P á g i n a | 1

Introducción

Soldadura

La soldadura implica la fusión o unión localizada de dos piezas metálicas en sus superficies de empalme. Éstas son las superficies de la pieza que están en contacto o muy cercanas para ser unidas.

La American Welding Society ha catalogado más de 50 tipos diferentes de operaciones de soldadura que utilizan diversos tipos o combinaciones de energía para proporcionar la energía requerida. Los procesos de soldadura pueden dividirse en dos grupos principales: 1) soldadura por fusión y 2) soldadura de estado sólido. En esta práctica se utilizo soldadura por fusión, por lo tanto será la única que describiremos. (Groover, 2007, Tercera Edicion ).

Soldadura por fusión:

Los procesos de soldadura por fusión usan calor para fundir los metales base. Soldadura con arco (AW). Se refiere a un grupo de procesos de soldadura en los cuales el calentamiento de los metales se obtiene mediante un arco eléctrico, como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Soldadura con arco: antes, durante y después tomado de Fundamentos de manufactura moderna, pagina 691 Capitulo 30.

La soldadura produce una conexión sólida entre dos piezas, denominada unión soldada . Ésta es el empalme de los bordes o las superficies de las piezas que se han unido mediante soldadura. (Sección 30.2/Unión soldada 693-694 Capítulo 30/Fundamentos de soldadura)

P á g i n a | 2

Tipos de uniones:

Existen cinco tipos básicos de uniones para pegar dos piezas de una junta. Los cinco tipos de unión no están limitados a la soldadura. Ver figura 2.

1) Unión empalmada. En este tipo de unión, las piezas se encuentran en el mismo plano y se unen en sus bordes.

2) Unión de esquina. Las piezas en una unión de esquina forman un ángulo recto y se unen en la esquina del ángulo.

3) Unión superpuesta. Esta unión consiste en dos piezas que se sobreponen.

4) Unión en te. En la unión en te, una pieza es perpendicular a la otra en una forma parecida a la letra T.

5) Unión de bordes. Las piezas en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace en el(los) borde(s) común(es).

Figura 2. Se muestran los cinco tipos de uniones. Tomada de capitulo 30, Fundamentos de Manufactura Moderna, Groover.

Cuando los bordes no estén biselados y se encuentran muy juntos, es necesario utilizar electrodos de mucha penetración (6010) de raíz y electrodo (7018) para pases posteriores. Cuando la distancia entre los bordes sea amplia utilice electrodos de mediana penetración.

A continuación se presenta una tabla, figura 3. de clasificación de electrodos.

P á g i n a | 3

Figura 3. Tabla de Clasificación AWS para electrodos (sistema ingles), tomado de manual general de electrodos INFRA

Figura 4. Tabla de Interpretación de la última cifra en la clasificación AWS de electrodos de Acero al carbono

P á g i n a | 4

En los electrodos de acero aleado las 4 o 5 cifras de la clasificación van seguidas generalmente de una letra símbolo como: A1, B1, B2, etc. Estos subfijos estandar de la A.W.S son añadidos para indicar adiciones específicas de elementos de aleación, como se indica en la figura 5. Por ejemplo un electrodo revestido para soldadura al arco que tenga una clasificación E701 5-A1, es un bajo hidrógeno para todas las posiciones, corriente directa polaridad invertida, electrodo con un contenido de Molibdeno entre 0.40 a 0.65% (promedio 0.50%).(INFRA, Segunda Edicion, 2009)

Figura 5. Designación AWS de los más importantes elementos de aleación en los electrodos para soldadura de arco.

P á g i n a | 5

En la siguiente tabla se muestran los amperajes aproximados conforme al espesor del metal de trabajo y la medida del electrodo.

Tabla 1. Amperajes aproximados

Posición plana espesor metalCalibre

Medida del electrodo

Amperaje aprox.

18 3/32 “ 50 – 8016 3/32 “14 1/8 “ 90 – 13512 1/8 “10 5/32 “ o 1/8 “ 120 – 175 3/16 “ 5/32 “ o 1/8 “¼ “ 3/16” o 5/32 “ 140 – 200 5/16 “ 3/16” o 5/32 “3/8 “ ¼ “ o 3/16 “ 200 – 275 ½ “ ¼ “ o 3/16 “ 250 – 350 ¾ “ ¼ “1 ” ¼ “ 325 – 400

P á g i n a | 6

Tipos de soldaduras:

Cada una de las uniones anteriores puede hacerse mediante soldadura. Es adecuado distinguir entre el tipo de unión y el modo en que se suelda, es decir, el tipo de soldadura.

Se usa soldadura de filete para rellenar los bordes de las placas creadas mediante uniones de esquina, sobrepuestas y en te. Ver figura 6. Las soldaduras de filete pueden ser sencillas o dobles (es decir, pueden soldarse en uno o ambos lados) y continuas o intermitentes (esto es, soldadas a lo largo de toda la longitud de la unión o con espacio sin soldar a lo largo de la pieza).

Figura 6. Formas de soldaduras de filete, en la tercera se muestra figura sobrepuesta con filete doble al igual que la unión en te. Groover capitulo 30.

Tecnología general de la soldadura con arco

Electrodos:

Los electrodos que se usan en los procesos de AW se clasifican como consumibles y no consumibles. Los electrodos consumibles proporcionan el metal de relleno en la soldadura con arco. Estos electrodos están disponibles en dos formas principales: varillas (también llamados bastones) y alambres. Las varillas para soldadura normalmente tienen una longitud de 225 a 450 mm (9 a 18 in) y un diámetro de 9.5 mm (3/8 in) o menos. (Groover., 2007)

Resistencia de las uniones soldadas

P á g i n a | 7

Al diseñar componentes soldadas es preferible seleccionar un acero que proporcione una soldadura rápida y económica, aunque quizá requiera un sacrificio de otras cualidades, como la maquinabilidad. En condiciones apropiadas, todos los aceros se pueden soldar, pero se obtendrán mejores resultados si se eligen aceros con una especificación UNS entre G10140 y G10230. Dichos aceros tienen una resistencia a la tensión en la condición laminada en caliente, en el intervalo de 60 a 70 kpsi.

Es importante observar que, con frecuencia, el material del electrodo es el material presente más fuerte. Si una barra de acero AISI 1010 se suelda a una de acero 1018, el metal de aporte en realidad es una mezcla del material del electrodo y de los aceros 1010 y 1018. Además, en una barra estirada en frío soldada sus propiedades son sustituidas por las propiedades de una barra laminada en caliente, en la vecindad de la soldadura. Por último, al recordar que el metal de aporte, por lo general, es el más fuerte, verifique los esfuerzos en los metales base Tabla 2. (G. Budynas & Nisbett, 2008 )

Tabla 2. Propiedades mínimas del metal de aporte. Capitulo 9, Diseño de elementos mecánicos.

En donde utilizar electrodos

Los requerimientos del trabajo son siempre la base para la selección de electrodos. Ustedes pueden simplificar considerablemente esta labor mediante el seguimiento de los puntos mencionados en la lista de comprobación que aparece más adelante.

P á g i n a | 8

Si comprueba cuidadosamente todos los factores no deberá existir dificultad alguna en la selección del electrodo que proporcionará estabilidad del arco, suavidad al cordón, fácil retiro de escoria y un chisporroteo mínimo, factores esenciales para producir soldadura de calidad en forma más rápida. Sin embargo, para estar seguros de haber considerado todas las selecciones posibles también se deberán checar las características especiales de otros electrodos en diferentes grupos. En el caso de encontrar más de un electrodo apropiado se deberán probar todas las alternativas sobre la marcha. Uno de éstos mostrará su superioridad para la aplicación en particular.

La mayoría de los electrodos para soldadura por arco, se clasifican por medio de especificaciones de metal de aporte que fueron preparadas por un comité asociado a la American Welding Society y a la American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos). Las especificaciones utilizadas más comúnmente son: Especificaciones para electrodos de acero dulce para soldadura por arco eléctrico A.S.M.E. SFA 5.1 A.W.S. A5.1 Especificaciones para electrodos de acero con baja aleación A.S.M.E. SFA 5.5 A.W.S. A5.5.

Casi todos los metales conocidos pueden ser soldados, ya sea por un proceso u otro. Sin embargo la soldadura eléctrica que utiliza electrodos revestidos se utilizan principalmente sobre aceros. Los aceros poseen varias propiedades diferentes dependiendo de la cantidad de aleación que contengan Los electrodos para soldadura se deberán seleccionar basándose en la composición del acero a soldar.

Por lo general los aceros se clasifican de acuerdo con su contenido de carbono, esto es, acero de bajo, mediano y alto carbono.

Los aceros se comercializan bajo diferentes marcas y especificaciones. Algunas de éstas son: Sociedad Americana para Prueba de Materiales (sus especificaciones están precedidas siempre por las siglas ASTM),

Instituto Americano del Petróleo (acero utilizado por tuberías API), Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (Por lo regular utiliza los mismos números para especificación de la ASME), Especificaciones Militares y Federales (indicadas con las siglas MIL ó 00), Sociedad de Ingenieros Automotrices y el Instituto Americano de Hierro y Acero (AISISAE). (INFRA, Segunda Edicion, 2009)

P á g i n a | 9

Fuentes:

G. Budynas, R., & Nisbett, K. J. (2008 ). Capitulo 9. Soldadura, adhesion y diseño de uniones permanentes . In Mecanica Diseño en ingenieria de Shigley (p. 1092). Impreso en Mexico : Mc GrawHill Interamericana .

Groover, M. P. (2007, Tercera Edicion ). Fundamentos de Soldadura. In M. P. Groover, Procesos de manufactura moderna (p. 691). Mc GrawHill .

Groover., M. P. (2007). Procesos de Soldadura, Capitulo 31. In M. P. Groover., Procesos de Manufactura Moderna (p. 706). Mc GrawHill.

INFRA. (Segunda Edicion, 2009). Manual de Electrodos para soldar . Tlalnepantla - Cuautitlan, Tultitlan, Estado de Mexico , Mexico .