Aceros Inoxidables cuya Resistencia Mecnica y de Oxidacin es superior a los Austenticos, debido a las dos estructuras presentes. La otra categora lo representan los Martensticos-Ferrticos, resultado del Temple a partir de temperatura entre A1 y A3. Los Aceros de Bajo Carbono con estructura mixta presentan combinacin de Resistencia y Ductilidad mas elevada que los equivalentes Ferrticos-Perlticos.

4.- CLASIFICACIN DE LOS ACEROS POR SUS PROPIEDADES

De todos los criterios que se acostumbra para clasificar los aceros, ste es el menos sistemtico. En la literatura se destacan cinco grupos que son:

4.1.- Aceros de Alta Resistencia y Baja Aleacin. 4.2.- Aceros de Alta Resistencia. 4.3.- Aceros Inoxidables. 4.4.- Aceros Indeformables. (Baja distorsin, resultado del Temple y Revenido). 4.5.- Aceros para fines Elctricos y Magnticos.

5.- CLASIFICACIN DE LOS ACEROS (APLICACIONES)

Es mas frecuente en la literatura tcnica, posiblemente debido a asociaciones inmediatas entre el tipo de acero y las aplicaciones pretendidas para el mismo. Los aceros de acuerdo a sus aplicaciones los podemos agrupar en cinco bloques:

5.1.- Aceros Estructurales. 5.2.- Aceros para Tubos, Rieles y Alambres. 5.3.- Aceros para Cementacin y para Nitruracin. 5.4.- Aceros de Herramienta (Trabajos en Fro, Caliente, Impacto). 5.5.- Aceros para fines Elctricos y Magnticos.

5.1.- ACEROS ESTRUCTURALES: Cerca del 80% del Acero consumido en el mundo pertenecen a esta categora de los Aceros Estructurales. Por uso de Convertidores y Laminadores (etapa de fabricacin y transformacin) en caliente y en fro, tienen bajos elementos aleantes y de bajo costo. Entre sus aplicaciones tenemos que se usan en estructuras metlicas como Puentes, Edificios Recipientes, Vagones, Aviones, Automviles, Barcos, submarinos, etc. Es decir en estructuras fijas y mviles, debido a las siguientes propiedades:

a) Resistencia Mecnica: La mayora de las aplicaciones estructurales (Puentes,

Edificios Recipientes) no exigen propiedades de resistencias elevadas, pero que resista su propio peso. Por eso la mayor parte no tienen requisitos de Resistencia Mecnica. En general, su Limite de Resistencia varia entre 300 y 500 MPa. Cuando se trata de estructuras mviles (Aviones, Navos, Carros, etc.) es importante una resistencia mayor

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del acero, a fin d usar menores secciones del material para reducir economa y peso. En casos especiales (Submarinos, Recipientes a presin, Reactores Nucleares, etc.) se emplean los aceros de Baja Aleacin y Alta Resistencia.

b) Ductilidad Elevada: Como los aceros estructurales deben sufrir deformaciones

(Estampado, etc.) es necesario una elevada ductilidad y para ello el porcentaje de carbono es bajo (%C < 0.2).

c) Resistencia a la Corrosin: Para alargar la vida de los aceros estructurales, deben presentar buena resistencia a la corrosin atmosfrica, obtenida por la pequea aleacin sin perjudicar la soldabilidad. Estos aceros son clasificados como Aceros de Baja Aleacin y Alta Resistencia y no como Aceros Aleados.

d) Elevada Soldabilidad: Durante el empleo de stos aceros es comn usar soldadura,

para ello es bueno (%C < 0.2) y sin elementos aleantes importantes. GEOMETRIA DE LOS TIPOS DE ACEROS ESTRUCTURALES Los aceros estructurales son clasificados de acuerdo a su geometra, Cada geometra posee particularidades en la Composicin y Procesamiento.

A.- Chapas, Tiras y Placas (El ancho es mayor que el espesor). B.- Perfiles, Barras y Cabillas (Ancho y Espesor iguales). C.- Tubos, Rieles y Alambres.

A.- ACEROS PARA CHAPAS, TIRAS Y PLACAS. Hay tres tipos que son:

A.1.- ACEROS AL CARBONO (%C < 0.25): Aplicables a Estructuras fijas, tienen como requisito principal la Ductilidad y Soldabilidad. Se divide a su vez en tres categoras. a) Estampados Profundos. (%C < 0.08) b) Calidad Comercial. (%C < 0.15) c) Calidad Estructural. (%C < 0.25).

Los de Calidad Comercial son los ms comunes, aceptan doblez de 180. Los dos primeros no poseen especificaciones en cuanto a Resistencia. Mecnica, pero el de Calidad Estructural s y debe estar entre 350 y 500 MPa.

A.2.- ACEROS DE BAJA ALEACION Y ALTA RESISTENCIA: A pesar de tener aleantes son considerados Microaleados. Son Aceros con (%C < 0.20) y baja cantidad de aleantes (menor al 2%). Ejemplo: Acero con 0.5%Mo, 0.5%Ni, 0.5%Cu, 0.050%Nb o V. Cuyas finalidades son: (Elevar la resistencia a la corrosin atmosfrica y mayor relacin Resistencia/Peso). Estos Aceros son usados en estructuras mviles (Carros, Vagones, etc.) a fin de aumentar la ductilidad y disminuir la relacin resistencia/peso.

A.3.- ACEROS DE BAJA Y MEDIA ALEACIN: El empleo de Aceros Microaleados (Baja Aleacin) tales como 4140, 4320, 4340 (menor costo y por su soldabilidad) son empleados en los casos de exigir mxima relacin Resistencia/Peso, adems de Tenacidad, ejemplo: (Submarinos Nucleares Aviones, Reactores Atmicos). Son los aceros de menor consumo entre el grupo de los Aceros Estructurales.

Nota: Los aceros de Bajo Carbono, elaborados en forma de chapas, presentan defectos como: Variaciones de Espesores (irregularidades en el conformado); Marcas de Concha de Naranja (originadas por el tamao de granos grandes) y Bandas de Deslizamiento

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(producto de la ubicacin intersticial de los tomos de C y N). Se elimina mediante deformacin plstica (2 - 3%) antes de someter a un Estampado. B.- ACEROS PARA PERFILES, BARRAS Y CABILLAS.

PERFIILES y BARRAS: Son fabricados en diversas formas L, H, T, generalmente laminados en fro y en caliente. La composicin empleada es similar a los aceros para chapas dependiendo de la aplicacin los hay de bajo carbono y de baja aleacin.

CABILLAS: Es un caso particular de los perfiles, se usa en la construccin civil, los hay: Aceros para Concreto Armado (0.4 > %C < 0.6) de Resistencia Media. Aceros para Concreto Pretensado: (0.6 > %C < 0.9). Los primeros tienen resistencia de 50 Kgf/mm y

los segundos 150 Kg.f/mm. 5.2.- ACEROS PARA TUBOS, RIELES Y ALAMBRES:

TUBOS: Los aceros para tubos pueden tener aplicaciones Estructurales (Usados como elementos constructivos con caractersticas similares a las Chapas, Soldabilidad, ductilidad, y elevada resistencia al peso); Constructivos en aplicaciones estticas como (Aceros Inoxidable en pabellones, muebles) y constructivas (tuberas). En cuanto a la fabricacin, los aceros para tubos, pueden ser: Sin Costura: (hechos a partir de barra maciza) se aplican en situaciones donde no se admite heterogeneidad microestructural. Ej.: tubos de Alta presin hechos a partir de tiras dobladas, se aplican en situaciones poco rigurosas (Ductos de Agua y Vapor). En caso de requerir Resistencia a la Corrosin se usan Aceros Galvanizados y si se requiere Resistencia a la Fluencia usar Aceros Aleados con 9% Cr. y 1%Mo. Los tubos son comercializados: Recocidos, Normalizados o Trefilados. En cuanto a la Composicin los Aceros para Tubos se agrupan en: Bajo Carbono: Sin Elementos de Aleacin contienen (0.1 < %C < 0.25) y el Limite de Resistencia 350/500 MPa. Aplicados en situaciones de sin responsabilidad y Medio Carbono: Con pocos Elementos Aleantes: contienen (0.3 < %C < 5) donde el

Limite de Resistencia esta entre 500 y 600 MPa y se aplica cuando hay alta responsabilidad.

RIELES: Es un caso particular de los Perfiles Estructurales, fabricados por laminacin en caliente y deben atender los siguientes requisitos: Resistencia (FLEXION Y DESGASTE) tambin (los extremos) soportan impacto por parte de las ruedas. Dado la imposibilidad de templar o cementar (tamao) la resistencia es obtenida por el empleo de tenores de Carbono elevados y baja cantidad de Elementos Aleantes. Ejemplo: (0.6% < C < 0.8); 1%Mo; 0.5%Si; 1%Cr; 0.1% y 0.05%Nb. En los lugares de mucho trafico (Desgaste) se puede usar el Acero Hadfield (1.2%C y 13% Mn).

ALAMBRES E HILOS: Son Productos o Subproductos (semiacabados) que pueden servir

para Electrodos Telas Metlicas, etc. Se fabrican por Trefilado y su composicin varia entre 0. 08 a 1 % C. con o sin Elementos Aleantes.

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1.10.- EFECTO DE LOS ELEMENTOS ALEANTES EN EL ACERO Existen muchos elementos qumicos que dan las caractersticas de ingeniera a las aleaciones ferrosas, sin embargo hay algunos que se destacan por sus efectos muy definidos, a continuacin se presentan algunos de estos elementos.

Carbono. Arriba del 4% baja la calidad del hierro, sin embargo es el elemento que da la dureza al hierro y por medio de sus diferentes formas en las que se presenta, se pueden definir varias propiedades de las aleaciones y su grado de maquinabilidad. Con base a la cantidad de carbono en el hierro las aleaciones se pueden definir o clasificar como se observ en los temas anteriores.

Silicio. Este elemento hasta un 3.25% es un ablandador del hierro y es el elemento predominante en la determinacin de las cantidades de carbono en las aleaciones de hierro. El silicio arriba de 3.25% acta como endurecedor. Las fundiciones con bajo contenido de silicio responden mejor a los tratamientos trmicos.

Manganeso. Es un elemento que cuando se agrega a la fundicin arriba del 0.5% sirve para eliminar al azufre del hierro. Como la mezcla producto del azufre y el manganeso tiene baja densidad flota y se elimina en forma de escoria. Tambin aumenta la fluidez, resistencia y dureza del hierro.

Azufre. El azufre constituye la fuente de las inclusiones sulfurosas en el acero. Esta

presente en las materias primas usadas en la fabricacin del acero, por lo tanto, su presencia en el flujo de produccin siderrgica es inevitable. Es perjudicial ya que se produce variaciones en las propiedades mecnicas (formacin de inclusiones o sulfuros de hierro FeS y MnS) tales como la tenacidad, resistencia a la fatiga y alargamiento. Se deposita en los lmites de los granos en unin del xido de hierro. En los aceros ordinarios el contenido superior de azufre es de S = 0,06% en peso, y el nivel inferior es S = 0,03% en peso.. El CaO es el elemento ms utilizado pera realizar la desulfuracin.

Fsforo. Es una impureza (al igual que el azufre) perjudicial que debe ser reducirlo al mnimo. En la mayora de los aceros el contenido de fsforo [%P] es siempre menor al 0,1% peso. (Hornos elctricos se obtiene un contenido menor de 0,03% peso).

Funciones de algunos elementos qumicos en la fundicin del hierro

Estabiliza la

Austenita

Endurecen la

Austenita

Formador de

Carburos

Afinador del

Grano

Estabiliza la

Ferrita

Resistencia a la

Ferrita

Aumento de la

Dureza

Ni, Mn, N, C, Cu

C, Mo, Cr, Mn, Ni, W,

V

V, Ti, Ta, Mn, W,

Cb o Nb, Mo, Cr.

Al, V, Ti, Zr, N

Cr, Mo, P, W, V, Si, Al, Ti, Zr

Mn, Si, P, Co, Ni, Al, Cr, Mo, W, N, Cu, V, O

Mn, Mo, Cr, Si, Ni

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DESARROLLO DE LOS ACEROS HYSLA PARA TUBERIAS A PRESIN

Alta Tenacidad Baja

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1.11.- LA SOLDADURA SITUACIN ACTUAL Y TENDENCIAS FUTURAS

No es posible efectuar la proyeccin de una actividad, tal como la tecnologa de la soldadura, sin tener en cuenta algunas tendencias globales tales como: Aumento de la

poblacin mundial, crecimiento de los centros urbanos, expansin del comercio global, cambios geopolticos y modificaciones en el medio ambiente. Tengamos en cuenta que la poblacin mundial es hoy aproximadamente 6.000 millones de seres humanos, y se estima que para el ao 2075 alcanzara los 10.000 millones de habitantes. Donde el 85% de la poblacin mundial se concentrar en el denominado tercer mundo (Asia, frica y Latinoamrica). Los centros urbanos albergaran el 60% de la poblacin total. La industrializacin provee a las sociedades los medios para mejorar su calidad de vida y bienestar. Su desarrollo requiere de una poblacin geogrficamente estable, educada y saludable. En la industrializacin, las polticas gubernamentales deben garantizar la disponibilidad de servicios indispensables tales como: Provisin de la Energa, Transporte y Comunicaciones, entre otras. La Energa: No constituye solamente un insumo esencial sino que las cifras de

generacin y consumo se han convertido en un indicador de la capacidad industrial y el grado de desarrollo alcanzado por un pas. Los mercados mundiales de energa se han hecho cada vez ms competitivos, se estima que para el ao 2020 la produccin de energa de origen nuclear superara a la producida mediante petrleo. En la actualidad, pases como Suecia satisface ms del 50% de su demanda energtica mediante generacin nuclear, mientras que Francia lo hace en un 70%. En Amrica Latina est Argentina con un 20%. Se estima que la generacin de energa utilizando Gas Natural, Carbn y Petrleo como combustible, continuar incrementndose y luego declinar. Para entonces es probable que otros mtodos tales como Geotermia, Biomasa y la Energa Solar tengan participacin. Todos esto nos permite prever y estimar la necesidad

de fabricar componentes capaces de prestar servicio en condiciones de temperatura y presiones cada vez ms elevadas, lo que implica el uso de nuevos aceros (tales como los 9Cr 1Mo) y materiales de mayores espesores. El grado de desarrollo industrial en Amrica Latina, medidos en trminos de produccin de acero y consumo de metal de soldadura son los siguientes: Brasil, Mxico, Argentina, Venezuela, Chile, Colombia y Per. Mientras que a nivel mundial entre los ms grandes se encuentra la Comunidad Europea (CE), Japn y Estados Unidos, se indica en la figura.

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PROCESOS DE SOLDADURA PARA EL NUEVO MILENIO

La soldadura con arco elctrico fue inventada hace unos cien aos y durante los ltimos cincuenta aos, ha sido el principal mtodo empleado para la fabricacin de estructuras tanto de acero como de otros metales. Hay varios procesos de soldadura por arco elctrico (SMAW o MMA, GMAW o MIG/MAG, GTAW, SAW, etc.), lo que significa que

hay muchas formas posibles de optimizar la operacin de soldadura. Con muchos mtodos es posible la mecanizacin del proceso, disminuyendo el costo de la soldadura.

Con el gran nmero de consumibles a disposicin, la flexibilidad requerida para lograr las propiedades en la unin son casi ilimitados. Ajustar la composicin qumica del metal de soldadura, controlar la transferencia metlica, estabilizar el arco y controlar la fluidez del metal fundido, permiten obtener soldaduras ms sanas e incrementar la productividad y rentabilidad. Debido a que la soldadura es un proceso importante, muchas de las

mejoras pueden clasificarse en tres grupos.

Desarrollos en el Diseo.

Desarrollos en las Tcnicas de Soldadura.

Desarrollos en los Materiales y Consumibles. Desarrollos en el Diseo: Con la introduccin de los ordenadores de alta velocidad, los clculos de los detalles crticos (elementos finitos), se han vuelto una herramienta estndar ayudando a optimizar las construcciones soldadas. Hay una tendencia hacia la utilizacin de materiales tales como aceros de alta resistencia o aluminio para producir estructuras ms livianas con una alta capacidad de soportar carga (fatiga). Con el desarrollo de la soldadura mecanizada, es ms ventajoso usar la soldadura a filete en vez de soldadura a tope.

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Desarrollo en las Tcnicas de Soldadura: Los procesos ms comunes son: Soldadura elctrica al arco con electrodos revestidos (SMAW) (ver figura 5); Arco sumergido (SAW), soldadura al arco con proteccin gaseosa y electrodo no consumible de tungsteno (GTAW) ver figura 9, y soldadura al arco con proteccin gaseosa y electrodo consumible (GMAW), fueron desarrollados hace ms de cincuenta aos. Pero desde entonces han

sido repotenciados con la ayuda de sofisticados componentes electrnicos en las fuentes de poder (Sinrgicos) y en elementos de manipulacin, en consecuencia, muchos de los mtodos estn hoy da totalmente automatizados.

En la soldadura al Arco con Proteccin Gaseosa (GMAW), el empleo de alambres slidos gemelos, bandas y con ncleo ha aumentado la productividad (figura 6).

En la soldadura de Arco Sumergido (SAW), la productividad puede ser incrementada mediante el uso de sistemas de mltiples alambres o mediante la alimentacin de polvo metlico en el depsito (figura 12).

Figura 10.- Proceso de Soldadura SMAW.

Figura 11.- Proceso de Soldadura GMAW.

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En muchas circunstancias, la soldadura al arco sigue siendo el principal proceso. En ciertas aplicaciones, otros procesos han adquirido una popularidad que va en aumento. En la industria automotriz otros procesos de unin, como adhesivos y soldadura lser han sustituido a la soldadura por arco. Recientemente, la soldadura lser (figura 13) y la soldadura por friccin, han surgido y se han desarrollado, a tal grado que pueden

considerarse reales competidores de la soldadura al arco. El uso de electrodos recubiertos ha sido reemplazado por mtodos de mayor productividad. La soldadura GMAW o MIG/MAG, que utiliza alambres slidos, alcanzo el mayor mercado. Actualmente, es usado con alambre tubular FCAW, con y sin proteccin gaseosa.

Figura 12.- Proceso de soldadura SAW. Figura 13.- Proceso de soldadura Lser.

Paralelamente con el incremento de la productividad, se han generado consumibles compatibles con el desarrollo del acero, para satisfacer situaciones donde se requieren mayor resistencia y tenacidad, as como una mejorada resistencia a la corrosin.

Desarrollos en los Materiales y Consumibles: El gran avance, en trminos de propiedades de soldadura, de los aceros estructurales vino con la introduccin de los aceros procesados termomecnicamente (TM) al principio de los aos ochenta. Entre los aceros de alta resistencia, incluimos tanto los templados y revenidos (TR) como los de tratamiento termo-mecnico controlado (HSLA). Es posible que la utilizacin de estos materiales sea significativamente mayor en el futuro ya que presentan las siguientes ventajas:

Pueden fabricarse estructuras con lmina ms delgada (reduccin del peso), con un mejorado desempeo de dichas estructuras a mayores cargas.

Los nuevos aceros microaleados son de alta calidad, presentan buenas propiedades de soldabilidad y una gran resistencia a la carga, a pesar de que el contenido de carbono se redujo, su calidad fue mejorada significativamente mediante la reduccin del contenido de impurezas tales como (azufre y fsforo). Al aumentar los niveles de carga y de los espesores, se necesitan mayores contenidos de elementos aleantes, as como de un precalentamiento. La resistencia se mejora con un tamao de grano menor y una mayor densidad de dislocaciones. A veces, se utiliza un enfriamiento acelerado para aadirle an ms resistencia a medida que el acero se vuelve Baintico ms que Ferrtico. En tal

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sentido, contamos hoy con consumibles de soldaduras perfectamente desarrollados y establecidos que permiten obtener resistencias a la fluencia en el metal depositado superiores a los 460 MPa. Estos consumibles tienen composiciones tpicas de aproximadamente (0.05-0.1) %C y (1-1.5) %Mn y 0.5% Mo. Pequeas adiciones de Ni permite mejoras significativas en la tenacidad. Los aceros de resistencia 500 MPa son empleados en trabajos estructurales estndar, equipos para excavadoras, gras soportes para techos en minas, construcciones mar afuera, etc. Los de mayor resistencia 700 MPa, se utilizan para remolques de carga pesada, puentes, gras de gran capacidad y elementos de volteo o descarga, etc. Los aceros de aun mayor resistencia (900 MPa) tienen como aplicaciones tpicas en puentes mviles y transportadores, etc. Tambin estos aceros son usados para aplicaciones que requieren resistencia a bajas temperaturas. Soldabilidad: Los aceros de (350 a 450) MPa, usualmente presentan pocos problemas

de soldadura, tales como:

Baja resistencia en el metal de la soldadura, asociado comnmente con un alto contenido de nitrgeno gracias al uso de un arco demasiado largo.

De usarse consumibles bajos en hidrgeno, el agrietamiento por hidrgeno constituye rara vez un problema; pero si aparece, debe estar asociado a la soldadura de lminas muy pesadas.

El agrietamiento por solidificacin podra ocurrir bajo circunstancias muy especiales, pero por lo general no debera representar un problema.

La tenacidad en soldaduras de alta disolucin, a veces podra ser baja, por la existencia de incompatibilidad entre el metal base y el consumible.

La soldadura de los aceros con resistencia a la fluencia en el rango 700-900 MPa constituye un campo menos conocido. No obstante disponemos hoy de excelentes consumibles para la soldadura de tales materiales. En general estos consumibles pertenecen al sistema C-Mn-Cr-Ni-Mo. La soldadura requiere mayores precauciones slo con los aceros de 600 MPa o superiores, en cuyo caso surgen dos problemas:

Primero: Hallar un consumible adecuado que tenga una resistencia superior al acero y que a la vez tenga una buena tenacidad frente a los impactos.

Segundo: Problema de agrietamiento por hidrgeno. Hay que reducir el contenido de hidrgeno en los consumibles, atmsfera circundante, humedad del material base y contaminaciones con aceite en la placa y las superficies de unin.

Tabla 1.- Contenido de hidrgeno de diferentes consumibles.

TIPO DE CONSUMIBLE CONTENIDO DE HIDRGENO (ml/100g de metal de soldadura)

COMENTARIOS

Electrodos recubiertos bsicos.

5 3ml para tipos especiales

Alambres tubulares con ncleo metlico.

< 5

Alambres tubulares, rutilo. < 10 Usualmente < 5

Flujos de arco sumergido. < 5

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ALAMBRE TUBULAR: El uso de este consumible fue inferior al 5% por mucho tiempo,

pero durante los ltimos aos, se ha incrementado hasta alcanzar casi un 10% y se espera que esta demanda contine incrementando rpidamente. La principal razn para el crecimiento de estos consumibles (alambres rellenos) es el potencial que ofrece para lograr un incremento en la productividad (Velocidad de soldadura), una mejora de la calidad del metal depositado (Transferencia Metlica, Penetracin, Forma del Cordn), y una mayor comodidad para el soldador (Salpicaduras, Gases, etc.). Dentro de los

alambres tubulares podemos diferenciar los siguientes tipos.

I) Aquellos destinados para la soldadura en posicin plana u horizontal con asistencia de CO2 con escasa ductilidad y tenacidad.

II) Los nuevos tipos para soldadura en posicin con asistencia de CO2, o mezcla de gases con buenas propiedades de ductilidad y tenacidad.

III) Los alambres tubulares bsicos. IV) Los que contienen en el relleno polvo metlico.

En la ltima dcada se han disminuido los dimetros de los electrodos tubulares, popularizndose el uso de electrodos de 1.4 mm, 1.2 mm o menos de dimetro. Esto trajo consigo un aumento en los niveles de tenacidad en el metal depositado, como consecuencia fundamental la disminucin en el aporte trmico y posibilitar las soldaduras en posicin y en lminas delgadas. El uso de los alambres rellenos con polvo metlico ha crecido significativamente en los ltimos tiempos. Este tipo de alambre no contiene prcticamente sustancia escorificantes (soldaduras multipasadas) y ha sido desarrollado para ser utilizado con mezclas del tipo 80%Ar + 20%CO2. Son de alta penetracin reduciendo de este modo el riesgo de falta de fusin y presentan altos valores de tenacidad. Estos consumibles son particularmente tiles para la soldadura narrow gap y en sistemas de control automtico. Al mecanizar la operacin (Robots que operan en forma continua) se traducir en una mxima productividad ya que los cambios de bobina,

las reparaciones y los rechazos se reducen significativamente. El uso de alambres para soldadura de unin por arco abierto, es decir sin proteccin gaseosa, tambin se ha incrementado en los ltimos aos y es previsible un desarrollo importante de stos consumibles en el futuro. La ausencia de gas de proteccin hace que resulten particularmente atractivos para la soldadura de campo. Sin embargo, tambin su uso se va extendiendo en talleres de estructuras y caldereras. En la actualidad, su utilizacin esta limitada por su precio relativamente elevado frente a productos mas convencionales. Sin embargo, en la medida que dicho precio disminuya es posible que los alambres tubulares autoprotegidos se conviertan en una alternativa

importante frente a los alambres tubulares para soldadura con proteccin gaseosa. En el futuro se espera que la soldadura de ensamblaje y de equipo pesado, siga utilizando electrodos recubiertos. El uso de alambres tubulares se incrementar especialmente en Europa. Los alambres tubulares reemplazarn en cierto grado a los electrodos recubiertos as como a los alambres slidos. Los principales avances se vern en alambres tubulares y slidos, en particular en conexin con la soldadura mecanizada. Para los fabricantes tcnicamente ms avanzados, se harn frecuentes, los mtodos sofisticados como la soldadura lser. Para aquellos que no puedan invertir la gran cantidad de dinero (para adquirir un lser), mtodos avanzados como la MIG de arcos gemelo y tandem, basados en fuentes de poder relativamente convencionales (figura 14), podran con programas avanzados, incrementar la productividad. Sin embargo la mayora de los fabricantes son

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pequeas y medianas empresas, en consecuencia los mtodos convencionales de soldadura seguirn siendo empleados. Luego, la productividad se obtendr de consumibles ms eficientes.

Figura 14.- Soldadura MIG con arcos gemelos. Figura 15.- Soldadura MIG con arcos tandem.

Desarrollos en Aceros Resistentes a Altas Temperaturas

Los Aceros al Cromo-Molibdeno son utilizados para aplicaciones a alta temperatura

(superiores a 400 C) dentro de la industria petroqumica o la industria de generacin de energa. Los aceros al Cr-Mo ms comunes son: 1,25Cr-0,5Mo 2,25Cr-1Mo, siendo la

mxima temperatura operativa de 565 C y capacidad de carga de 235 a 355 MPa. El acero 2,25Cr-1Mo puede ser modificado, incrementando el contenido de cromo, y aadiendo vanadio, de manera que la composicin tpica sea 3Cr-1Mo. El vanadio incrementa la resistencia del acero a alta temperatura, pero incrementa el riesgo de agrietamiento en la HAZ. Para aplicaciones ms exigentes, se utilizan aceros con un mayor contenido de aleantes 12Cr-1Mo. Sin embargo, en aos recientes se ha tenido mayor inters en el aceros 9%Cr-1%Mo, con buenas caractersticas a altas temperaturas, similares al anterior, pero con propiedades de soldadura muy superiores. Las

modificaciones que han generado el acero 9Cr-1Mo, radica principalmente en la adicin de vanadio, niobio y nitrgeno. Este acero (modificado) ha encontrado una cantidad de aplicaciones, principalmente en forma de tuberas. Hay sugerencias para nuevas composiciones de aceros, como el 9Cr-2Mo, o para el reemplazo del molibdeno por tungsteno, con miras a mejorar las propiedades frente a la fluencia lenta. Estos desarrollos requerirn de mayores avances en los metales de soldadura. Se espera que si contina incrementndose el uso de los aceros del tipo 9Cr, en la industria petroqumica sta ser

una de las reas ms intensas e interesantes en el desarrollo de materiales en los prximos aos. Para muchos de los aceros al Cr-Mo, la soldabilidad est limitada y se

deteriora a medida que aumenta el contenido de aleantes. Se requiere un cierto grado de precalentamiento y de los tratamientos trmicos postsoldadura. Para todos los aceros al Cr-Mo, existen consumibles con propiedades compatibles y usualmente con qumica muy similar para todos los procesos comunes. Sin embargo, el acero 12Cr-1Mo es una

excepcin, esta aleacin no es soldable mediante mtodos de alta productividad. Los consumibles para soldar los aceros modificados de 9Cr-1Mo se encuentran en etapa de desarrollo. La unin soldada es tratada trmicamente (Recocido) despus de la soldadura para mejorar la tenacidad y reducir las tensiones residuales que generan los carburos.

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LOS ACEROS INOXIDABLES Estos materiales han sido hasta ahora, y lo seguirn siendo en el futro, un insumo bsico para la industria qumica, petroqumica y alimenticia, etc. Tambin en el sector de energa los aceros inoxidables juegan un rol protagnico como materiales estructurales en componentes crticos. Existen en particular dos grupos de aceros inoxidables para los que se espera un incremento importante. Estos son los aceros Austenticos-Ferrticos (aceros inoxidables dplex y superduplex), que tienen buena resistencia mecnica y presentan una excelente resistencia a la corrosin por picado y a la corrosin bajo tensiones, y los denominados superaustenticos, que con contenidos elevados de Cr y Ni, son aptos para servicio a elevadas temperaturas, en medios fuertemente agresivos, tanto oxidantes como reductores y en aplicaciones criognicas. Los aceros inoxidables Dplex y Superduplex son aleaciones de base hierro, con alto contenido de cromo (19-27%Cr), bajo carbono (0,03%C), aleadas con nquel (4-7%Ni), (0-5 %Mo), y con un contenido de nitrgeno que vara entre (0.1 y 0.3%N). Los aceros inoxidables superaustenticos tienen composiciones que varan entre (18%Cr-16%Ni) con (3-4%) Mo, hasta 25%Cr-25%Ni con adiciones de Cr, Nb y N. Ambos son hoy objeto de intensos programas de investigacin y desarrollo. En los ltimos diez aos se han desarrollado diversos electrodos para la soldadura de estos materiales y es previsible que surjan otros productos en los prximos aos, particularmente para los inoxidables endurecidos con nitrgeno y para aquellos destinados a servicio en condiciones criognicas extremas en las que es necesario mantener valores de tenacidad a esas temperaturas. Un campo en el que se producirn sin duda avances es en el de la prediccin de ferrita y de otras fases en el metal depositado, basada en la composicin qumica y en el ciclo trmico de la soldadura.

Olson y Siewert, en una proyeccin sobre el futuro desarrollo de los consumibles para

soldadura, prevn un avance importante en el conocimiento de la fsica del arco y de la qumica de los fundentes y anticipan la aparicin de nuevos consumibles de bajo hidrgeno para la soldadura en posicin y en vertical descendente en la forma de electrodos revestidos y como alambres tubulares. La Soldadura de los Aceros Inoxidables: Est establecida y existen en el mercado un

rango extenso de consumibles disponible y apropiados para todos los procesos comunes de soldadura, los problemas ms importantes que podemos encontrar son: El agrietamiento en caliente y la precipitacin de fases intermetlicas. A fin de evitar esto, debe utilizarse un bajo suministro de calor y una baja temperatura de interpase, restringiendo la dilucin. Los Consumibles de los Aceros Inoxidables: Son a base de nquel y el tipo ms

comn es Ni-21Cr-9Mo-3Nb, y recientemente Ni-23Cr-16Mo. El mtodo ms popular para soldar aceros inoxidables es manualmente mediante soldadura manual con arco elctrico, seguido de MIG utilizando alambres slidos. Sin embargo, al utilizar alambres slidos existe un mayor riesgo de defectos de soldadura (como falta de fusin). Los alambres con ncleo, recientemente desarrollados para muchos de los grados comunes de acero inoxidable, mejoran significativamente esta situacin y aumentan la productividad en un 30%, as como reducen las salpicaduras significativamente.

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DESARROLLO EN ALUMINIO Las ventajas del aluminio como metal de ingeniera son las siguientes: Es un material

liviano comparativamente fuerte y con buenas propiedades frente a la corrosin, adems, es ecolgico en el aspecto de que es reciclable; pero tambin tiene desventajas tales

como la baja rigidez y el alto coeficiente de expansin trmica que produce problemas durante la soldadura y conformado. Estas desventajas en combinacin con otros factores como la prdida de resistencia en la HAZ durante la soldadura, hacen que el diseo y la fabricacin en aluminio sean diferentes que para el acero. El aluminio est encontrando un uso ms extenso en muchas de las reas de estructuras. Los nuevos transbordadores de alta velocidad son buenos ejemplos de la manera como los aluminios estn siendo empleados para obtener una reduccin de peso a fin de lograr una mayor velocidad o una mayor capacidad de carga. Hoy en da encontramos que los principales problemas tcnicos al soldar aluminio son:

Grietas de solidificacin en el metal de soldadura.

Grietas de licuefaccin en la HAZ.

Formacin de poros.

Reduccin de la resistencia en la HAZ.

Se piensa que tanto las grietas de solidificacin como las de licuefaccin se deben principalmente a la ocurrencia de fases intermetlicas con una baja temperatura de fusin en los lmites de grano. Las aleaciones endurecibles que tienen un gran rango de solidificacin son susceptibles de agrietarse. Esto significa que las aleaciones a las que se ha agregado cobre, zinc o plomo son las ms susceptibles. En las aleaciones endurecibles (Al-Mg-Si), las grietas de solidificacin y de licuefaccin pueden evitarse utilizando consumibles aleados con silicio. Probablemente, debido a que la temperatura de solidificacin del metal de soldadura es inferior a la del metal base. En las aleaciones de aluminio endurecibles (solucin slida), aleadas principalmente con magnesio, las

ms susceptibles a agrietarse son aquellas con menor contenido de este elemento. Sin embargo, muchas aleaciones, en particular las no endurecibles tienen buenas propiedades de soldadura. Los poros en las soldaduras de aluminio son normalmente causados por el hidrgeno proveniente de la humedad. Al ocurrir la solidificacin del

metal de soldadura hay una gran sobresaturacin de hidrgeno que se precipita en forma de poros. A fin de evitar o reducir su formacin debe reducirse al mnimo el contenido de hidrgeno, controlando todas las fuentes de hidrgeno tales como (gas protector, el metal base y los consumibles). Un mayor calor aportado es otra forma de mejorar la situacin, debido a que le da ms tiempo al hidrgeno de abandonar el depsito fundido. Sin embargo, an tomando las medidas es difcil eliminar por completo la formacin de poros. Otras medidas puede ser ubicar las soldaduras en reas de bajo esfuerzo o aumentar localmente el espesor del material.

El aluminio es soldable casi exclusivamente usando MIG o TIG. Hay una gran variedad de consumibles para soldar aluminio, ya sea puro o en aleaciones endurecidas por solucin slida. Los alambres de soldadura son aleados principalmente con magnesio y en algunos casos con silicio. La adicin de titanio o circonio, para actuar como refinadores de grano, tambin es comn. El campo de la soldadura de aleaciones no ferrosas sufrir seguramente un incremento en su importancia relativa como consecuencia de un aumento en la utilizacin de dichas aleaciones, particularmente en las aplicaciones estructurales de aluminio. En los ltimos aos se viene observando un incremento a

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nivel mundial del uso de las aleaciones de aluminio de los tipos no termotratables (Al-Mg-Mn) y termotratables (Al-Zn-Mg), (Al-Mg-Si) y (Al-Mg-Si-Cu) para uso estructural fundamentalmente en equipos de transporte. Tenemos hoy camiones tanque y vehculos para transporte de pasajeros totalmente construidos con estos materiales, con el consiguiente ahorro en peso y combustible. El desarrollo de las nuevas aleaciones Al-Li

tambin abre otras posibilidades para estos materiales y dispondremos sin duda de nuevos consumibles para su soldadura.

CALIDAD Y PRODUCTIVIDAD Un anlisis de la situacin actual en el campo de la produccin industrial nos sugiere que los cambios ms importantes en los prximos aos se darn con seguridad en el campo de la Productividad y la Calidad. Esta ser sin duda una consecuencia directa de la apertura de los mercados y del incremento del comercio internacional que obligar a la industria de los distintos pases a alcanzar niveles de competitividad acordes con los requerimientos del momento. La adopcin de las Normas ISO 9000 por parte de las empresas para configurar sus sistemas de Garanta de Calidad ser cada vez mayor. La adopcin de estas normas no garantiza un incremento de la productividad de las empresas pero implica elementos que en ltima instancia conducen a tal resultado. Entre estos elementos se destaca en primer lugar la necesidad de contar en todos los niveles con personal calificado. En este sentido, Brasil, Argentina, Mxico y Venezuela han desarrollado, en poco tiempo, un conjunto de normas (Industria de las Construcciones Soldadas), que les generan ventajas competitivas en dicho campo frente a otros pases del rea.

Conclusiones

Las ms importantes tendencias en lo que atae al desarrollo de materiales y que a la vez representan un reto al desarrollo de consumibles para la soldadura son:

Una mejorada productividad para los aceros comnmente utilizados.

Un incremento en el uso de aceros con propiedades mejoradas. Para los consumibles, los desarrollos futuros se enfocarn en:

Alambres tubulares para aceros inoxidables y estructurales.

Nuevos consumibles con mejoradas propiedades a alta temperatura.

Nuevos consumibles con mejoradas propiedades frente a la corrosin.

Nuevos consumibles con un reducido contenido de hidrgeno. Con respecto al proceso, se anticipan las siguientes tendencias:

Sistemas de alta productividad.

Mejores programa