SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

FASCÍCULO DE APRENDIZAJE

CÓDIGO: 89001579

Profesional Técnico

SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES

METÁLICAS

METALMECÁNICA

SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

N° ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS 01 02 03 04

Habilitar material. Doblar tubos. Destajar perfiles. Armar estructuras.

Arco de sierra. Wincha. Rayador.

01 01 Eje de escalera Acero ST 37 PZA. CANT. DENOMINACION-NORMA/DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES

ESCALERA DE CARACOL. HT. 01 SE. REF.

TIEMPO: 4 h. HOJA: 1 /4

SOLDADOR UNIVERSAL

ESCALA: S.E. AÑO: 2014

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 1.1. HABILITAR EL MATERIAL. Es una operación que consiste en limpiar el material, luego traza y cortar el tubo que será el eje de la escalera circular llamada también “Escalera caracol”. PROCESO DE EJECUCION: 1° Paso. Limpie el tubo. a) Coloque el tubo en el tornillo de banco

y asegúrelo. b) Limpie el tubo de los óxidos y

lubricantes con los que salen de su fabricación.

PREVENCION. Los trapos industriales y wipes utilizados en este paso deben colocarse en los tachos de deshechos respectivos. 2° Paso. Mida la longitud del tubo. a) Utilice el flexómetro (wincha) y mida

desde un extremo del tubo hasta la longitud requerida por el plano.

3° Paso. Trace la longitud. a) Con el rayador marque el tubo la

longitud requerida. b) Con una cinta de metal trace

alrededor del tubo para obtener un corte recto.

4° Paso. Corte el tubo. a) Deslice el arco de sierra aplicando

una presión adecuada y realice el corte.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 5° Paso. Mida la placa de apoyo. a) Mida y trace la placa de apoyo con

medidas de 200x 200 x 8 mm.

6° Paso. Suelde placa de apoyo. a) Suelde la placa, utilice electrodos E

7018.

1.2. DOBLAR TUBOS. Es una operación que consiste en dar forma a los tubos que serán utilizados como pasamanos de la escalera circular. PROCESO DE EJECUCION: 1° Paso. Habilite el tubo para pasamano. a) Limpie el tubo de aceites y óxidos. b) Asegúrelo en el tornillo de banco para

su corte a medida. c) Trace la longitud requerida. 2° Paso. Habilite un molde de doblado. a) Conforme un aro que sea mayor al

calculado de la hélice. b) Apuntálelo sobre una placa metálica

(1/4”). c) Suelde un tope que servirá para

sostener el tubo en el inicio del doblado.

OBSERVACION. Llene el tubo de arena fina, esto permitirá que el tubo no se arruga o se deforme durante el doblado.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3° Paso. Curve el tubo. a) Coloque uno de los extremos del tubo

en el tope y curve el tubo formando aros en su longitud total.

PREVENCION. Fije bien el tubo de tal forma que este no se afloje y pueda ocasionarle alguna lesión. 4° Paso. Forme la hélice. a) Estire el tubo formando una hélice que

tenga el diámetro diseñado inicialmente.

5° Paso. Corte el tubo. a) Corte la longitud requerida del tubo

curvado obteniendo así el pasamano de la escalera circular.

b) Limpie las rebabas de material en sus extremos.

1.3. DESTAJAR PERFILES. Es una operación que consiste en habilitar y determinar la cantidad de perfiles a utilizar en la conformación de los pasos de la escalera circular. PROCESO DE EJECUCION. 1° Paso. Habilite perfiles angulares. a) Corte perfil angular de 1 ½” x 1 ½”

x 3/16” y corte con longitudes de 800 y 637 mm. que nos servirá como plataforma de los peldaños de la escalera circular.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS b) Corte perfil angular de 1 ½” x 1 ½”

x 3/16” con longitud de 170 mm. que nos servirá de separador de peldaño.

2° Paso. Habilite postes de pasamano. a) Mida y corte tubos redondos de 1

½” x 1.5 mm. con longitud de 900 mm. que servirán de postes para el pasamano.

1.4. ARMAR ESTRUCTURAS. Es una operación que consiste en conformar la escalera circular armando los peldaños, plataformas y pasamanos de la escalera caracol. PROCESO DE EJECUCION. 1° Paso. Arme el piso. a) Destaje los perfiles de tal forma

que coincidan sus juntas de forma regular.

b) Apuntale la estructura formando un marco.

c) Verifique las medidas y su escuadra.

d) Suelde la estructura en tramos de 5 cm. de longitud de forma alternada.

e) Coloque la plancha estriada y suelde en tramos equidistantes

2° Paso. Arme laterales. a) Destaje montura de los tubos para

que encajen de forma regular. b) Apuntale los tubos entre sí. c) Suelde la estructura.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS FUNDAMENTO TECNOLÓGICO.

1. CARBONO EQUIVALENTE. 1.1. CONCEPTO.

El concepto contenido de carbono equivalente se utiliza en materiales ferrosos, típicamente de acero y hierro fundido, para determinar diversas propiedades de la aleación cuando se utiliza más que como un aleante de carbono, que es típico.

La idea es convertir el porcentaje de elementos de aleación distintos de carbono para el porcentaje de carbono equivalente, debido a que las fases de hierro-carbono se comprenden mejor que otras fases de aleación de hierro-.

Por lo general este concepto se utiliza en la soldadura, sino que también se utiliza en el tratamiento de calor y de fundición de hierro fundido.

1.2. CARBONO EQUIVALENTE EN EL ACERO.

En la soldadura, el contenido de carbono equivalente se utiliza para entender cómo los diferentes elementos de aleación afectan a la dureza del acero está soldada.

Este es entonces directamente relacionada al agrietamiento en frío de hidrógenos inducidos, que es el defecto más común para la soldadura de acero, por lo que se utiliza más comúnmente para determinar la soldabilidad.

Las concentraciones más altas de carbono y de otros elementos de aleación tales como manganeso, cromo, silicio, molibdeno, vanadio, cobre, y níquel tienden a aumentar la dureza y la soldabilidad disminución.

Cada uno de estos materiales tiende a influir en la dureza y la soldabilidad del acero a diferentes magnitudes, sin embargo, por lo que un método de comparación necesaria para juzgar la diferencia de dureza entre dos aleaciones hechas de diferentes elementos de aleación.

Hay dos fórmulas utilizadas para el cálculo del contenido de carbono equivalente. Uno es de la American Welding Society y recomendado para aceros estructurales y la otra es la fórmula basada en el Instituto Internacional de Soldadura.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS El AWS establece que para un contenido de carbono equivalente por encima de 0,40% hay un potencial de agrietamiento en la zona afectada por el calor en los bordes de corte y soldaduras llamas.

Sin embargo, las normas de ingeniería estructural rara vez se utilizan CE, sino más bien limitan el porcentaje máximo de determinados elementos de aleación.

Esta práctica se inició antes de que existiera el concepto CE, por lo que sólo se sigue utilizando.

Esto ha dado lugar a problemas debido a que ciertos aceros de alta resistencia se utilizan ahora que tiene un CE más alta que 0,50% que tiene fallas quebradizas.

La otra y más popular es la fórmula Dearden y la fórmula O'Neill, que fue aprobado por IIW en 1967. Esta fórmula es adecuada para predecir la dureza en una amplia gama de uso común al carbono y aceros al carbono-manganeso, pero no micro-aleados de alta resistencia de los aceros de baja aleación o de baja aleación de acero Cr-Mo.

La fórmula se define de la siguiente manera:

Para esta ecuación la capacidad de soldadura sobre la base de una gama de valores de la CE se puede definir de la siguiente manera:

La Sociedad de Ingeniería de Soldadura japonesa adoptó el parámetro crítico de metal para el craqueo de soldadura, que se basó en el trabajo de Ito y Bessyo, es: Si alguno de los valores no están disponibles, la siguiente fórmula se utiliza a veces:

El equivalente de carbono es una medida de la tendencia de la soldadura para formar martensita durante el enfriamiento y para sufrir fractura frágil.

Cuando el carbono equivalente es de entre 0,40 y 0,60 precalentamiento de soldadura puede ser necesario.

Cuando el carbono equivalente está por encima de 0,60, el precalentamiento es necesario, post-calentamiento puede ser necesario.

La siguiente fórmula de carbono equivalente se utiliza para determinar si un punto de soldadura se producirá un error en acero de alta resistencia y baja aleación debido a la templabilidad excesiva:

Cuando UTS es la resistencia a la tracción en MPa, y h es el espesor de la banda en pulgadas. Un valor de CE de 0,3 o menos se considera seguro.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Un equivalente de carbono especial fue desarrollado por Yorioka, lo que podría determinar el momento crítico en cuestión de segundos? T8-5 para la formación de martensita en el calor Efectuado Zona en aleaciones de acero de bajo carbono.

1.3. CARBONO EQUIVALENTE EN EL HIERRO FUNDIDO.

Para el hierro fundido del concepto contenido en carbono equivalente se utiliza para entender cómo los elementos de aleación afectarán el tratamiento térmico y el comportamiento de fundición.

Se utiliza como un predictor de la fuerza en las fundiciones, ya que da un equilibrio aproximado de austenita y grafito en la estructura final.

Las siguientes fórmulas se utilizan para determinar la CE en hierros fundidos:

El CE se utiliza para determinar si la aleación es hipoeutéctica, eutéctica o hipereutéctico, porque las fundiciones del eutéctico es de 4,3% de carbono.

Cuando fundición de hierro fundido esto es útil para la determinación de la estructura final del grano, por ejemplo, un hierro fundido hipereutéctica por lo general tiene una estructura de grano grueso y se forman grandes copos de grafito kish.

Además, hay una menor contracción a medida que aumenta la CE. En el tratamiento térmico de hierro fundido, diversas muestras de la CE se ponen a prueba para determinar empíricamente la correlación entre la CE y la dureza.

1.4. IMPORTANCIA DEL CARBONO EQUIVALENTE EN LA SOLDADURA.

Otro factor importante para la soldadura de acero es el carbono equivalente.

Debido a que el carbono tiene el efecto más pronunciado en la templabilidad (la facilidad con que el metal se endurece por el enfriamiento desde una temperatura austenítica, o su capacidad de formar martensita) del acero, nos interesa cuánto de este se encuentra presente en una aleación particular.

Cuanto mayor contenido de carbono, mayor templabilidad del acero.

Otros elementos de aleación también promoverán la templabilidad, en distinto grado.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Un contenido de carbono equivalente es entonces una expresión empírica que se usa para determinar cómo los efectos combinados de los distintos aleantes se encuentran presentes en la templabilidad del acero.

Debajo se muestra un ejemplo de un contenido de carbono equivalente típico (C.E.).

Está fórmula está dirigida a aceros al carbono y aleados que no contienen más que 0,5% Carbono, 1.5% de Manganeso, 3.5% Níquel, 1% de Cromo, 1% de Cobre, y 0.5% de Molibdeno.

Una vez que se determinó un contenido de carbono, podemos predecir el rango aproximado de precalentamiento que será necesario para los mejores resultados.

La tabla debajo resume algunas de las temperaturas de precalentamiento sugeridas para distintos rangos de carbono equivalente.

Carbono Equivalente

Temperatura de Precalentamiento

Sugerida

Hasta 0.45 Opcional

0.45 a 0.60 200 a 400°F (93.33 a 204.4°C)

Más que 0.60 400 a 700°F (204.4 a 371.11°C)

Usando estas orientaciones, el Ingeniero en soldadura puede tomar una decisión preliminar de que temperatura de precalentamiento será satisfactoria para una aplicación dada.

Esta decisión será afectada por otros factores, pero esto sirve al menos como un punto de partida.

El espesor del metal base también tiene un efecto en la velocidad de enfriamiento; generalmente las soldaduras en metal base de mayor espesor se enfrían más rápidamente que las soldaduras en secciones delgadas.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS La mayor capacidad calorífica, o disipación del calor, asociada con las secciones de mayor espesor producen un enfriamiento más veloz en el cordón de soldadura.

Entonces cuando se sueldan secciones de mayor espesor, pueden especificarse distintos requerimientos de soldadura, tales como precalentamiento, para reducir la velocidad de enfriamiento con el objeto de mejorar las propiedades mecánicas resultantes de la zona afectada por el calor.

Entonces, cuando se sueldan secciones de mayor espesor, normalmente se incrementan los requerimientos de precalentamiento y entre pasadas para ayudar a disminuir la velocidad de enfriamiento.

La siguiente tabla de la UNE 10025-2 indica los valores máximos en carbono equivalente para estos aceros.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 2. CÁLCULO DE CONSUMO DE ELECTRODOS.

2.1. COSTOS EN SOLDADURA. El costo de soldadura al igual que el costo de cualquier otro proceso industrial incluye el costo de mano de obra, de materiales y gastos generales. Por ello, los costos en soldadura deben ser cuidadosamente determinados, sabiendo de antemano que forman parte del costo total del o los productos finales. También puede ser usado para determinar costos estimativos envueltos en licitaciones o comparar procesos. 2.2. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS COMÚNMENTE UTILIZADOS EN EL CÁLCULO DE COSTOS EN SOLDADURA. 2.2.1. Área de Sección Transversal AST. Es el área base en donde se depositará el metal de soldadura. Cada diseño de unión tiene un Área de Sección Transversal, que puede ser determinada por cálculos de geometría. La tabla siguiente muestra los diseños de unión más utilizados en soldadura y las respectivas fórmulas para calcular su área de sección transversal. Las abreviaciones corresponden a:

A Ángulo total del bisel.

AST Área de sección transversal.

R Radio (usado en biseles tipo J y U).

CR Cara de raíz (talón, hombro).

AR Abertura de raíz.

S Tamaño del filete, tamaño del cordón.

T Espesor.

W Ancho del recubrimiento.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 2.2.1.1. Uniones utilizadas en Costos y sus respectivas áreas de sección transversal.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 2.3. PESO DE METAL DEPOSITADO (PMD). Es la cantidad de metal de aporte necesario para completar una unión soldada. El peso de metal depositado es la información fundamental para determinar todos los costos en soldadura. El proceso de soldadura y el procedimiento de soldadura afectan la cantidad de metal de aporte, fundente, gas y mano de obra requerida para fabricar cada unión. Todas estas cantidades se derivan del peso de metal depositado. 2.3.1. Eficiencia de Deposición. Relación entre el metal efectivamente depositado y la cantidad en peso de electrodos requeridos para efectuar ese depósito. Para propósitos de estimación, el peso de metal depositado incluye las pérdidas. Los electrodos para Arco Manual presentan las mayores pérdidas (16), estas pueden ser: Perdidas por colillas: Electrodos 14’’ (350 mm) = 14 %. Electrodos 18’’ (450 mm) = 11 %. Electrodos 28’’ (700 mm) = 7 %. Perdidas por recubrimiento o escoria: Espesores delgados Ej. E6010 = 10 %. Espesores gruesos Ej. E7024 = 50 %. Pérdidas por salpicaduras: Depende de la técnica de soldadura. Rangos normales de 5 a 15 %. Los electrodos de alambre continuo presentan menores pérdidas (alto rendimiento), debido a que normalmente se consume toda la bobina de alambre, además las pérdidas por colillas y salpicaduras son despreciables. A continuación se muestra una tabla resumen con valores estimativos de la eficiencia de deposición de electrodos por proceso de soldadura.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

Finalmente como resumen: Arco Sumergido y Electro escoria poseen eficiencias muy cercanos a 100%. MIG/MAG eficiencias de 95 %. TIG, PAC se usa completamente el alambre, eficiencias 100 %. Alambre Tubular, pequeñas pérdidas por los ingredientes del fundente que se

consumen, eficiencias 75-85%. 2.3.2. Velocidad de Deposición. Es la cantidad de metal de aporte depositado por unidad de tiempo. Respecto a la velocidad de deposición se puede decir que: Es una variable muy importante en soldadura. Depende aproximadamente de la corriente de soldadura de acuerdo al proceso

utilizado. A mayor corriente aumenta la velocidad de fusión, y aumenta la velocidad de

deposición. Es inversamente proporcional al diámetro del alambre continuo. La velocidad de deposición se puede calcular como la razón entre el peso del metal depositado por metro lineal de cordón (PMDL) y el tiempo de arco por metro lineal de cordón (TAL) respectivo, es decir:

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

La figura siguiente muestra valores típicos de velocidad de depositación, en función de la corriente para distintos procesos:

2.4. VELOCIDAD DE AVANCE. Es la velocidad de avance del cabezal de soldadura (mecanizada) o de la torcha o pistola (manual), con respecto a la pieza. Normalmente su valor se especifica en el procedimiento de soldadura.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Se determina midiendo físicamente la longitud de la soldadura, después de haber tomado el tiempo en realizarla, el valor obtenido es exacto solo si el ancho del cordón permanece constante. La velocidad de avance se puede determinar a través de la velocidad de depositación, si se conoce el peso de metal depositado, con la siguiente ecuación:

2.5. PESO DE ELECTRODOS REQUERIDO POR METRO LINEAL DE CORDÓN. Es la cantidad de electrodos requerida para completar una unión soldada. Es mayor que el Peso de Metal Depositado debido a las pérdidas. Se calcula como:

Dónde: PERL = Peso Electrodos Requeridos por metro lineal de cordón. PMDL = Peso Metal Depositado por metro lineal de cordón. ED = Eficiencia de Depositación. 2.6. TIEMPO DE ARCO. Es el tiempo durante el cual efectivamente ha existido el arco.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Dónde: PMD = Peso Metal Depositado. TA = Tiempo de Arco. VD = Velocidad de Depositación. 2.6.1. Factor de Operación. Relación entre el tiempo que ha existido el arco (tiempo de arco), y el tiempo total o pagado. Para determinar el factor de operación, es necesario un análisis, ya que varía según el proceso de soldadura utilizado, se calcula según la siguiente formula:

Dónde: FO = Factor de Operación. TA = Tiempo de Arco. TT = Tiempo Total. La tabla siguiente muestra valores típicos para el factor de operación.

2.7. FLUJO DE GAS. Cantidad de gas de protección necesario para efectuar una unión soldada, en los procesos de soldadura con protección gaseosa (MIG/MAG, TIG, Alambre Tubular). La cantidad de gas utilizada en un proceso se calcula multiplicando el flujo de gas por el tiempo de arco correspondiente. Razón de Uso de Fundente. Cantidad de fundente empleado por kilogramo de alambre depositado.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Para cálculos de costos se puede utilizar un valor de 1, en el caso de Arco

Sumergido. Para mayor precisión se deben efectuar mediciones con el tipo de fundente

utilizado. Para Soldadura por Electro-escoria se puede utilizar una razón de 0.05 a 0.1. 2.8. ELEMENTOS DE COSTOS EN SOLDADURA. 2.8.1. Metal de Aporte. La cantidad de metal de aporte requerido depende de la eficiencia de

depositación del electrodo y del peso del metal depositado. El peso de metal depositado es una variable fundamental en cálculo de costos,

debido a que es la base de todos los cálculos siguientes. 2.8.2. Consumibles Suplementarios. Arco Manual y Alambre Tubular no requieren consumibles adicionales, sin embargo los procesos de Arco Sumergido y Soldadura con protección gaseosa, requieren de fundente y gas de protección respectivamente. El consumo de fundente varía, pero un valor promedio de un kilogramo de fundente por kilogramo de metal de aporte es un valor aceptable. Los usuarios deben analizar los resultados para determinar la cantidad apropiada de consumo de fundente. El consumo de gas es de aproximadamente 0.28 a 0.42 m3/(100 A)(h), dependiendo del gas, equipo y otras condiciones locales. 2.8.3. Mano de Obra y Gastos Adicionales. Para determinar las horas hombre de trabajo requerida, se debe juzgar la complejidad del trabajo. Si el trabajo requiere una frecuente reubicación del soldador y su equipo, se espera un bajo factor de operación. Cuando el número de actividades suplementarias para el soldador es bajo, el factor de operación debe ser mayor, ya que el soldador puede “soldar más”. El factor de operación se utiliza para determinar los costos de mano de obra.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Los gastos adicionales incluyen numerosos ítems indirectamente asociados con soldadura como mantención, capacitación de personal, supervisión técnica, etc. 2.8.4. Equipo. Se deben incluir los costos de planta y equipos, ya sean arrendados o propios. La depreciación es un importante elemento de costo, e incluye a las máquinas

de soldadura, equipos de transporte como grúas y horquillas, etc. 2.9. FORMULAS PARA EL CÁLCULO DE COSTOS EN SOLDADURA. Consisten en:

Costos de materiales (Consumibles).

Costos de Mano de Obra.

Costos de Energía y Equipo.

Costos Generales.

El método de cálculo utiliza como base el costo por metro lineal de soldadura. Los costos totales se calculan como la suma de todos los costos involucrados.

2.9.1. Costo del Electrodo.

Dónde: CE = Costo Electrodo. PMD = Peso Metal Depositado. VE = Valor Electrodo. ED = Eficiencia de Depositación. 2.9.2. Costo del Gas.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Dónde: CG = Costo Gas. PMD = Peso Metal Depositado. VG = Valor Gas. VD = Velocidad de Depositación. FG = Flujo Gas. 2.9.3. Costo del Fundente.

Dónde: CF = Costo Fundente. PMD = Peso Metal Depositado. FUF = Factor de Uso de Fundente. VF = Valor Fundente. 2.9.4. Costo de Mano de Obra.

Dónde: CMO = Costo Mano de Obra. PMD = Peso Metal Depositado. VMO = Valor Mano de Obra. GG = Gastos Generales. FO =Factor de Operación. VD =Velocidad de Depositación. 2.9.5 Costo de Energía.

Dónde: CE = Costo Energía. PMD = Peso Metal Depositado. V = Voltaje. I = Corriente.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS TA =Tiempo de Arco. VkWh =Valor Kilowat-hora. EFE =Eficiencia de la Fuente de Energía. 2.9.6 Costo del Equipo.

Dónde: CEq = Costo Equipo TA = Tiempo de Arco VEq = Valor del Equipo. 2.10. REDUCCIÓN DE COSTOS EN SOLDADURA. El proceso de fabricación por soldadura es un proceso de alto costo. Se deben hacer esfuerzos para minimizar la cantidad de metal de soldadura en cada unión. Existen cuatro áreas de interés: 2.10.1. Diseño. 1. Elimine uniones cuando sea posible. 2. Reduzca el área de sección transversal de la soldadura. Utilice aberturas de

raíz pequeñas, ángulos de bisel pequeños, uniones dobles en vez de simples, etc.

3. Utilice filetes de soldadura con precaución. Si el tamaño se duplica la resistencia se duplica, pero el área de sección y el peso aumentan 4 veces.

4. Procure realizar soldaduras de filete continuas para ahorrar metal. 5. Procure buena accesibilidad para las soldaduras, de lo contrario se requerirá

especial atención y tiempo para ellas. 6. Seleccione materiales con buena soldabilidad, evite procedimientos complejos y

costosos. 7. Utilice símbolos con anotaciones para cada unión.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 2.10.2. Procedimiento de Soldadura.

1. Provea procedimientos de soldadura para todas las uniones. 2. Seleccione el procedimiento con la mayor velocidad de depositación posible. 3. Seleccione el método de aplicación que asegure el mayor factor de operación. 4. El metal de aporte debe estar relacionado con el proceso de soldadura. Cuando

utilice electrodos recubiertos, seleccione aquel con la máxima velocidad de depositación disponible.

2.10.3. Operaciones de Fabricación distintas de Soldadura.

1. La preparación de las piezas debe realizarse con precisión, particularmente las de conformado y doblado.

2. Para piezas preparadas por oxicorte, seleccione el gas optimo, utilice velocidades de corte altas y una llama oxidante.

3. Evite diseños que requieran maquinado para la preparación de soldadura. 4. Utilice equipo automático de corte (control numérico). Evite los procesos

manuales. 5. Provea todas las partes a soldar a la sección de soldadura al mismo tiempo,

para reducir el ciclo de trabajo. 2.10.4. Soldadura. 1. Provea un ajuste preciso de las uniones, inspeccione las uniones previo a la

soldadura. 2. Evite la excesiva sobre monta, observe y siga los tamaños mostrados en los

símbolos. 3. Elimine los refuerzos excesivos en todas las soldaduras. 4. Utilice sub-ensamblajes cuando sea posible para minimizar la distorsión y

reducir el ciclo de tiempo. 5. Mantenga una longitud de arco y una corriente de soldadura apropiadas. Un

arco muy largo aumenta las pérdidas por salpicaduras. Una baja corriente disminuye la velocidad de depositación.

6. Utilice completamente los metales de aporte, evite las perdidas en soldadura con alambre continuo.

7. Utilice las herramientas necesarias para remover escoria. 8. Provea al soldador con las herramientas necesarias para que realice un trabajo

eficiente y seguro. 9. Mantenga las eficiencias de la fuente de energía con una mantención periódica. 10. Chequee las conexiones de los cables en el circuito de soldadura, para no

desperdiciar energía.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 2.11. COSTO DE SOLDADURA. Es especialmente importante, cuando es alto o cuando representa una proporción significativa del total estimado para un proyecto o un contrato. Como la soldadura está relacionada directamente a otras operaciones, nunca debe ser considerada y costeada aisladamente. Cualquier operación de fabricación de productos incluye generalmente: 1. Abastecimiento y almacenamiento de materias primas. 2. Preparación de estos materiales para soldadura, corte, etc. 3. Armado de los componentes. 4. Soldadura. 5. Operaciones mecánicas subsecuentes. 6. Tratamientos Térmicos. 7. Inspección. Dado que cada una de estas operaciones representa un gasto, es posible representar la composición del costo total, como se indica en la figura. En este ejemplo, el costo de material, costo de soldadura y operaciones mecánicas representan 30%, 40% y 15% respectivamente del costo total; el costo de las tres últimas operaciones constituye sólo un 15% del total. Es por lo tanto evidente, que la operación de soldadura misma es importante y debe ser adecuadamente costeada y examinada en detalle, para determinar donde efectuar reducciones efectivas de costo.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 2.12. COSTO DE CONSUMIBLES. Al considerar que existen numerosos procesos de soldadura y que cada uno tiene rendimientos diferentes, la cantidad total de consumibles que deben ser adquiridos varía considerablemente entre uno y otro. El único consumible cuyo costo no ha sido considerado es la energía eléctrica. Para todos los procesos de soldadura por fusión, puede ser considerado aproximadamente como 4,0 KW hr/kg. de soldadura de acero depositado. Esto toma en cuenta la pérdida de energía La tabla siguiente indica los requerimientos de consumibles para varios procesos de soldadura:

3. CLASIFICACION DE LOS ACEROS. 3.1. SEGÚN NORMAS SAE. SAE clasifica los aceros en: al carbono, de media aleación, aleados, inoxidables, de alta resistencia, de herramientas, etc. 3.1.1. Aceros al carbono.

10XX donde XX es el contenido de C

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Ej.: SAE 1010 (0,08—0,13 %C) SAE 1040 (O,3~—0,43 %C) Los demás elementos presentes no están en porcentajes de aleación:

P máx. = 0,04% S máx. = 0,05% Mn = 0,30—0,60% para aceros de bajo carbono (<0.30%C)

0,60—0,90% para aceros de alto carbono (>0,60%C) y aceros al C para cementación.

3.1.1.1. Aceros de muy bajo % de carbono (desde SAE 1005 a 1015). Se seleccionan en piezas cuyo requisito primario es el conformado en frío. Los aceros no calmados se utilizan para embutidos profundos por sus buenas cualidades de deformación y terminación superficial. Los calmados son más utilizados cuando se necesita forjarlos o llevan tratamientos térmicos. Son adecuados para soldadura y para brazing. Su maquinabilidad se mejora mediante el estirado en frío. Son susceptibles al crecimiento del grano, y a fragilidad y rugosidad superficial si después del formado en frío se los calienta por encima de 600ºC. 3.1.1.2. Aceros de bajo % de carbono (desde SAE 1016 a 1030). Este grupo tiene mayor resistencia y dureza, disminuyendo su deformabilidad. Son los comúnmente llamados aceros de cementación. Los calmados se utilizan para forjas. Su respuesta al temple depende del % de C y Mn; los de mayor contenido tienen mayor respuesta de núcleo. Los de más alto % de Mn, se endurecen más convenientemente en el núcleo y en la capa. Son aptos para soldadura y brazing. La maquinabilidad de estos aceros mejora con el forjado o normalizado, y disminuye con el recocido. 3.1.1.3. Aceros de medio % de carbono (desde SAE 1035 a 1053). Estos aceros son seleccionados en usos donde se necesitan propiedades mecánicas más elevadas y frecuentemente llevan tratamiento térmico de endurecimiento.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Se utilizan en amplia variedad de piezas sometidas a cargas dinámicas. El contenido de C y Mn, depende de una serie de factores. Por ejemplo, cuando se desea incrementar las propiedades mecánicas, la sección o la templabilidad, normalmente se incrementa el % de C, de Mn o de ambos. Los de menor % de carbono se utilizan para piezas deformadas en frío, aunque los estampados se encuentran limitados a plaqueados o doblados suaves, y generalmente llevan un recocido o normalizado previo. Todos estos aceros se pueden aplicar para fabricar piezas forjadas y su selección depende del tamaño y propiedades mecánicas después del tratamiento térmico. Los de mayor % de C, deben ser normalizados después de forjados para mejorar su maquinabilidad. Son también ampliamente usados para piezas maquinadas, partiendo de barras laminadas. Dependiendo del nivel de propiedades necesarias, pueden ser o no tratadas térmicamente. Pueden soldarse pero deben tenerse precauciones especiales para evitar fisuras debido al rápido calentamiento y enfriamiento. 3.1.1.4. Aceros de alto % de carbono (desde SAE 1055 a 1095). Se usan en aplicaciones en las que es necesario incrementar la resistencia al desgaste y altas durezas que no pueden lograrse con aceros de menor contenido de C. En general no se utilizan trabajados en frío, salvo plaqueados o el enrollado de resortes. Prácticamente todas las piezas son tratadas térmicamente antes de usar, debiéndose tener especial cuidado en estos procesos para evitar distorsiones y fisuras.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3.1.2. Aceros de media aleación. 3.1.2.1. Aceros al Manganeso.

15XX El porcentaje de Mn varía entre 1,20 y 1,65, según él %C. Ej.: SAE 1524 1,20—1,50 %Mn para construcción de engranajes

SAE 1542 1,35—1,65 %Mn para temple

3.1.2.2. Aceros de fácil maquinabilidad o aceros resulfurados.

11XX 12XX

Son aceros de alta maquinabilidad; la presencia de gran cantidad de sulfuros genera viruta pequeña y, al poseer los sulfuros alta plasticidad, actúan como lubricantes internos. No son aptos para soldar, tratamientos térmicos, ni forja debido a su bajo punto de fusión. Ej.; SAE 11XX: 0,08—0,13 %S

SAE 12XX: 0,24—0,33 %S Para disminuir costos, facilitando el maquinado, se adicionan a los aceros al C de distintos % de C y Mn, elementos como el azufre (S), fósforo (P) y plomo (Pb). Esto significa un sacrificio en las propiedades de deformado en frío, soldabilidad y forjabilidad, aunque el plomo tiene poco efecto en estas características. Pueden dividirse en tres grupos: GRUPO I (SAE 1110, 1111, 1112, 1113, 12L13, 12L14, y 1215) Son aceros efervescentes de bajo % de carbono, con excelentes condiciones de maquinado. Tienen el mayor contenido de azufre; los 1200 incorporan el fósforo y los L contienen plomo.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Estos tres elementos influyen por diferentes razones, en promover la rotura de la viruta durante el corte con la consiguiente disminución en el desgaste de la herramienta. Cuando se los cementa, para lograr una mejor respuesta al tratamiento, deben estar calmados. GRUPO II (SAE 1108, 1109, 1116, 1117, 1118 y 1119). Son de bajo % de carbono y poseen una buena combinación de maquinabilidad y respuesta al tratamiento térmico. Por ello, tienen menor contenido de fósforo, y algunos de azufre, con un incremento del % de Mn, para aumentar la templabilidad permitiendo temples en aceite. GRUPO III (SAE 1132, 1137, 1139, 1140, 1141, 1144, 1145, 1146 y 1151). Estos aceros de medio % de carbono combinan su buena maquinabilidad con su respuesta al temple en aceite. 3.1.3. Aceros aleados para aplicaciones en construcciones comunes. Se considera que un acero es aleado cuando el contenido de un elemento excede uno o más de los siguientes límites: 1,65% de manganeso. 0,60% de silicio. 0,60% de cobre. Cuando hay un % especificado de cromo, níquel, molibdeno, aluminio, cobalto,

niobio, titanio, tungsteno, vanadio o zirconio. Se usan principalmente cuando se pretende: • Desarrollar el máximo de propiedades mecánicas con un mínimo de distorsión y

fisuración. • Promover en un grado especial: resistencia al revenido, incrementar la

tenacidad, disminuir la sensibilidad a la entalla. • Mejorar la maquinabilidad en condición de temple y revenido, comparándola

con un acero de igual % de carbono en la misma condición.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Generalmente se los usa tratados térmicamente; el criterio más importante para su selección es normalmente su templabilidad, pudiendo todos ser templados en aceite. 3.1.3.1. Al Ni 23XX 25XX

El Ni aumenta la tenacidad de la aleación; pero como no se puede mejorar la templabilidad, debe adicionarse otro elemento aleante (Cr, Mo). Por este motivo prácticamente no se utilizan. La temperatura de transición dúctil-frágil baja de -4ºC para aceros al C hasta -40ºC. 3.1.3.2. Al Cr-Ni 31XX 32XX 33XX 34XX El conocido en Argentina es el SAE 3115 (1,25 %Ni y 0,60 a 0,80 %Cr). Gran tenacidad y templabilidad; pero el excesivo Ni dificulta la maquinabilidad. 3.1.3.3. Al Mo 4OXX 44XX Aumenta levemente la templabilidad. 3.1.3.4. Al Cr-Mo 41XX Poseen 1,00 %Cr y 0,15 a 0,30 %Mo. Se utilizan para nitrurado, tornillos de alta resistencia, etc. 3.1.3.5. Al Cr-Ni-Mo 86XX Poseen 0,40 a 0,70 %Cr, 0,40 a 0,60 %Ni y 0,15 a 0,30 %Mo. Son las aleaciones más usadas por su buena templabilidad. Por ejemplo:

SAE 8620 para cementación SAE 8640 para temple y revenido.

3.1.3.6. Al silico—Mn 92XX Poseen aproximadamente 1,40 %Si y 1,00 %Mn. Son aceros para resortes; tienen excelente resistencia a la fatiga y templabilidad. (Para resortes menos exigidos se utiliza el SAE 1070).

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Según sus aplicaciones se los clasifica en dos grupos: a) De bajo % de carbono, para cementar: 1) De baja templabilidad (series SAE 4000, 5000, 5100, 6100 y 8100). 2) De templabilidad intermedia (series SAE 4300, 4400, 4500, 4600, 4700, 8600 y

8700). 3) De alta templabilidad (series SAE 4800 y 9300). Estos últimos se seleccionan para piezas de grandes espesores y que soportan cargas mayores. Los otros para piezas pequeñas, de modo que en todos los casos el temple se pueda efectuar en aceite. La dureza del núcleo depende del % de C básico y de los elementos aleantes. Esta debe ser mayor cuando se producen elevadas cargas de compresión, de modo de soportar las deformaciones de la capa. Cuando lo esencial es la tenacidad, lo más adecuado es mantener baja la dureza del núcleo.

b) De alto % de carbono, para temple directo. 1) Contenido de carbono nominal 0,30-0,37 %: pueden templarse en agua para

piezas de secciones moderadas o en aceite para las pequeñas. Ejemplos de aplicación: bielas, palancas, puntas de ejes, ejes de transmisión, tornillos, tuercas.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 2) Contenido de carbono nominal 0,40-0,42 %: se utilizan para piezas de medio y

gran tamaño que requieren alto grado de resistencia y tenacidad. Ejemplos de aplicación: ejes, palieres, etc., y piezas de camiones y aviones.

3) Contenido de carbono nominal 0,45-0,50 %: se utilizan en engranajes y otras

piezas que requieran alto dureza, resistencia y tenacidad.

4) Contenido de carbono nominal 0,50-0,60 %: se utilizan para resortes y

herramientas manuales.

5) Contenido de carbono nominal 1,02 %: se utilizan para pistas, bolillas y rodillos

de cojinetes y otras aplicaciones en las que se requieren alta dureza y resistencia al desgaste.

Comprende tres tipos de acero, cuya templabilidad varía según la cantidad de cromo que contienen.

3.1.4. Aceros inoxidables. 3.1.4.1. Austeníticos.

AISI 302XX 303XX donde XX no es el porcentaje de C 17-19 % Cr 8-13 % Cr 4-8 % Ni 8-14 % Ni 6-8 % Mn.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS No son duros ni templables, poseen una alta capacidad de deformarse plásticamente. El más ampliamente utilizado es el 304. A esta categoría pertenecen los aceros refractarios (elevada resistencia a altas tempera-turas). Ej.: 30330 (35% Ni, 15% Cr) 3.1.4.2. Martensíticos.

AISI 514XX

Contienen 11 a 18 % Cr; son templables; para durezas más elevadas se aumenta el % Cr (formación de carburos de Cr). Se usan para cuchillería; tienen excelente resistencia a la corrosión. 3.1.4.3. Ferríticos.

AISI 514XX 515XX Poseen bajo % de C y alto Cr (10-27 %) de manera de reducir el campo γ y mantener la estructura ferrítica aún a altas temperaturas. 3.1.5. Aceros de alta resistencia y baja aleación.

9XX donde XX .103 lb/pulg2, es el límite elástico del acero. Ej.; SAE 942

Son de bajo % de C; aleados con Va, Nb, N, Ti, en aproximadamente 0,03% c/u, de manera que precipitan carbonitruros de Va, Nb, Ti que elevan el límite elástico entre 30 y 50 %. Presentan garantía de las propiedades mecánicas y ángulo de plegado. Son de fácil soldabilidad y tenaces. No admiten tratamiento térmico.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3.1.6. Aceros para herramientas. W: Templables a! agua: no contienen elementos aleantes y son de alto % de carbono (0,75 a 1.00%). Son los más económicos y se utilizan Principalmente en mechas. En general tienen limitación en cuanto al diámetro, debido a su especificación de templabilidad. Para trabajo en frío: 0 Sólo son aptos para trabajo en frío pues al aumentar la temperatura disminuye la dureza. A templados al aire. No soportan temple en aceite pues se figurarían; se usan para formas intrincadas (matrices) pues el alto contenido de cromo otorga temple homogéneo. D alta aleación. Contienen alto % de carbono para formar carburos de Cr (1,10-1,80 %C). Gran resistencia al desgaste. Para trabajo en caliente: H Aceros rápidos: T en base a tungsteno

M en base a molibdeno

Los tres mantienen su dureza al rojo (importante en cuchillas); tienen carburos estables a alta temperatura; el Cr aumenta la templabilidad ya que se encuentra disuelto; el tungsteno y el molibdeno son los formadores de carburos. El más divulgado es el conocido como T18-4—1, que indica contenidos de W, Cr y Mo respectivamente. S: Aceros para herramientas que trabajan al choque. Fácilmente templables en aceite. No se pueden usar en grandes secciones o formas intrincadas.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3.2. PRINCIPALES PRODUCTOS DEL ACERO.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

3.3. EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION.

En resumen, los efectos de los elementos de aleación son: Mayor resistencia y dureza. Mayor resistencia a los impactos. Aumento de la resistencia al desgaste. Aumento de la resistencia a la corrosión. Mejoramiento de maquinabilidad. Dureza al rojo (altas temperaturas).

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Aumento de la profundidad a la cual el acero puede ser endurecido (penetración

de temple). 4. RECOMENDACIONES PARA SOLDAR ACEROS AL CARBONO. 4.1. SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS. En un sentido amplio y generalizado, la soldadura puede definirse como la realización de una unión entre dos piezas de metal haciendo uso de las fuerzas de Cohesión que derivan de un "enlace metálico". Todo proceso de soldadura debe esencialmente lograr el acercamiento de las superficies a unir a distancias del orden interatómico con el propósito de crear las condiciones propicias para que se desarrollen las fuerzas de cohesión inherentes a los enlaces metálicos. Para lo que normalmente se emplea alguna fuente de energía estas pueden ser de Corrientes alternas o continuas dependiendo de muchos factores para poder elegir la corriente a utilizar. Si esta energía es el calor, se pueden llegar a fundir los bordes de los metales, los cuales se mezclaran en estado líquido acercándose los átomos lo suficiente para que durante la solidificación se atraigan formando una nueva red cristalina. Si en vez de calor se aplica presión se produce, en primer término, la ruptura de la capa de óxido y luego se nivelan las crestas y valles por deformación plástica, permitiendo el contacto íntimo entre las dos superficies y, por lo tanto la unión metalúrgica. Nuestros análisis abarcaran la soldadura en fase líquida, esto es los materiales involucrados en la unión llegan a fundirse a través de una fuente de calor generada por un arco eléctrico. 4.2. DEFINICIÓN DE SOLDABILIDAD.

Es la mayor o menor facilidad con que un metal permite que se obtengan soldaduras sanas y homogéneas, que respondan a las necesidad para las que fueron concebidas incluyendo códigos de fabricación.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Desde el punto de vista metalúrgico durante la soldadura en estado líquido en una región muy pequeña el material a ser soldado alcanza el estado líquido y luego solidifica. El aporte térmico suministrado se utiliza para fundir el metal de aporte (si existe), fundir parcialmente el metal base y el resto se transfiere a través del metal de soldadura modificando la microestructura inicialmente presentes. 4.3. REGIONES PRESENTES EN LA SOLDADURA.

La figura representa las regiones que se generan en una soldadura.

Observadas en una macrografía, estas son: 4.3.1. Región Fundida.

Es aquella donde se produce la fusión y posterior solidificación del metal de aporte (si existe), el cual se “mezcla” con el metal base y genera el “metal de soldadura” Para la elección del metal de aporte se tiene en cuenta: 1. La composición química del electrodo. 2. Dilución con el metal base. 3. Sistemas de flux o gases de protección. 4. Solidificación de la pileta soldada, enfriamientos y transformaciones

posteriores.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 4.3.2. Línea de Fusión. Es la interfaz entre la región fundida y la región en estado sólido, normalmente es la zona más propicia a inicio de fisuras, ya que existe áreas con fusión parcial. 4.3.3. Zona Afectada por el Calor (ZAC/ZAT). Es la región del metal base que sufre ciclos de calentamiento y enfriamiento debido al aporte térmico de la soldadura. En términos de selección de materiales las características de servicio de la ZAC deberán ser enfatizadas mucho más que aquellas vinculadas con el metal de aporte. Esto es debido a que las propiedades metalúrgicas y mecánicas de la ZAC son directamente vinculadas con los parámetros de soldadura y los tratamientos térmicos post soldadura (PWHT). Es también cierto que cualquier problema de soldabilidad asociado con las características de la ZAC es más difícil de manejar que los asociados con el metal de aporte. Los problemas de soldabilidad asociados con el consumible pueden solucionarse cambiando el mismo o los otros consumibles de soldadura. Mientras que los problemas asociados con la ZAC algunas veces pueden ser resueltos modificando el metal base (lo cual suele resultar costoso) y / o el aporte térmico. La importancia de la zona afectada por calor la podemos apreciar cuando comparamos la temperatura máximas que se alcanzan en cada una de las regiones de la misma con el diagrama de equilibrio Fe-Fe3C (metaestable). Estas regiones son: 1. La zona de grano crecido. 2. La zona de grano refinado. 3. Las regiones inter-críticas y sub-críticas. 4. Las regiones parcialmente modificadas.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Sin embargo la ZAC sufre procesos metalúrgicos que involucran calentamientos y enfriamientos muy rápidos, es por ello que resulta más cómodo asociarla con diagramas de enfriamientos continuos. Por lo que las curvas CCT (Continuous Cooling Transformation) son más apropiados para predecir las microestructuras en la ZAC. 4.4. TENER EN CUENTA ANTES DURANTE Y DESPUÉS DE LA SOLDADURA. 4.4.1. Antes de la Soldadura. – Verificar los procedimientos de soldadura. – Verificar las calificaciones de cada soldador. – Establecer los puntos de espera. – Desarrollar el plan de inspección. – Desarrollar el plan para los registros de inspección y el mantenimiento. – Desarrollar el sistema de identificación de rechazos. – Verificar el estado del equipo de soldadura. – Verificar la calidad y el estado del metal base y los materiales de aporte. – Verificar los preparativos para la soldadura. – Verificar la presentación de la junta. – Verificar la limpieza de la junta. – Verificar precalentamiento si se requiere. 4.4.2. Durante la Soldadura.

– Verificar que las variables de soldadura estén de acuerdo con el procedimiento. – Verificar la calidad de cada pasada de soldadura. – Verificar la limpieza entre pasadas. – Verificar la temperatura entre pasadas. – Verificar la secuencia y ubicación de las pasadas de soldadura individuales. – Verificar las superficies repeladas. – Si se requiere, verificar los ensayos NDE durante el proceso. 4.4.3. Después de la Soldadura. – Verificar el aspecto final de la soldadura terminada. – Verificar el tamaño de la soldadura. – Verificar la longitud de la soldadura. – Verificar la precisión dimensional del componente soldado. – Si se requiere, verificar los ensayos NDE adicionales. – Si se requiere verificar el tratamiento térmico posterior a la soldadura. – Preparar los reportes de inspección.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

N° ORDEN DE EJECUCION HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS 01

Soldar Máquina de soldar, electrodos E6011 Escuadras Martillo Sierra circular

01 12 Peldaños Acero ST 37 Tee 1 ½” x

3/16”

PZA. CANT. DENOMINACION-NORMA/DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES

ESCALERA DE CARACOL HT. 01 SE. REF.

TIEMPO: 30 h. HOJA: 2 /4

SOLDADOR UNIVERSAL

ESCALA: S.E. AÑO: 2014

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS II. SOLDAR. Es una operación que consiste en preparar el equipo de soldadura eléctrica SMAW conectando a una toma eléctrica y dejándola operativa para realizar las operaciones de soldadura.

PROCESO DE EJECUCION: 1º Paso. Instale la fuente de poder a la red de energía eléctrica. a) Seleccione los cables de

alimentación y conecte la máquina. b) Conecte los cables en sus bornes

correspondientes. PRECAUCION. Corte la energía para realizar las conexiones.

2° Paso. Instale la masa a tierra. a) Fije la conexión sobre la mesa de

trabajo. 3° Paso. Ajuste el amperaje en la máquina de soldar eléctrica. a) Utilice el regulador de amperaje y

seleccione de acuerdo al diámetro del electrodo.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 4° Paso. Coloque los materiales sobre la mesa de trabajo.

5° Paso: Suelde.

1. ACEROS INOXIDABLES. CLASIFICACIÓN. CARACTERÍSTICAS. 1.1. ACEROS INOXIDABLES. La palabra ‘inoxidable’ es un poco incorrecta cuando se aplica a las clases de metales conocidos como aceros inoxidables, debido a que normalmente significa que resisten a la corrosión. Sin embargo, en ambientes severamente corrosivos, muchos aceros inoxidables se corroen a muy altas velocidades. Los aceros inoxidables se definen como los que contienen al menos un 12% de cromo. Hay muchos tipos de aceros inoxidables, y el inspector de soldadura debe reconocer cuando se habla de ellos y usar la denominación adecuada para cada tipo. Las cinco clases principales de aceros inoxidables son ferríticos, martensíticos, austeníticos, de endurecimiento por precipitación, y los duplex. Las primeras tres categorías se refieren a la fase estable que se encuentra a temperatura ambiente en cada clase. La cuarta, frecuentemente llamados aceros inoxidables ‘PH’, se refiere al método para endurecerlos por un tratamiento de ‘envejecimiento’, un mecanismo de

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS endurecimiento por precipitación como opuesto al temple y revenido conocido como endurecimiento por transformación. Por último, los grados duplex, son aproximadamente mitad ferrita y mitad austenita a temperatura ambiente con resistencia mejorada para fisuración por corrosión bajo tensiones con cloruro. La fase estable de los aceros inoxidables encontrada a temperatura ambiente, depende de la química del acero, y algunos aceros inoxidables pueden contener una combinación de diferentes fases. Los aceros inoxidables más comunes son los grados austeníticos, los que se identifican como grados de series ‘200’ y ‘300’; los aceros inoxidables 304 y 316 son grados austeníticos. El acero 416 es un grado martensítico, y el 430 es un grado ferrítico. Uno de los aceros inoxidables PH comunes es un grado 17-4 PH. Un grado dúplex popular es A1-6XN. Como es de esperase, la soldabilidad de dichos grados varía en forma significativa. Los grados austenítico son muy soldables con las composiciones de metal de aporte disponibles actualmente. Estos grados pueden estar sujetos a fisuración en caliente, que ocurren cuando el material está muy caliente. Este problema se soluciona controlando la composición de los metales base y de aporte para favorecer la formación de la fase ‘ferrita delta’, que ayuda a eliminar el problema de la fisuración en caliente. Normalmente las fisuras se evitarán seleccionando metales de aporte con ferrita delta en un porcentaje de 4-10%. Este porcentaje frecuentemente se conoce como ‘Número de Ferrita’ y puede medirse con un medidor de ferrita. La ferrita delta puede medirse mediante un medidor de ferrita debido a que la ferrita delta es BCC (cúbica de cuerpo centrado) y magnética, mientras que la fase principal, austenita, es FCC (cúbica de caras centrada) y no magnética. Los aceros ferríticos, también se consideran soldables con los metales de aporte adecuados.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Los grados martensíticos son inclusive más difíciles de soldar, y frecuentemente requieren tratamientos de precalentamiento y calentamiento posterior a la soldadura especiales. Se han desarrollado procedimientos para soldar dichos materiales, y deben seguirse cuidadosamente para evitar problemas de fisuración y mantener las propiedades mecánicas de los metales base. Los aceros inoxidables PH y duplex también son soldables, pero deben tenerse en cuenta los cambios en las propiedades mecánicas causadas por la soldadura. Uno de los problemas comunes encontrados cuando se sueldan grados austeníticos se conoce como ‘precipitación de carburos’, o ‘sensitización’. Cuando se calienta hasta temperaturas de soldadura, una parte del metal base alcanza el rango de temperaturas de 427° - 871°C (800°-1600°F), y dentro de este rango de temperaturas, el cromo y el carbono presentes en el metal se combinan para formar carburos de cromo. La temperatura más severa para esta transformación es alrededor de 677°C (1250°F), y en cada ciclo de operación de soldadura se pasa por esta temperatura dos veces; una en el calentamiento para soldar y nuevamente para enfriar hasta temperatura ambiente. Estos carburos de cromo se encuentran típicamente a lo largo de los bordes de grano de la estructura. El resultado de su formación es la reducción del contenido de cromo dentro del mismo grano adyacente al borde de grano, llamado ‘decromización’, dando una reducción del contenido de cromo debajo del deseado. El resultado final de la decromización del grano es una reducción de la resistencia a la corrosión del mismo grano debido al contenido reducido de cromo. En algunos ambientes corrosivos, los bordes granos se corroen a alta velocidad, y se lo llama ‘corrosión por ataque intergranular’, o IGA. Ver Figura 6.1.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

Figura 6.1. Corrosión por Ataque Intergranular en Aceros Inoxidables Austeníticos Causados por la Sensitización durante la Soldadura.

La sensitización de los aceros inoxidables austeníticos durante la soldadura puede evitarse por medio de distintos métodos. El primer método involucra el tratamiento de recalentamiento de la totalidad de la estructura calentándola a 1066°-1093°C (1950°-2000°F) y templando rápidamente en agua. Este recalentamiento rompe los carburos de cromo permitiendo que el carbono se disuelva dentro de la estructura. Sin embargo, este tratamiento puede causar serias distorsiones a las estructuras soldadas. Un segundo método es el agregado de estabilizadores al metal base y los metales de aporte. Los dos ejemplos más comunes de estabilización son el agregado de titanio y niobio (columbio) a las aleaciones de la serie 300 en cantidades iguales a 8 o 10 veces el contenido de carbono. Estos estabilizadores de aleación se combinan preferentemente con el carbono y reducen la cantidad de carbono disponible para la formación del carburo de cromo, manteniendo el contenido de cromo de la aleación y la resistencia a la corrosión. Cuando se agrega titanio, tenemos la aleación de inoxidable austenítico 321; cuando se agrega niobio, tenemos el grado 347. Un tercer método es la reducción del contenido de carbono del metal base y los metales de aporte. Inicialmente, estos aceros inoxidables austeníticos de bajo carbono eran conocidos como ‘Carbono extra Bajo’, o la abreviatura ELC.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Hoy en día, son conocidos por la letra “L” que significa que el contenido de carbono es menor que 0.03%. (Los grados estándar contienen hasta un 0.08% de carbono). Reduciendo el contenido de carbono en la aleación, hay menos carbono disponible para combinarse con el cromo, y se reduce la sensitización durante la soldadura. Estos grados de bajo carbono tienen las propiedades mecánicas ligeramente reducidas debido a su menor contenido de carbono, y esto se debe considerar cuando se seleccionan estas aleaciones, especialmente para el uso a altas temperaturas. 1.2. CLASIFICACION DE LOS ACEROS INOXIDABLES. 1.2.1. Aceros inoxidables martensíticos. En los aceros inoxidables martensíticos, el carbono está en una concentración tal, que permite la formación de austenita a altas temperaturas, que a su vez se transforma en martensita durante el enfriamiento. La martensita es una fase rica en carbono, frágil y extraordinariamente dura. Los aceros inoxidables martensíticos tienen la característica común de ser magnéticos y endurecibles por tratamiento térmico, presentando cuando templados una microestructura acicular (en forma de agujas). Es importante observar que estos aceros son normalmente producidos por la industria siderúrgica en estado recocido, con ductilidad razonablemente buena. Solamente después de templados serán muy duros y poco dúctiles. Pero es precisamente en esta condición (templados), que serán resistentes a la corrosión. El más utilizado de los aceros inoxidables martensíticos es el Tipo 420. En estado recocido (estructura ferrítica), no presenta buen comportamiento frente a la corrosión atmosférica. Esto porque durante la operación de recocido, a una temperatura aproximada de 760 ºC, el carbono y el cromo se combinan para formar carburos de cromo, Cr23C6. Cada molécula de carburo de cromo contiene, en peso, aproximadamente 95% de cromo. Considerando el alto tenor de carbono y el bajo tenor de cromo del acero inoxidable 420 (aproximadamente 0,35%C y 12,50% Cr), como todo el carbono

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS precipita como carburo de cromo durante el recocido, esta precipitación retirará de la solución sólida aproximadamente la mitad del cromo disponible. En esta condición el material no resiste a la corrosión y no puede ser considerado propiamente como un acero inoxidable (ya que no tiene un mínimo de 11% de cromo en solución sólida). Por eso, el acero inoxidable 420, es colocado en servicio por el usuario, solamente después de un tratamiento de temple. Cuando templado, el carbono forma parte de la fase martensítica, no siendo encontrado en la aleación precipitado como carburo de cromo. La alta dureza y la consecuente resistencia al desgaste, determinan las aplicaciones de este material, utilizado en cuchillería, discos de freno, equipos quirúrgicos, odontológicos y turbinas. Si la cantidad elevada de carbono es un inconveniente en el acero inoxidable 420 en estado recocido, una solución lógica es la de disminuir este tenor, lo que se hace en el inoxidable Tipo 410. Como este material tiene un máximo de 0,15% de carbono, esta cantidad no es suficiente para remover tanto cromo de la solución sólida y, consecuentemente, presenta una buena resistencia a la corrosión atmosférica, tanto en la condición de recocido como de templado. Después del tratamiento de temple, las durezas alcanzadas por este material no son tan altas como las presentadas por el inoxidable 420. Las principales aplicaciones del inoxidable 410 son en equipos para refinación de petróleo, válvulas, componentes de bombas y cuchillería. Aumentando la cantidad de azufre se obtiene el inoxidable 420 F, una variedad del 420, con buena maquinabilidad. Adiciones de carbono (para obtenerse durezas todavía mayores) y de cromo y molibdeno (mejorando también la resistencia a la corrosión) nos llevan a los aceros inoxidables martensíticos Tipo 440, utilizados en cuchillos de corte profesional.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 1.2.2. Aceros inoxidables ferríticos. Los aceros inoxidables ferríticos también son magnéticos. A pesar de tener una menor cantidad de carbono que los martensíticos, se tornan parcialmente austeníticos a altas temperaturas y consecuentemente precipitan martensita durante el enfriamiento. Puede decirse que son parcialmente endurecibles por tratamiento térmico. Los aceros inoxidables ferríticos contienen, de un modo general, un tenor de cromo superior al de los martensíticos. Este aumento en la cantidad de cromo mejora la resistencia a la corrosión en diversos medios, pero sacrifica en parte otras propiedades, como la resistencia al impacto. El más utilizado de los aceros inoxidables ferríticos es el Tipo 430, que contiene 16 a 18% de cromo y un máximo de 0,12% de carbono. Entre sus aplicaciones, se puede mencionar: cubiertos, vajillas, cocinas, piletas, monedas, revestimientos, mostradores frigoríficos. Uno de los mayores problemas del inoxidable 430 es la pérdida de ductilidad en las regiones soldadas, que normalmente son frágiles y de menor resistencia a la corrosión. El elevado crecimiento del tamaño de grano, la formación parcial de martensita y la precipitación de carbonitruros de cromo, son las principales causas generadoras de este problema. Para enfrentar este inconveniente, se adiciona titanio y/o niobio, como estabilizadores del carbono. Los Tipos 409, 430 Ti y 430 Nb son muy utilizados, principalmente en silenciadores y escapes de automóviles. El aluminio se utiliza también como un estabilizador de ferrita. El inoxidable 405, con aluminio entre 0,10 y 0,30% es muy utilizado en la fabricación de estructuras que no podrán ser recocidas después de la operación de soldado. El aumento en el tenor de azufre, permite mejorar la maquinabilidad, en el Tipo 430 F. Adiciones de molibdeno, en el inoxidable 434, o aumento en los tenores de cromo en el Tipo 446, permiten obtener inoxidables ferríticos con mejor resistencia a la corrosión.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Aunque los inoxidables ferríticos presentan una buena resistencia a la corrosión, algunas características limitan la utilización de los mismos en determinadas aplicaciones. La estampabilidad es buena, aunque insuficiente en aplicaciones que requieren estampado profundo. La soldabilidad es apenas discreta, por los problemas ya mencionados. Una gran mejoría en muchas propiedades es conseguida con la introducción de níquel como elemento de aleación. Con determinados tenores de níquel es posible conseguir un cambio de la estructura ferrítica hacia austenítica. 1.2.3. Aceros inoxidables austeníticos. Los aceros inoxidables austeníticos no son magnéticos y no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico. Son muy dúctiles y presentan excelente soldabilidad. El inoxidable austenítico más popular es el Tipo 304, que contiene básicamente 18% de cromo y 8% de níquel, con un tenor de carbono limitado a un máximo de 0,08%. Tiene gran aplicación en las industrias químicas, farmacéuticas, de alcohol, aeronáutica, naval, uso en arquitectura, alimenticia, y de transporte. Es también utilizado en cubiertos, vajillas, piletas, revestimientos de ascensores y en un sin número de aplicaciones. En determinados medios, especialmente en aquellos que contienen iones cloruro, el inoxidable 304 muestra propensión a una forma de corrosión llamada corrosión por picado. Es un tipo de corrosión extraordinariamente localizada, en la cual en determinados puntos de la superficie del material, el medio agresivo consigue quebrar la película pasiva para después progresar en profundidad. El crecimiento de los picados se da en un proceso auto catalítico y aunque la pérdida de masa pueda ser a veces insignificante, esta forma de corrosión es muy insidiosa, ya que muchas veces un picado es suficiente para dejar un equipo fuera de servicio. La corrosión por rendijas, puede ser considerada como una corrosión por picado artificial. El aspecto es frecuentemente semejante al de la corrosión por picado y el proceso de crecimiento es también auto catalítico. Pero, la existencia de una rendija es necesaria para la ocurrencia del fenómeno, lo que no sucede en la

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS corrosión por picado. Los mismos medios capaces de provocar la corrosión por picado, promueven la corrosión por rendijas en los aceros inoxidables. El molibdeno es introducido como elemento de aleación en los aceros inoxidables precisamente para disminuir la susceptibilidad a estas formas de corrosión. La presencia de molibdeno permite la formación de una capa pasiva más resistente y en casos en que el inoxidable 304 no resiste a la acción de determinados medios, corroyendo por picado o por rendijas, los inoxidables 316 y 317 constituyen una excelente solución. Son aceros con grandes utilizaciones en las industrias químicas, de alcohol, petroquímicas, de papel y celulosas, en la industria petrolífera, industrias textiles y farmacéutica. Cuando están sometidos por algún tiempo a las temperaturas entre 450 y 850 ºC, los aceros inoxidables austeníticos están sujetos a la precipitación de carburos de cromo en sus contornos de granos, lo que los torna sensibilizados. Esta precipitación abundante de carburos, la sensibilización, resulta en la disminución del tenor de cromo en las regiones vecinas a los bordes, regiones que tienen así su resistencia a la corrosión drásticamente comprometida, tornando el material susceptible a la corrosión intergranular en ciertos medios. Las zonas térmicamente afectadas por operaciones de soldado son particularmente sensibles a esta forma de corrosión, ya que durante el ciclo térmico de soldado parte del material es mantenido en la faja crítica de temperaturas. La consideración de este fenómeno llevó al desarrollo de los inoxidables austeníticos extra bajo carbono, 304L, 316L y 317L, en los cuales el tenor de carbono es controlado en un máximo de 0,03%, quedando así extremadamente reducida la posibilidad de sensibilización. La utilización de estabilizadores tiene también la finalidad de evitar el problema de la sensibilización. El titanio, adicionado como elemento de aleación, inhibe la formación de carburo de cromo debido al hecho de tener una afinidad mayor por el carbono que aquella que tiene el cromo. Así, se precipita carburo de titanio y el cromo permanece en solución sólida. Con la misma finalidad puede ser utilizado el niobio.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Tanto el titanio como el niobio son estabilizadores del carbono y los aceros inoxidables así obtenidos, el 321 y el 347 son conocidos como aceros inoxidables estabilizados. El inoxidable 316 Ti es la versión estabilizada del tipo 316. Para aplicaciones en equipos que operan entre 400 y 900 ºC, los aceros inoxidables estabilizados son los más recomendados, ya que conservan mejores propiedades mecánicas en esas temperaturas que los aceros de extra bajo carbono; notoriamente la resistencia al creep. En el inoxidable 904 L (20Cr-25Ni-4,5Mo-1,5Cu), la adición de elementos de aleación busca mejorar no sólo la resistencia al picado sino también la resistencia a la corrosión en medios ácidos reductores. El elevado tenor de níquel mejora también el comportamiento frente a la corrosión bajo tensión. En los casos en que se pretende una buena resistencia mecánica y no existe gran preocupación por la corrosión intergranular, los aceros inoxidables 304H y 316H, con tenores de carbono en el rango de 0,04/0,10%, son recomendados. La precipitación de una fina red de carburos de cromo, tan perjudicial bajo el punto de vista de la corrosión, se torna benéfica cuando lo que interesa son las propiedades mecánicas. Aumentos considerables en los tenores de cromo y níquel permiten elevar la temperatura de formación de cascarilla (escamado) de los aceros inoxidables austeníticos. El inoxidable 304 es recomendado para trabajo al aire libre, a temperaturas inferiores a 925 ºC en servicios continuos. En las mismas condiciones, el inoxidable 310, con cromo 24/26% y níquel 19/22%, resiste temperaturas de hasta 1150 ºC. Es un material clasificado como acero inoxidable refractario. Grandes aumentos de níquel, llevan a las aleaciones Ni-Cr-Fe, donde el elemento con mayor presencia en el material ya no es el hierro sino el níquel. Estos materiales no son conocidos como aceros inoxidables sino como aleaciones a base de níquel y presentan excelente resistencia a la corrosión en diversos medios a altas temperaturas. El elevado tenor de níquel da también garantía de una buena resistencia a la corrosión bajo tensión.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS El inoxidable 304 es un material con excelente ductilidad. Para casos de estampado extra profundo, un aumento en el tenor de níquel permite mejorar todavía más la ductilidad. Con esta finalidad fue desarrollado el Tipo 305. Ligeras reducciones en el tenor de níquel disminuyen la estabilidad de la austenita, permitiendo la aparición de martensita inducida por deformación en frío, consiguiéndose así excelentes propiedades para aplicaciones estructurales. Es el Tipo 301, disponible en las versiones 1/4, 1/2, 3/4 y totalmente duro y con gran utilización en las industrias ferroviarias, de trenes metropolitanos y de carrocerías de ómnibus. El Tipo 303 resulta del aumento del tenor de azufre en el 304 con la finalidad de mejorar la maquinabilidad. La ductilidad y la resistencia a la corrosión quedan comprometidas por este aumento en la cantidad de azufre. Los aceros de la serie 200, resultan de una substitución parcial de níquel por manganeso. Son utilizados en aplicaciones estructurales, presentando resistencia a la corrosión inferior al 301. Aplicaciones:

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 1.3. CARACTERISTICAS DE LOS ACEROS INOXIDABLES. 1.3.1. Resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. Todos los aceros inoxidables contienen el cromo suficiente para darles sus características de inoxidables. Muchas aleaciones inoxidables contienen además níquel para reforzar aún más su resistencia a la corrosión. Estas aleaciones son añadidas al acero en estado de fusión para hacerlo "inoxidable en toda su masa". Por este motivo, los aceros inoxidables no necesitan ser ni chapeados, ni pintados, ni de ningún otro tratamiento superficial para mejorar su resistencia a la corrosión. En el acero inoxidable no hay nada que se pueda pelar, ni desgastar, ni saltar y desprenderse. EI acero ordinario, cuando queda expuesto a los elementos, se oxida y se forma óxido de hierro pulverulento en su superficie. Si no se combate, la oxidación sigue adelante hasta que el acero esté completamente corroído. También los aceros inoxidables se oxidan, pero en vez de óxido común, lo que se forma en la superficie es una tenue película de óxido de cromo muy densa que constituye una coraza contra los ataques de la corrosión. Si se elimina esta película de óxido de cromo que recubre los aceros inoxidables, se vuelve a formar inmediatamente al combinarse el cromo con el oxígeno de la atmósfera ambiente. Corrosión: causas y remedios. Son cinco los riesgos que amenazan el éxito del uso de los aceros inoxidables. Estos son: la corrosión intergranular, la corrosión por efecto galvánico, la corrosión por contacto, la corrosión en forma de picado o de pinchazos de alfiler, y la corrosión por fatiga. Muchos fracasos pueden ser evitados dándose cuenta sencillamente de los riesgos involucrados y adoptando las medidas apropiadas para eliminarlos.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Corrosión intergranular. Un tratamiento térmico inadecuado del acero inoxidable puede producir una retícula de carburos en los aceros con más del 0,03 por ciento de carbono, o sin adición de titanio o de columbio. El metal que contenga tal retícula es susceptible de corrosión intergranular que podrá ser causa de fracaso en condiciones muy corrosivas y reducir la duración útil en muchos servicios relativamente ligeros. Los procedimientos normales de soldadura introducen en el metal la susceptibilidad a la precipitación de los carburos. Que el acero sea susceptible de corrosión intergranular no significa necesariamente que será atacado por ella. En servicio, el resultado puede ser satisfactorio. Pero la posibilidad de corrosión intergranular deberá ser tenida en cuenta siempre que no quede excluida según la experiencia previa. La precipitación de carburos puede ser eliminada por uno de los tres procedimientos indicados a continuación: a) Por recocido: una vez terminadas las operaciones de elaboración y de soldadura, el acero deberá ser calentado hasta una temperatura lo suficientemente alta para disolver los carburos, lo que es generalmente entre 1036 ºC y 1150 ºC, para enfriarlo luego con la rapidez suficiente para evitar que se vuelva a precipitar el carburo y utilizando para ello un chorro de aire o agua. Un tratamiento térmico localizado en la zona inmediatamente adyacente a la soldadura no da resultados satisfactorios. Para un recocido efectivo, toda la pieza deberá ser calentada y apropiadamente enfriada con rapidez. b) Utilizando acero que contenga menos de 0,03 % de carbono. c) Utilizando un acero estabilizado: el titanio o el columbio se combinan con el carbono y evitan las precipitaciones perjudiciales. Los aceros estabilizados son necesarios para todo servicio que implique prolongadas exposiciones a las temperaturas entre 426º C y 871 ºC.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS El peligro inherente a la precipitación de carburo de cromo ha llegado a ser tan bien conocido y tan fácilmente evitado que ocurran pocos fracasos debidos a esta causa. Corrosión galvánica. La corrosión galvánica ejerce una acción localizada que puede sobrevenir cuando una junta de unión entre dos metales disimilares está sumergida en una solución que puede obrar como electrolito. En un medio corrosivo, los dos metales diferentes forman unos electrodos cortocircuitados y constituyen una celda electroquímica. De ello resulta la disolución del electrodo anódico, mientras que el cátodo permanece inalterable. El potencial variará según la posición ocupada por los metales y aleaciones en el cuadro de las series galvánicas que se acompaña. Aquí se muestra una tabla de la serie galvánica.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 1.3.2. Corrosión por contacto. El tercer riesgo es la corrosión por contacto. Una diminuta partícula de acero al carbono, una escama de óxido, cobre u otra substancia extraña cualquiera incrustada en el acero inoxidable pueden ser suficiente para destruir la pasividad en el punto de contacto. El ataque empieza al formarse una celda galvánica con la partícula de material extraño como ánodo. Mientras dura la acción electroquímica que disuelve lo contaminado, iones de hidrógeno se liberan haciendo que el acero inoxidable se vuelva activo en el punto de contacto. La acción de picado puede proseguir después de haber sido eliminada la partícula extraña por haberse constituido una celda activa-pasiva entre la diminuta superficie anódica atacada y la extensa área catódica circunvecina. Cuando las secciones inoxidables entran en servicio deberán estar limpias de escamas de óxido, de aceite, de pequeñas partículas metálicas procedentes de las herramientas, troqueles e hileras, así como de todo material extraño. La corrosión por contacto puede iniciarse al cabo de mucho tiempo de estar la pieza en servicio si los métodos de limpieza empleados no son meticulosos. Oxido y suciedad en los conductos de vapor, herramientas impregnadas con acero al carbono, e inclusive aparatos de transporte sucios, pueden acarrear substancias creadoras de corrosión por contacto hasta los recipientes de acero inoxidable durante un período de limpieza. Unas superficies limpias y lisas, así como la ausencia de arañazos y grietas reduce el riesgo de que se produzca corrosión por contacto. El ingeniero proyectista puede precaverse de todo ataque galvánico, pero, a su vez, el personal encargado de la fabricación, la operación y la conservación de los equipos de acero inoxidable, ha de prevenir la corrosión por contacto. 1.3.3. Corrosión por fatiga. La corrosión por fatiga es otro de los riesgos que han de ser eliminados. Casi todos los metales y aleaciones, incluso el acero austenítico inoxidable, pueden fallar al agrietarse o quebrarse debido a la corrosión por fatiga en condiciones que impliquen esfuerzos aplicados o tensiones residuales combinadas con agentes ligeramente corrosivos.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Las soluciones de cloruro son de lo más perjudicial al provocar el agrietamiento de los aceros inoxidables austeníticos. El mecanismo causante de la corrosión por fatiga todavía no ha sido determinado. Es principalmente transgranular y puede ir acompañado de ataques de picado. Son muy susceptibles las piezas que han estado sometidas a un fuerte trabajo en frío, pero el acero recocido puede también agrietarse cuando se le somete a condiciones difíciles. Es más fácil que el agrietamiento se produzca en soluciones calientes que en las frías. El tipo 315 y el tipo 317, en la condición de recocido, ofrecen mayor resistencia al ion cloruro que el tipo 302 y el tipo 304. Pero si están bajo tensiones fuertes, pueden fallar lo mismo en un ambiente conducente a la corrosión por fatiga. Tensiones fuertes y débiles en el mismo elemento producen una condición que fácilmente puede conducir a la corrosión por fatiga en presencia de cloruros. Ha sido investigado cierto número de fracasos debidos a planchas perforadas. Las grietas en forma de rayos que parten de los taladros son típicas del agrietamiento debido a la corrosión por fatiga. Los productores canadienses han resuelto este problema completamente recociendo a fondo las planchas después de taladradas. Los aceros inoxidables, estirados, embutidos o trabajados en frío se agrietan fácilmente en sistemas que contengan sulfuro de hidrógeno acuoso. Distintos medios, incluso las soluciones cáusticas calientes bajo presión, han causado el agrietamiento según ha sido informado, aunque en la mayoría de estos casos pueden haber sido causadas por impurezas no observadas contenidas en el cloruro. Para eliminar completamente las tensiones internas, sin perjuicio para la resistencia a la corrosión, se deberá recocer por encima de 926 ºC, con enfriamiento rápido para que los carburos permanezcan en solución. Como no es posible hacer esto con los recipientes grandes, un tratamiento de revenido a 648 º C puede ser suficiente para reducir las tensiones residuales. Este tratamiento a 648 ºC podrá ser aplicado únicamente para los tipos 304 L, 316 L, 317 L, 321 y 347, y para estos metales tan sólo cuando se sepa que el

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS nivel de la tensión en el cual puede ocurrir la corrosión sea más bajo que lo que se espera después de semejante tratamiento térmico a baja temperatura. Cuando se utiliza acero inoxidable como forro para un recipiente de acero al carbono no será posible aligerar las tensiones debido a que los coeficientes de expansión son muy diferentes. Lo mismo ocurre cuando se trata de recipientes de acero inoxidable que lleven soldados refuerzos, soportes o sujeciones de acero al carbono. Las precauciones generales que indicamos a continuación deberán ser adoptadas para prevenir la corrosión por fatiga: a) Asegurarse de que no se acumulen sales corrosivas procedentes del material

aislante, del goteo o de pulverizaciones o salpicaduras corrosivas en el área del recipiente.

b) Evitar toda cavidad donde se recoja agua durante el ciclo de operaciones, acumulándose una concentración de sales en la cavidad.

c) Especificar que las planchas perforadas deberán ser tratadas para eliminar completamente las tensiones interiores después de haber sido taladradas, si han de ser utilizadas como pantalla para operaciones de las que se sabe corren el riesgo de que se produzca corrosión.

d) Elíjanse tubos con buena concentricidad y con unos límites de tolerancia muy estrechos en el grueso de las paredes, para los haces de tubos destinados a los intercambiadores de calor, con el fin de evitar tensiones elevadas y desiguales cuando se los curva para los distribuidores.

e) Evitar el unir por soldadura metales con coeficientes de dilatación diferentes cuando el recipiente deba ser calentado durante las operaciones.

Los tipos de la serie 300 se dilatan aproximadamente de 1 a 1 1/2 veces más que los tipos de la serie 400. f) Utilizar los tipos con el 0,03% como máximo de carbono, 304 L, 316 L, y 317 L,

para reparar recipientes respectivamente de los tipos 304, 316 y 317 siempre que se desee reducir localmente las tensiones después de hecha la reparación.

METALMECÁNICA 63

SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Únicamente el acero con el 0,03 % de carbono como máximo deberá ser calentado a más de 426º C siempre que exista el riesgo de que se produzca corrosión intergranular. g) Evítese el curvado cíclico que repetidamente tensa el acero inoxidable por

encima de su resistencia a la deformación o límite de elasticidad. Esto puede formar tensiones interiores que favorezcan la corrosión por fatiga inclusive en un medio de efecto moderado.

2. ELECTRODOS DE ACERO INOXIDABLE. 2.1. VARILLAS DE APORTACION.

En la Tabla siguiente se indican los metales de aportación recomendados para cada tipo de acero inoxidable. Se ha utilizado la designación AWS por ser la más utilizada. Consiste en los mismos números de designación del material base (según AISI), la letra E indica electrodo, R varilla y T electrodo tubular.

Metal base

Metales de aportación

SMAW

TIG MIG/MAG

SAW PAW

FCAW

Austenítico

302 304 E308-XX ER 308 E 308T-X

304 L 304 H

E308-XX E347-X

ER 308L ER 347

E308T-X E347T-X

309 E309-XX ER 309 E309T-X

309 S E309L-XX E309Nb-XX

ER 309L ER 309Nb

E309LT-X E309NbLT-

X 310 314 E310-XX ER 310 E310T-X

316 E316-XX ER 316 E316T-X 316 L E316L-XX ER 316 L E316LT-X

316 LN E316L-XX E308LMo-XX

ER 316 L ER 308

LMo ER 316 LSi (MIG/MAG)

E316LT-X E308LMo-X

317 E317-XX ER 317 E317T-X 317 L E317L-XX ER317L E317LT-X

321 E308L-XX E347-XX

ER321 ER347

E308LT-X E347T-X

347 E308L E347 ER347 E308LT-X

E347T-X 348 E347 ER347 E347T-X

Ferrítico 430, 446 ó similar

E430-XX E318-XX E310-XX E309-XX

ER 430 ER 218 ER 310 ER 309

E430T-X E318T-X E310T-X E309T-X

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

Martensítico 410, 420 ó similar

E410-XX E410NiMo-

XX E310-XX E308-XX E309-XX

ER 410 ER 420 ER 310 ER 308 ER 309

E40T-X E410NiMoT-

X E410NiTiT-

X E310T-X E308T-X E309T-X

Austeno-ferrítico

UNS S31803

(acero 22% cromo) E2209-XX ER 2209 2205(1)

Otros aceros 25% cromo E2553-XX ER 2553

3. PRECIPITACIÓN DE CARBUROS.

3.1. MICROESTRUCTURA DE LOS ACEROS AL CARBONO. El arreglo general de los granos, bordes de grano, y fases en una aleación metálica, se llama microestructura. La microestructura es la principal responsable de las propiedades de la aleación. La microestructura es afectada por la composición o el contenido de aleantes, y por otros factores tales como: • La conformación y operaciones de tratamiento térmicos. La microestructura se ve muy afectada por la operación de soldadura, que en cambio, tiene influencia sobre las propiedades de la aleación. Mientras que todos los metales exhiben distintas microestructuras, trataremos exclusivamente con los cambios micro estructurales que ocurren simplemente con el acero al carbono, que es una aleación que consiste en combinación de hierro y carbono. También se pueden agregar otros elementos aleantes, pero sus efectos en la microestructura no serán tan significativos como los del carbono. Para introducir dicho tema, es importante darse cuenta que el hierro y los aceros sufren cambios en su arreglo cristalográfico como resultado de los cambios en la temperatura. Esto es, según se calientan o enfrían las aleaciones hierro-carbono, ocurren cambios alotrópicos. El hecho que ocurran estos cambios permite el cambio de propiedades mecánicas para una aleación específica a través de la aplicación de distintos tratamientos térmicos.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Para entender los cambios que ocurren, los metalurgistas usan un diagrama, que muestra los rangos de distintos componentes micro estructurales del sistema hierro - carbono. Se conoce como “Diagrama de Fase Hierro - Carbono”, y se muestra en la Figura 8.1.1. Este diagrama describe la naturaleza de las fases presentes en las aleaciones hierro - carbono bajo condiciones cercanas al equilibrio, esto es calentamiento y enfriamiento muy lentas. Debe notarse que muchos de estos constituyentes micros estructurales tienen nombres múltiples y se pueden intercambiar. Por ejemplo, el hierro puro a temperatura ambiente se conoce como hierro alfa o ferrita. El carburo de hierro que está presente a temperatura ambiente se llama cementita o CFe3. La estructura cúbica de caras centradas que aparece a temperaturas intermedias se conoce como hierro gama o austenita.

DIAGRAMA HIERRO - CARBONO

Figura 8.1.1. - Diagramas de Fase Hierro - Carbono

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Mirando el diagrama, se nota que el eje vertical describe los cambios de temperatura, mientras que el eje horizontal indica la cantidad de carbono presente. En consecuencia, para un contenido de carbono dado, se puede trazar una línea vertical que atraviesa el eje horizontal. Moviéndose verticalmente hacia arriba, puede determinarse que microestructuras existirán a distintas temperaturas. Como se muestra en la notación debajo del eje horizontal, se considera que los aceros incluyen dichas aleaciones que tienen desde 0.008% hasta 2% de Carbono. Dentro de este rango, los aceros se dividen en tipo hipoeutectoide, eutectoide e hipereutectoide, con el punto eutectoide (0.8% carbono) siendo la línea divisoria. Los aceros hipoeutectoides son simplemente dichas aleaciones con menos de 0.8% C que existen a temperatura ambiente como combinaciones de perlita y ferrita como opuestos a los hipereutectoides que contienen más de 0.8% C y existen como combinaciones de perlita y cementita. El equilibrio de la microestructura a temperatura ambiente para un acero eutectoide (exactamente 0,8% carbono) es perlita pura. La perlita es simplemente una mezcla en capas de cementita y ferrita. La técnica de usar ataque con ácido revela las microestructuras que se muestran en las Figuras 8.1.2 -8.1.4.

Figura 8.1.2. - Microestructura de Hierro Comercialmente Puro, Los Granos Blancos son Ferrita. Se Observan los bordes de grano, y los glóbulos más oscuros son inclusiones no

metálicas.

METALMECÁNICA 67

SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS La Figura 8.1.3. muestra una microestructura típica comercial de hierro puro con casi nada de contenido de carbón.

Figura 8.1.3. - Aspecto Laminar de la Perlita (Aumento 1500X).

La Figura 8.1.3. muestra el aspecto típico de la perlita cuando está pulida, atacada con ácido y observada mediante un microscopio de alta potencia (1500X). Las áreas claras son ferrita y las áreas oscuras son cementita. Una de las transformaciones importantes que ocurren en el acero es la transformación de los distintos constituyentes a temperatura ambiente (ferrita, perlita, cementita, y combinaciones de estos) a austenita, que es una estructura cúbica de caras centradas de hierro y carbono. Con calentamiento, esta transformación comenzará a ocurrir a 722°C (1333°F); la línea horizontal que representa esta transformación se conoce como AC1. Excepto para un contenido de Carbono de 0.8%, el porcentaje del eutectoide, esta transformación ocurrirá en un rango de temperaturas, y la transformación completa sólo tiene lugar cuando la temperatura se eleva sobre la curva llamada A3. En el hierro puro, la transformación se completa a 910°C (1670°F), mientras que un acero eutectoide sufrirá una transformación completa a 722°C (1333°F).

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Con un enfriamiento muy lento, ocurrirá el mismo cambio en sentido reverso. La existencia de esta transformación permite endurecer o ablandar los aceros mediante el uso de distintos tratamientos térmicos. Cuando se calentó un acero hasta el rango austenítico y se permitió un enfriamiento lento en su rango de transformación, la estructura resultante contendrá perlita. Esta estructura puede aparecer sólo cuando se permite un tiempo suficiente para permitir la difusión de los átomos hasta llegar a esa forma. La difusión no es otra cosa que la migración de los átomos dentro de la estructura de metal sólido. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la movilidad de los átomos en la estructura cristalina. Cuando el enfriamiento desde la austenita ocurre en forma suficientemente lenta, se formará perlita. Los aceros que son tratados térmicamente para producir perlita generalmente son muy blandos y dúctiles. Cuando el enfriamiento desde el rango austenítico ocurre más rápidamente, en esta transformación hay cambios significativos para una aleación de un acero dado. Primero, la transformación ocurrirá a una temperatura menor. En segundo lugar, la microestructura resultante cambia drásticamente y se incrementan la dureza y la resistencia a la tracción, con la correspondiente caída en la ductilidad. A velocidades de enfriamiento más grandes, la principal microestructura incluye perlita, bainita y martensita. Con un ligero aumento en la velocidad de enfriamiento, la temperatura de transformación desciende, produciendo una estructura perlítica más fina, con un espacio menor entre las láminas. Esta estructura es ligeramente más dura que la perlita gruesa y tiene algo menos de ductilidad. A velocidades de enfriamiento aún más rápidas, y temperaturas de transformación menores, ya no se forma perlita. En cambio, se forma bainita y su estructura tiene una forma de pluma de finas agujas de carburo en una matriz ferrítica. .

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS La bainita tiene una resistencia y dureza significativamente superior y menor ductilidad, siendo muy difícil de ver bajo el microscopio. Con un enfriamiento muy rápido, o temple, no hay tiempo suficiente para que ocurra la difusión. En consecuencia, algo de carbón queda atrapado en la red. Si la velocidad de enfriamiento es suficientemente rápida y la cantidad de carbono presente es suficientemente alta, se formará la martensita. La formación de martensita es un proceso de falta de difusión (la velocidad de enfriamiento es tan rápida que los átomos no tienen tiempo de desplazarse). La transformación de austenita a martensita se da a causa de una acción tipo corte (shear type) o mecánica. La estructura cristalina resultante se conoce como una estructura tetragonal de cuerpo centrado, que simplemente es una distorsión de la estructura cúbica de cuerpo centrado en una rectangular. Debido a la presencia de esta forma de red distorsionada, la estructura martensítica exhibe una energía interna más elevada o deformación que da como resultado una resistencia a la tracción y dureza extremadamente altas. Sin embargo, la martensita tiene como características baja ductilidad y tenacidad.

Figura 8.1.4. – Martensita por temple – Mostrando Estructura Acicular (500X). La Figura 8.1.4. muestra la aparición de martensita con gran ampliación (500X).

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Para mejorar la ductilidad y la tenacidad sin una disminución significativa de la dureza y la resistencia a la tracción de la martensita, se emplea el proceso conocido como ‘revenido’. Este tratamiento térmico consiste en recalentar la estructura martensítica del temple a alguna temperatura por debajo de la temperatura más baja de transformación (722 °C [1333 °F]). Esto permite al material templado solamente, de estructura martensítica inestable pasar a ser martensita revenida permitiendo al carbono precipitar en forma de partículas reducidas de carburo. Mediante la elección del tiempo de revenido y temperaturas adecuadas, se pueden controlar la resistencia y ductilidad deseada. Mayores temperaturas de revenido logran propiedades más blandas y dúctiles. El tratamiento térmico de temple y revenido se usa frecuentemente para mejorar las propiedades de los aceros con requerimientos mecánicos, debido que desarrollan altas fluencia y a resistencia la tracción, altas relaciones resistencia de fluencia/tracción y tenacidad a la entalla mejorada comparando con las propiedades del laminado, recocido o normalizados. En la Figura 8.1.5. se puede observar un ejemplo de los efectos de distintas temperaturas de revenido para una aleación de acero particular.

Figura 8.1.5. - Efecto de la Temperatura de Revenido en las Propiedades Mecánicas de una

Aleación 12,2% Cr.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Para ayudar en la determinación de que constituyentes microestructurales darán como resultado velocidades de enfriamiento más rápidas. El metalurgista usa otro diagrama que se conoce como diagrama TTT, o Tiempo Temperatura - Transformación. También son llamados diagramas de transformación isotérmica (ITT). Como lo implica el nombre, describe los productos microestructurales que ocurren luego de tiempos específicos a una temperatura particular para una composición particular del acero. Un diagrama similar, el CCT, o diagrama de Transformación a Enfriamiento Constante, muestra los cambios que ocurren durante un enfriamiento continuo desde el rango austenítico. Estos dos tipos de diagramas se superponen como se muestra en la Figura 8.1.6, que grafica las características del enfriamiento continuo y la transformación isotérmica de un acero tipo 8630.

Figura 8.1.6 - Diagrama de Enfriamiento Continuó y Transformación Isotérmica para Acero

tipo 8630

Este diagrama muestra a los productos microestructurales como una función tanto de la temperatura como el tiempo.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Se muestran distintas velocidades de enfriamiento para ilustrar el uso del diagrama. Los productos de la transformación resultante dependen de las regiones a través de las cuales pasan las curvas de enfriamiento y la cantidad de tiempo que les toma a dichas curvas pasar a través de dichas regiones. Como ejemplo, la curva “A” sólo pasa por la región austenita a martensita, entonces la estructura resultante es 100% martensita. Una velocidad de enfriamiento menor caracterizada por la curva “D” muestra que los componentes microestructurales serán principalmente ferrita con sólo cantidades menores de bainita y martensita. Debido a que la martensita sólo puede transformarse desde la austenita, cualquier austenita que se transforma en ferrita o bainita no puede transformarse en martensita. 4. DIAGRAMA DE SCHAEFFLER. El Diagrama Schaeffle se usa principalmente para predecir la estructura del metal de soldadura obtenido en la unión de aceros inoxidables disímiles, o de aceros inoxidables con aceros al carbono, con o sin aleación. Para su empleo se parte del cromo y el níquel equivalente del material base y electrodos. Estos se calculan a partir de las fórmulas dadas a continuación, para luego graficarlas en el diagrama I. Cromo equivalente: % Cr + Mo + 1.5 x % Si + 0.5 x % Nb Níquel equivalente: % Ni + 30 x %C + 0.5 x % Mn.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

Cuando se trata de unir materiales de la misma composición química, el punto correspondiente al metal depositado se encontrará entre la recta trazada por los puntos correspondiente al metal base y al electrodo. Su ubicación específica dependerá del grado de dilución con que se trabaje. En el proceso arco manual el valor típico es de 30%. En el caso de materiales disímiles se grafican los puntos correspondientes al cromo y níquel equivalente de ambos materiales base. Se obtiene el punto medio de la recta trazado entre ambos puntos (siempre y cuando los materiales participen en la misma proporción). Después se une este punto con el punto correspondiente al electrodo. La composición del material depositado se encontrará dentro de esta recta y dependerá del porcentaje de dilución (30% para arco manual). Ejemplo de un acero AISI 410 con electrodo austenitico. (Diagrama II).

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

Queremos soldar un acero AISI 410 (13% Cr, 8.0% Mn, 0.5% Si y 0.08% C) con un electrodo 309L (24% Cr, 12,5% Ni, 1,8% Mn, 0.5% Si y 0.03% C) y suponemos una dilución del 30% (el metal base colabora con el 30% de la unión y el electrodo con el 70%). ¿Cuál es la composición del cordón resultante? Representamos la chapa 410 por el punto B (cromo equivalente 13,75%, Ni equivalente 2.8%) y el electrodo 309L por el punto A (cromo equivalente 24.75%, Ni equivalente 14.3%). Cualquier metal que resulte de la mezcla A y B estará en la recta que los une. Dado que hemos supuesto que la dilución es del 30%, el punto C será el resultante del cordón depositado y tendrá un 13% de ferrita. Por tanto es posible esta soldadura sin peligro de fisuración en caliente. Ejemplo de soldadura disímil (Diagrama III).

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Supongamos que debemos soldar un acero SAE 1045 (0.45% C, 0.8% Mn) con un acero AISI 316 (18.7% Cr, 12% Ni, 2.0% Mn, 0.5% Si, 0.07% C) empleando un electrodo Indura 29-9 (28% Cr, 9.2% Ni, 2% Mn, 0.7% Si, 0.12% C). ¿Cuál es la composición del cordón resultante? En el caso de los aceros al carbono debe considerarse un 50% de descarburación al soldar, por lo que en la fórmula del níquel equivalente debe reemplazarse el coeficiente correspondiente al carbono por el valor 15 x % C. De esta forma tenemos que para el acero SAE 1045 el cromo equivalente es igual a cero y el níquel equivalente igual a 7,15%, punto D. En el caso de la chapa AISI 316 tenemos cromo equivalente 21,8% y níquel equivalente 13,9%, punto B. Para el electrodo Indura 29-9 el cromo equivalente es 28% y el níquel equivalente de 13,8%, punto A. Suponemos que ambas chapas (SAE 1045 y 316) participan por igual en la soldadura y que la dilución es del 30%. EL punto E es el resultante de ambas chapas y el punto F el resultante de aplicar el 30% de dilución al segmento AE. Por lo tanto, el cordón resultante tendrá un 10% de ferrita y también es posible esta soldadura sin peligro de fisuración en caliente.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

N° ORDEN DE EJECUCION HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS 01

Ensamblar pasamano Máquina de soldar, electrodos E6011 Escuadras Martillo Sierra circular

01 01 Pasamano Acero ST 37 Tubo de 1 1/2” PZA. CANT. DENOMINACION-NORMA/DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES

ESCALERA DE CARACOL HT. 01 SE. REF.

TIEMPO: 6 h. HOJA: 3/4

SOLDADOR UNIVERSAL

ESCALA: S.E. AÑO: 2014

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3.1. ENSAMBLAR PASAMANOS. Es una operación que consiste en completar el armado de la escalera circular montando en ella el pasamano. PROCESO DE EJECUCION. 1° Paso. Suelde pasamano. a) Ubique el tubo de los pasamanos

alrededor de la hélice y que tome contacto con los postes.

b) Apuntale de tal forma que vaya tomando forma.

c) Refuerce la soldadura, verificando en cada avance de las escuadras de los postes.

OBSERVACION. Verifique a cada momento las escuadras y que el diámetro desarrollado de la hélice concuerde con la hélice desarrollada por los peldaños.

FUNDAMENTO TECNOLÓGICO. 1. PLANCHAS LAC Y LAF. 1.1. FUNDAMENTO DE LA LAMINACIÓN. En su forma más elemental, un laminador está constituido por dos o más cilindros que giran en sentidos contrarios entre sí. La distancia entre las superficies cilíndricas enfrentadas es siempre menor que el espesor inicial del lingote, por lo que éste, al pasar entre los dos cilindros se aplasta y se alarga proporcionalmente a la reducción de sección.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Durante el trabajo, el lingote queda sometido a la acción de una fuerza R, normal a la superficie de contacto, es decir, según un radio del cilindro (Figura 1).

Esta fuerza, que es la resultante de todas las fuerzas elementales que actúan sobre la superficie de contacto, puede descomponerse en dos. Una es la componente horizontal o de estiramiento S = R sen α, y la otra es la componente normal o de aplastamiento N = R cos α. El avance del lingote es debido al rozamiento en la superficie de contacto, por lo que es necesario, para que este avance se produzca, cumplir la desigualdad:

f N > S Siendo f el coeficiente de rozamiento entre cilindro y lingote. Si se cumple esta condición, se tiene una fuerza horizontal T = f N - S que hace avanzar el lingote, mientras la componente N lo aplasta. Por efecto del aplastamiento y estirado, el metal adquiere una estructura estratificada en el sentido de la laminación (“fibra”). Si se disminuye el diámetro de los cilindros, la componente S crece. Por consiguiente, para satisfacer la desigualdad enunciada anteriormente, convienen cilindros pequeños que dan estiramientos más enérgicos y absorben menos potencia; en general, el diámetro de los cilindros varía entre 40 y 60 cm. La experiencia ha demostrado que los mejores resultados se obtienen con ángulo α =24 º.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS En la Figura 2 se muestran en una vista espacial las fuerzas que actúan.

El lingote, bajo la acción del laminado, además de aplastarse y alargarse, se ensancha, pasando de las dimensiones primitivas (a1, h1) a las nuevas (a2, h2). Figura 3. La experiencia enseña que el efecto de ensanchamiento es notablemente menor que el de aplastamiento. Parece que el ensanchamiento no es mayor que un 0,3 o 0,4 % del aplastamiento. Es de notar también que durante la laminación en caliente el lingote no se enfría, porque el trabajo de deformación de la estructura cristalina se transforma en calor.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS El objetivo de la laminación es producir una deformación permanente en el material de partida, aprovechando la ductilidad del acero, que es mucho mayor en caliente. Para ello se hace pasar al material a laminar entre dos cilindros que giran a la misma velocidad y en sentido contrario y cuya separación es inferior al espesor del material de entrada. La presión que ejercen los cilindros sobre el material hace que se reduzca el espesor del mismo aumentando proporcionalmente, en consecuencia, la longitud del producto que emerge de los cilindros. Se cumple la ecuación:

Volumen = Sección de salida x Longitud final = Constante

1.2. LAMINACIÓN EN CALIENTE. Hay dos etapas en la laminación en caliente: (1ª) Calentamiento y laminación desbastadora de los lingotes y petacas obtenidos en la colada en lingotera para transformarlos en blooms (palanquillas) o slabs (planchones). (2ª) Nuevo calentamiento seguido de laminación forjadora y acabadora de los blooms y slabs obtenidos en el paso anterior o en máquina de colada continua para obtener, respectivamente, largos o planos. En la laminación en caliente se aprovecha la ductilidad del acero, es decir, su capacidad de deformación que es tanto mayor cuanto más elevada sea su temperatura. Ésta oscila entre 800 ºC y 1250 ºC. La concepción de los hornos de calentamiento, aunque el objetivo sea común (llevar las piezas a laminar hasta la temperatura prescrita para ello) varían en su diseño y operación, según se trate de trenes desbastadores o laminadores. 1.3. LAMINACIÓN EN CALIENTE DE PRODUCTOS PLANOS. Se llama “productos planos” a los laminados cuyas medidas transversales son relativamente significativas en comparación con su longitud.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Los trenes de planos se alimentan de desbastes planos (planchones, slabs), procedentes de las máquinas de colada continua, o de lingotes convencionales (“petacas”) desbastados en los slabbing. Antes de la laminación han de pasar por los hornos de recalentar con el fin de conseguir las temperaturas y maleabilidad adecuadas para su transformación posterior. La configuración de los trenes depende del producto a obtener. Cuando la laminación se efectúa en el tren de chapa gruesa el producto plano obtenido es la chapa gruesa (“chapa naval”), con espesores que pueden llegar hasta 150 mm. Si la laminación es en el tren de bandas en caliente el producto plano es la bobina “caliente” o bobina de chapa, en espesores que van desde 1,5 mm hasta unos 12 mm, y con anchos que pueden llegar hasta 2.000 mm. La microestructura y propiedades del acero dependen de factores como: - Composición química del acero. - Tratamientos térmicos posteriores. - Deformación en caliente, que afecta a la mayoría de los parámetros

anteriormente citados. 1.3.1. Tren de laminación de chapa gruesa. Una caja laminadora está constituida por dos o más cilindros que giran en sentidos contrarios entre sí. La distancia entre los cilindros es menor que el espesor inicial del desbaste por lo que éste, al pasar entre los dos cilindros se aplasta y se alarga. Para la obtención de chapa gruesa de aceros bajos en carbono o microaleados hay una caja dúo no reversible previa que actúa como descascarillador, y a continuación una caja cuarto reversible de gran potencia que transforma el desbaste en un planchón de 20 o 30 m de longitud a la vez que recibe el impacto de chorros de agua. Después se pasa por la enderezadora en caliente y la tijera. A continuación se somete la chapa a los siguientes procesos de acabado: - Despunte, rebordeado y corte longitudinal y transversal de las chapas a las

medidas previstas. - Saneado si fuera preciso, controles y marcado.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS - Envío a expediciones. En algunas instalaciones hay hornos de tratamiento con sus equipos auxiliares. También puede haber ayudas informáticas para automatización y controles dimensionales. En la actualidad se hacen ensayos de torsión en caliente que permiten predecir el comportamiento que tendrán los aceros en la laminación así como las características del producto obtenido. Así puede efectuarse una laminación termo mecánica, tras el estudio y modelización del proceso en base a simulaciones de laboratorio y modelos matemáticos. En un tren de chapa gruesa hay varias etapas: 1ª) Laminación propiamente dicha: Es la parte más importante y compleja de la instalación. La caja suele ser cuarto reversible, y la laminación se realiza mediante pasadas alternativas en ambos sentidos. Este proceso de laminación es el más empleado y está constituido por tres fases que son: acondicionamiento, ancho y acabado. 2ª) Normalizado: La estructura y características de la chapa a temperatura ambiente dependen, aparte de otras variables, de la velocidad con que se efectúa el enfriamiento. Para llegar en los aceros a la estructura y características que podrían considerarse deseables puede ser necesario efectuar tratamiento térmico de normalizado. Para conseguir un calentamiento adecuado, hay que jugar fundamentalmente con dos factores: - Temperatura de entrada de la chapa en el horno, ya que si la chapa entra fría,

el desplazamiento en él ha de ser más lento. - Espesor y ancho de chapa, de forma que cuanto mayores sean más lento ha de

ser el desplazamiento.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3ª) Aplanadora: Las chapas laminadas pueden salir de la caja laminadora con pequeños defectos y deformaciones en forma de ondulaciones que de no subsanarse determinarían su rechazo. Esto se evita implantando una aplanadora a continuación de la caja laminadora. 4ª) Tijeras: Una vez aplanada la chapa, pasa por una tijera donde se corta el material sobrante de cabeza y cola. Después se pasan las chapas por los enfriaderos, hasta llegar a menos de 200º C, y se trasladan a la máquina de pintar para imprimir un código identificativo que sirve de hoja de seguimiento o “historia clínica” que le acompaña hasta su envío a clientes. 1.3.2. Tren de laminación de bandas en caliente. La gran longitud de las bandas imposibilita obtenerlas en trenes reversibles. Se emplean trenes continuos o semicontinuos (Figuras 33, 34 y 35). Se fabrican bandas de 1,5 mm a 6 mm; en algunas instalaciones llegan a obtenerse bobinas de 12 mm de espesor y 25 t de peso.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

En el cuadro de la Figura 36 se representan esquemáticamente los diferentes tipos de productos planos.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 1.4. LAMINACIÓN EN FRÍO. Algunos productos obtenidos por laminación en caliente, tales como planchas, carriles o barras se utilizan directamente. Otros han de sufrir un proceso posterior de laminación en frío. En este capítulo se revisa el tratamiento en frío de las “bobinas calientes” de aceros de bajo carbono, micro aleados e inoxidables. La denominación de “bobinas calientes” no se debe a que estén a temperatura elevada sino a que previamente han sido laminadas en caliente. 1.4.1. Laminación en frío de bandas. El proceso de laminación en frío tiene el mismo fundamento que el de laminación en caliente, es decir, producir una deformación permanente aprovechando la ductilidad del acero; para ello se hace pasar el material entre dos cilindros cuya separación es inferior al espesor de la banda original. En la laminación en frío se parte de bobinas laminadas en caliente. Los espesores varían, según los tipos de acero, entre 1,5 mm y 8,5 mm. Se reduce normalmente hasta espesores variados, comprendidos entre 0,10 mm y 6 mm. Para un acero plano (no aleado) hay las siguientes etapas: 1) Decapado o limpieza de la banda. 2) Laminación propiamente dicha. 3) Recocido regenerador. 4) “Temper” (endurecimiento superficial). Las bobinas obtenidas pueden ir a: - Venta a clientes. - Corte longitudinal (flejes) o transversal (chapa cortada). - Recubrimiento anticorrosión.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 1.4.2. Proceso de decapado. En la Figura 53 se representa esquemáticamente una línea de decapado en la que se eliminan la cascarilla y demás impurezas adheridas a la piel. Ésta se desenrolla; su cabeza se corta perpendicularmente al avance y se suelda a la cola de la anterior (“enhebrado”). Es un proceso continuo que obliga a prever unos acumuladores de banda (“carros de bucles”) horizontales o verticales que sirven de pulmón compensador de las retenciones y acumulaciones que como es lógico han de producirse. Después la banda pasa por unos baños de ácido diluido y caliente que disuelve los óxidos, se lava y acondiciona. Finalmente se despunta, rebordea y arrolla. En muchas plantas se aplica una película de aceite que hace un doble papel anticorrosivo y lubricador. En la misma línea o en otra posterior se cortan los bordes de laminación en caliente evitando defectos y mejorando la tolerancia en anchura. Es la operación de “rebordeado”.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 1.4.3. Laminación propiamente dicha.

Después del decapado la banda está en condiciones de ser laminada en frío, es decir, rebajar su espesor original en porcentajes que varían desde el 30 % (espesores gruesos) al 90 % (hojalata). Esta reducción se consigue en los trenes de laminación en frío, que pueden ser continuos (“tándem”) o reversibles con pasadas sucesivas. 1) Laminación en frío: Con ella se reduce el espesor de la banda y se mejora el acabado superficial. Esta reducción se puede hacer en: - Trenes reversibles: En una sola caja cuarto se efectúan pasadas sucesivas de

ida y vuelta hasta alcanzar el espesor previsto. - Trenes continuos (tándem), para aceros bajos en carbono. La banda entra en la caja inicial y sufre una primera reducción, pasando a la segunda caja, en la que sufre una segunda reducción y así hasta la última, en la que recibe la pasada de acabado.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 1.5. FORMATO DE PLANCHAS.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 2. PLANCHAS ESTRIADAS.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3. CURVADO DE TUBOS.

3.1. PROCESOS DE CONFORMADO DE TUBOS. Los tubos metálicos tienen una amplia aplicación, no sólo para el transporte de fluidos, sino también como elementos constructivos, muy empleados en las fabricaciones aeronáuticas, en la industria del automóvil, en la fabricación de muebles metálicos, en la construcción de andamios, y en una gran variedad de objetos ornamentales y de aplicación doméstica. Siendo, por tanto, tan extensa la utilización de los tubos, su fabricación ha adquirido un volumen relativamente importante, realizándose por una gran variedad de procedimientos, que a continuación se comentarán brevemente. Actualmente se fabrican las siguientes clases de tubos: 3.1.1. Tubos abiertos. Los tubos abiertos son aquellos fabricados en frío con perfiladoras partiendo de chapas. Estas plegadoras van doblando la chapa hasta obtener la forma del tubo deseada. Son tubos que no cierran herméticamente, por lo que no podrán utilizarse para el transporte de fluidos. Se usan principalmente para construcciones mecánicas.

3.1.2. Tubos engrapados. Los tubos engrapados también se fabrican en frio, partiendo de bandas de chapa con las perfiladoras-engrapadoras. El trabajo de estas engrapadoras es básicamente el de unir herméticamente los bordes de una chapa una vez obtenida la forma del tubo que queremos. Este

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS procedimiento se aplica para el cierre de recipientes y para la fabricación de tubos de chapa.

3.1.3. Tubos soldados. Existen diversas técnicas de soldadura para tubos: eléctrica, oxiacetilénicamente, a tope en boquilla y a tope con rodillos.

3.1.4. Tubos fundidos. Se fabrican tubos por fundición con machos, y más frecuentemente por fundición centrifugada sin machos. La principal fabricación por este procedimiento la constituyen los tubos de fundición de hierro para conducciones de agua y alcantarillado en el saneamiento de las poblaciones.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3.1.5. Tubos extruidos en caliente. La extrusión es un método ideal de producir tubos sin costura. Utilizando un mandril en la extrusión en caliente obtendremos un importante volumen de tubos para aplicaciones varias. Tenemos tres tipos de mandriles: a) Fijo.

b) Flotante.

c) Perforante. Los dos primeros tipos están fijos al émbolo y el lingote debe perforarse de manera que el mandril pueda sobresalir a través de éste. La tendencia moderna es la de usar un mandril flotante ya que él mismo se centra y puede producir tubos con concentricidades dentro del 1%.

3.2. PROCESOS DE FLEXIÓN DE TUBOS. Tras una breve descripción de la fabricación de un tubo, pasamos ya a comentar los métodos existentes para la flexión de un tubo, conceptos importantes en este proyecto. 3.2.1. Principios de la flexión de tubos. Hay varios métodos de flexión de tubos, tuberías o perfiles extruidos. Sin embargo, la productividad económica de una instalación de plegado no sólo depende de la selección del método más eficaz, sino también sobre el uso adecuado de herramientas y técnicas.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Por supuesto, el operador es un factor, pero el equipo adecuado y herramientas minimizan el grado de artesanía y los conocimientos necesarios. Dos principios se aplican a los tres principales métodos: de compresión (compression bending), presión (press bending), y de flexión rotativa (rotary draw bending). En primer lugar, el material en el interior de la curva debe comprimir. En segundo lugar, el material en el exterior del eje neutro debe estirarse.

Poco o ningún apoyo se necesita en el tubo cuando el diámetro del tubo es pequeño y la pared es relativamente gruesa. Los tubos se vuelven más débiles cuanto mayor es el diámetro del tubo o menor es el espesor de las paredes de éste. Además, cuando el radio de curvatura disminuye, las fuerzas que actúan sobre el tubo aumentan de manera significativa. 3.2.1.1. Flexión de compresión. Hay tres pasos básicos para la flexión de compresión: 1) La pieza de trabajo está anclada a una matriz de flexión.

2) La matriz de deslizamiento se pone en contacto con la pieza de trabajo.

3) La matriz de deslizamiento gira alrededor de la matriz de flexión estática, que dobla la pieza de trabajo adaptándose al radio de la matriz de flexión.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Dependiendo del tubo y las especificaciones de flexión, la flexión de compresión puede variar desde un simple procedimiento a uno complejo. Es relativamente sencillo cuando el radio de flexión es generoso (por ejemplo, 4 veces el diámetro exterior) y el factor de pared ( ) es bajo. La flexión de compresión es más compleja y difícil cuando el radio de flexión se reduce a 1.5 o 2 veces el diámetro exterior y el factor de pared es aproximadamente 20. En esta situación, la acanaladura de la matriz de flexión y/o de la matriz de deslizamiento debe ser modificada para aumentar la compresión y estiramiento. En lugar del radio verdadero de la acanaladura de la matriz, ésta puede ser en forma de corazón o suma de múltiples radios para ayudar a prevenir las marcas de las herramientas y minimizar el colapso. Además, el material de la matriz de deslizamiento debe ser de acero endurecido con Kro-Lon (recubrimiento especial) o bronce-aluminio duro refinado. Las matrices de flexión generalmente son herramientas de acero y completamente endurecidas.

3.2.1.2. Flexión por presión. Este método utiliza tres pasos: 1) Una matriz punzón con el radio de flexión está equipado al brazo de la prensa.

2) La matriz punzón fuerza el tubo hacia abajo contra dos matrices opuestas con la forma del tubo.

3) Las matrices soporte, con resistencia a la presión, pivotan hacia arriba, forzando la tubería a la flexión alrededor de la matriz punzón.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

3.2.1.3. Flexión rotativa. Este es probablemente el más versátil y preciso método de flexión. Produce constantemente curvas de gran calidad, incluso con radios pequeños y tubos de paredes delgadas. Solamente tres herramientas son necesarias para la flexión de tubos con espesores de pared grandes a un radio generoso: 1) La pieza de trabajo está anclada a la matriz de flexión por una matriz de

anclaje.

2) A la vez que la matriz de flexión gira, la matriz de presión tipo seguidor avanza con el tubo.

3) Cuando la pared del tubo es muy delgada y/o el radio de curvatura es reducido, se requiere un mandril y/o matriz soporte.

Este será el método de flexión que utilizaremos para el estudio de la recuperación elástica que haremos. Para ello, en el siguiente apartado se describen los distintos elementos o herramientas que se usan en este método.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3.2.1.4. Elementos o herramientas para la flexión de tubos. Para la flexión o doblado de un tubo se necesitan fundamentalmente cinco herramientas: a. Matriz de flexión (bend die).

b. Matriz de deslizamiento (wiper die).

c. Matriz de anclaje (clamp die).

d. Matriz de presión (pressure die).

e. Mandril.

Todos ellos en conjunto forman la máquina de doblado de tubos. Éstas pueden ser tanto manuales para tubos de pequeños diámetros y espesores; o de control numérico para producciones mayores y para tubos de dimensiones mayores.

Cada uno de los elementos anteriores cumple una función determinada dentro del proceso de doblado.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3.2.1.4.1. Matriz de flexión. Es sin duda el elemento principal y más importante de todo el proceso. Alrededor de él se forma el tubo con un determinado radio de curvatura. Se compone de dos partes bien diferenciadas. Una parte curva, cuya longitud depende del grado de doblado necesario, incluyendo un exceso para compensar la recuperación elástica que se producirá tras el doblado. La otra parte es recta y su función es apoyar y sujetar la zona del tubo justo posterior a la flexión. Ambas partes de la matriz poseen una acanaladura central que, generalmente es igual en profundidad a la mitad del diámetro del tubo.

Existen muchos tipos de matrices de flexión dependiendo de la calidad de doblado que queramos o necesitemos. Las matrices de doblado de una sola pieza suelen ser las más usadas y rentables. Debido a su diseño de una pieza, suelen dejar menos marcas en el tubo. Las matrices de flexión insertadas poseen una zona de sujeción reemplazable para evitar la sustitución de la matriz completa. Se convierten así en herramientas más versátiles, sustituyendo diferentes longitudes podemos cambiar las longitudes de agarre. Nos podemos encontrar también con matrices elípticas, pero éstas no son universales, es decir, solo se utilizan para casos de flexión muy concretos. Es una solución muy específica que depende del diámetro exterior del tubo, del espesor del tubo, del radio de la línea media, y del material y especificaciones del producto.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS La ventaja de estas matrices es que podemos eliminar la necesidad de un mandril, pero su costo es mucho mayor. El gran inconveniente radica en que las matrices cambian la forma y tamaño de los tubos, por lo que una gran parte de la capacidad de la máquina debe usarse en el tubo, reduciendo de esta forma la rentabilidad de la máquina. Se pueden doblar tubos de secciones muy distintas (redondeadas, cuadradas, rectangulares y extruidas), por lo que habrá infinidad de tipos de matrices de doblado cuyas acanaladuras se ajustarán a la forma del tubo. Además, para que la producción sea mayor existen matrices dobles y triples con las que podemos estar doblando varios tubos a la vez con una sola matriz. 3.2.1.4.2. Matriz de deslizamiento. La función principal de la matriz de deslizamiento es evitar la aparición de arrugas en el tubo durante el proceso de doblado. Trabaja conjuntamente con el mandril. Esta matriz es necesaria cuando la resistencia del tubo a la compresión es muy alta. Se trata de un semicilindro de longitud variable, y con uno de sus extremos mecanizado con la forma de la matriz de flexión de manera que ambas matrices ajusten perfectamente. Esta matriz también dispone de una acanaladura central cuya profundidad será la mitad del diámetro del tubo. Esta herramienta, como el mandril, se encuentra en un estado de constante fricción con el tubo. Olvidar la lubricación de esta matriz puede significar el fracaso en cualquier ensayo de flexión.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3.2.1.4.3. Matriz de anclaje. Esta matriz se utiliza conjuntamente con la matriz de flexión con la única función de agarre del tubo. Su longitud coincide con la zona de sujeción de la matriz de flexión, y sujeta al tubo durante el doblado. El tamaño de esta matriz depende del tamaño del tubo y del radio de flexión. Para asegurar una adherencia adecuada se puede tratar la superficie con aleaciones y agregar estrías a la zona de sujeción de la herramienta. Las matrices de anclaje están fabricadas normalmente de acero de bajo carbono y reforzado para resistir el desgaste. Se suele mecanizar esta herramienta, pero en ningún caso se hará un acabado a la acanaladura. Para ahorrar tiempo y esfuerzo debemos ajustar bien la matriz de anclaje, eliminando los movimientos excesivos en las sujeciones durante su colocación. Esto reducirá significativamente también los tiempos de configuración de la matriz.

3.2.1.4.4. Matriz de presión. La matriz de presión funciona como una herramienta de contención durante la flexión. Proporciona una presión constante sobre el tubo y lo sigue a lo largo de todo el proceso de doblado. Estas matrices, también llamadas matrices de presión seguidoras, pueden reducir los desgarres y marcas sobre el tubo al disminuir la resistencia al avance.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Además, al seguir al tubo, puede reducir el adelgazamiento del espesor de pared del mismo. Si la presión es muy alta o su velocidad excesiva, podría adherirse material al tubo. Su longitud depende del grado de flexión y del radio de la línea media. Y el material que se utiliza será el mismo que en el resto de matrices.

3.2.1.4.5. Mandril. El mandril es el elemento que proporciona apoyo en el interior del tubo. Su función principal es evitar que el tubo se deforme y/o arrugue. Existen muchas variantes de mandriles. La forma y el material de éste depende del diámetro exterior y del espesor de pared del tubo. Una vez que tenemos todas las herramientas seleccionadas, antes de comenzar a montar el conjunto, debemos distribuir bien el lubricante sobre las herramientas y comprobar los ajustes de tolerancias. Otra de las comprobaciones importantes es observar la posición del mandril (adelantado o retrasado) y las posiciones de las matrices de anclaje y presión. Tras comenzar el proceso de flexión, hay que hacer mediciones de temperatura controladas para aumentar o disminuir la presión de las matrices. Cuando el proceso de flexión haya concluido, retiramos el mandril de la zona de flexión siempre con la matriz de anclaje y presión en posición apretada.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Quitamos el tubo e inspeccionamos bien en busca de defectos. El tubo doblado es la principal fuente de información. La inspección del tubo se basa en medidas del colapso, la acumulación de material, el adelgazamiento de la pared y la aparición de arrugas u otras marcas de herramientas. Esto nos ayuda a hacer las pertinentes correcciones sobre las herramientas. Un examen detallado de los tubos curvados, por dentro y por fuera, a menudo revela dónde radica el problema.

4. DILATACIÓN LINEAL – CALCULO. 4.1. INTRODUCCION. Cuando la temperatura de un cristal varia, se produce un cambio en sus dimensiones (dilata o contrae), y a menudo deforma, que se conoce como

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS dilatación térmica. Cuando se recupera la temperatura inicial, se recuperan las dimensiones y la forma, y por tanto, el fenómeno es reversible. Un incremento de temperatura implica, normalmente, un aumento de las distancias interatómicas (y por tanto, una dilatación) debido al incremento de la vibración térmica de cada un de los átomos. Si imaginamos un sistema sencillo formado por dos átomos enlazados, a 0ºK el sistema es estático, no hay vibración térmica y los centros de los átomos se encuentran a una distancia determinada d0. Al aumentar la temperatura, los átomos vibran alrededor de posiciones de equilibrio, y por tanto, la distancia promedio entre los dos centros (d1) es mayor y el sistema dilata. En la figura, para simplificación se ha representado una vibración esférica alrededor del centro, por bien que en realidad no tiene esta forma). Intuitivamente, es fácil imaginar que a mayor temperatura, más amplia es la vibración, y más grande la distancia entre los átomos, con el límite de estabilidad del sistema (transformación o fusión, en el caso de los cristales).

En los cristales, la situación es más compleja porqué el sistema es tridimensional, con enlaces de diferentes energías, y existen interacciones entre los átomos, y por tanto, el aumento de temperatura no siempre implica un aumento de las distancias, sino que, a veces, hay contracción. Hasta en cristales formados por una solo tipo de átomos, a menudo los enlaces en diversas direcciones son diferentes (este es el caso del grafito o de los polimorfos

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS del azufre, por ejemplo), y por tanto, es de esperar comportamientos diferentes en las diferentes direcciones. Esto lleva a suponer que el fenómeno puede ser, frecuentemente, anisotrópico. Siendo la dilatación térmica anisotrópica, las diferentes variaciones de dimensiones en las diversas direcciones puede causar la deformación de los poliedros de coordinación y la variación de las dimensiones de la celda fundamental. De hecho, estas variaciones son del orden de 10- 5A/ºC.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

N° ORDEN DE EJECUCION HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS

01 Soldar en montaje Máquina de soldar, electrodos E6011 Escuadras, Martillo, Nivel

01 01 Pasamano Acero ST 37 Laminado 02 01 Plataforma Acero ST 36 Laminado 03 01 Eje central Acero ST 36 04 12 Peldaños Acero ST 36 Laminado PZA. CANT. DENOMINACION-NORMA/DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES

ESCALERA DE CARACOL HT. 01 SE. REF.

TIEMPO: 12 h. HOJA: 4/4

SOLDADOR UNIVERSAL

ESCALA: S.E. AÑO: 2014

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 4.1. SOLDAR EN MONTAJE. Es una operación que consiste en soldar los elementos prefabricados para obtener una escalera circular. PROCESO DE EJECUCION. 1° Paso. Suelde pasamano. a) Ubicar el tubo doblado alrededor

de la hélice formada por los pasos de la escalera.

b) Suelde teniendo en cuenta las escuadras en todos los aspectos del montaje.

2° Paso. Fije el tubo central. a) Fijar la escalera en el sitio prefijado

con antelación. 3° Paso. Suelde plataforma. a) Complete la estructura soldando la

plataforma. b) Fije la escalera en los puntos

considerados como anclajes de la misma.

FUNDAMENTO TEÓRICO. 1. PLEGADORAS. Las plegadoras son máquinas tipo prensa utilizadas para el trabajo en frío de metales en forma de planchas. El espesor de las chapas a plegar puede variar desde 0,5 a 20 mm y su longitud desde unos centímetros hasta varios metros.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS En el mercado encontramos plegadoras mecánicas e hidráulicas. En las máquinas mecánicas, la operación es continua, mientras que en las máquinas hidráulicas el plegado se realiza en dos tiempos: Fase de acercamiento con cierre rápido de la trancha. Fase de trabajo correspondiente al plegado propiamente dicho a baja velocidad. Según las dimensiones de las chapas, el plegado requiere la presencia de uno o dos operarios que suelen acompañar la chapa durante el plegado. 1.1. ELEMENTOS PRINCIPALES. a) Cilindro de la plegadora. b) Sistema hidráulico. c) Panel de mando. d) Trancha. e) Armario eléctrico Troquel. f) Pedal. g) Mesa. h) Soporte de la pieza a trabajar. i) Protección lateral/trasera. j) Topes traseros. k) Bastidor. 1.1.1. Zonas peligrosas de la máquina plegadora. Troqueles y área asociada: a) Entre troqueles; b) Entre las partes fijas y móviles de la plegadora; c) Piezas a trabajar móviles; d) Entre las pieza a trabajar que se dobla y la estructura; e) Topes traseros móviles; f) Soportes delanteros de la chapa móviles; g) Resguardos. Fuera del área de los troqueles. a) Por las situaciones peligrosas que aparecen por caída de objetos; b) Partes móviles del equipo eléctrico, hidráulico y neumático; c) Motores y transmisiones de la máquina; d) Dispositivo de manutención mecánico; e) Sistema hidráulico.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

1.1.2. Peligros mecánicos. Pueden estar generados por: • La máquina, sus partes o las piezas a trabajar. • La acumulación de energía dentro de la máquina causada por elementos

elásticos (muelles), o líquidos y gases a presión. 1.1.3. Listado de riesgos. a) Riesgo de atrapamiento. b) Riesgo de aplastamiento. c) Riesgo de cizallamiento. d) Riesgo de corte o amputación. e) Riesgo de impacto. f) Riesgo de proyección o expulsión de fluidos a alta Presión.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 1.1.4. Normas de trabajo seguras. - Antes de la puesta en marcha de la máquina se deberá verificar el correcto

funcionamiento de los dispositivos de protección. - Fijar perfectamente el utillaje y la matriz para prevenir incidencias durante el

proceso productivo. - Se deberán manipular de manera cuidadosa las chapas y materiales que se

utilicen para evitar cortes y golpes. - Protegerse con EPP adecuados. - Durante el funcionamiento de la máquina se verificará la ausencia de personas

en las zonas de riesgo. - Cuando se trabaje con chapas de pequeñas dimensiones y no sea posible

alejar las manos de la zona de peligro, se ajustará el recorrido de la trancha para reducir el riesgo al máximo.

- Se deben seguir los requisitos establecidos por el fabricante en el manual de instrucciones de la máquina.

- Sólo podrá ser utilizada por personal formado y preparado para ello. - Deberán existir uno o varios mandos en función del número de operadores, en

funcionamiento simultáneo. 1.1.5. Requisitos de seguridad y/o Medidas preventivas. Las medidas preventivas que se proponen a continuación van encaminadas a proteger las principales zonas de peligro en las plegadoras hidráulicas, troqueles y área asociada, y aquellas áreas fuera de los troqueles: a) Troqueles cerrados: deben ser intrínsecamente seguros. Sus aberturas y

distancias de seguridad correspondientes deben satisfacer los requisitos establecidos en la Norma UNE-EN ISO 13857:2008.

b) Resguardos fijos perimetrales. Éstos deben estar firmemente sujetos a la máquina o a otra estructura rígida o al suelo.

c) Resguardos con dispositivos de enclavamiento con o sin dispositivo de bloqueo. d) Resguardos asociados al mando con o sin dispositivo de bloqueo. e) Resguardos con dispositivos de enclavamiento de apertura prematura con o sin

dispositivo de bloqueo. f) Equipos de protección electro-sensible (ESPE) que utilizan dispositivos de

protección opto-electrónicos activos (AOPDs) en forma de cortinas de luz. g) Dispositivos de mando de acción sostenida utilizado conjuntamente con

velocidad lenta de cierre igual o menor que 10 mm/s.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Notas: 1. Cuando una plegadora hidráulica puede cargarse o descargarse manualmente,

el método de protección no debe ser exclusivamente el de troquel cerrado o resguardos fijos perimetrales; siempre debe suministrarse con uno o más de los sistemas de protección que se especifican en los puntos c) a g) de este apartado.

2. Aquellas plegadoras cuyo uso previsto sea únicamente trabajar en modo automático con carga y/o descarga automática pueden diseñarse para utilizar solo troqueles cerrados o resguardos fijos perimetrales.

3. Cuando una plegadora que permite la carga y/o la descarga manual se suministra con uno o más de los sistemas de protección citados en los puntos c) a g), no debe ser posible operar con ésta a velocidades superiores a 10 mm/s con el sistema(s) de protección desconectado.

4. Los resguardos con enclavamiento sin dispositivo de bloqueo, los resguardos asociados al mando sin dispositivo de bloqueo, los resguardos con enclavamiento de apertura prematura sin dispositivo de bloqueo y las cortinas fotoeléctricas deben colocarse en una posición tal que el operario no tenga tiempo de alcanzar la zona peligrosa antes de que todo movimiento peligroso en la zona de troqueles haya cesado.

5. La combinación elegida de medidas de seguridad debe proteger a todas las personas expuestas durante el funcionamiento normal, reglaje, mantenimiento, limpieza e inspección.

6. Cualquier manipulación sobre equipo de trabajo o máquina eléctricos exige que previamente se desconecte de la red, así como especial cuidado en el momento inicial de volver a conectar y poner en marcha.

7. Si en la máquina coexisten dos o más sistemas de accionamiento deberá existir un selector de modos de trabajo con consignación.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 1.1.6. Sistemas de mando: Dispositivos de mando. Los sistemas de mando deben incluir funciones de seguridad diseñadas de tal

modo que los órganos de accionamiento tienen que ser activados de nuevo para que la plegadora pueda ejecutar un ciclo:

a) Después de un cambio en el modo de iniciación del ciclo, en el modo de

trabajo o en el sistema de protección del operario; b) Después de que un resguardo enclavado se haya cerrado; c) Después de un rearme manual de un sistema de protección; d) Después de un fallo en la alimentación de energía; e) Después de retirar un dispositivo de retención mecánico enclavado.

Los pulsadores, pedales y dispositivos que accionan la puesta en marcha

deben estar adecuadamente protegidos para evitar un accionamiento involuntario. Los pedales deben permitir el acceso únicamente por una dirección y para un único pie. No deben utilizarse palancas de mando.

La parada de emergencia debe parar todos los movimientos peligrosos. Debe existir al menos un pulsador de parada de emergencia al alcance directo de cada operador.

Para evitar puestas en marcha intempestivas, los paneles de mandos portátiles o suspendidos que incorporen pulsadores de puesta en marcha deben diseñarse teniendo en cuenta la estabilidad y sujeción.

En el caso de que la plegadora disponga de más de un dispositivo de puesta en marcha, éstos deberán estar sincronizados.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 2. CIZALLAS. 2.1. CIZALLAS – GUILLOTINAS HIDRAULICAS.

Las cizallas guillotinas hidráulicas de la gama HSL trabajan mediante dos cilindros montados en la parte superior. Nuestra larga experiencia en la producción de Cizallas Guillotinas Hidráulicas garantizan una producción de diseño excepcional y gran eficiencia. La parte trasera, totalmente abierta ofrece al operario la posibilidad de sacar fácilmente o adaptar diferentes sistemas de apilamiento o transporte. Su construcción de acero completamente soldada hace la máquina virtualmente indestructible. Las cizallas HSL se entregan bien equipadas con el posicionador SP8 como standard. Opcionalmente, sobre este tipo de cizallas HSL. 2.1.1. SISTEMA HIDRAULICO. El sistema hidráulico consiste en un grupo motor-bomba y un bloque multifunción para el control de la máquina, de fácil acceso en el frontal de la máquina bajo la mesa.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Las conexiones de los cilindros, los pisadores y bombas se hacen mediante mangueras flexibles. Dos válvulas de seguridad protegen de sobrecargas a los pisadores y al circuito de corte de sobrecargas. Tanque de aceite sobredimensionado para una gran producción y libre de problemas. El control del paralelismo de la trancha se basa en el llamado principio diferencial. Guiado de la trancha mediante rodamientos sobre guías endurecidas.

2.1.2. PISADORES HIDRÁULICOS. Los pisadores hidráulicos funcionan independientemente, lo que hace posible sujetar correctamente las chapas de diferentes longitudes y espesores. Los pisadores operan independientemente de la presión de cizallado. En el lado izquierdo y derecho de la máquina, los pisadores están colocados más cerca para permitir el corte de chapas más pequeñas sin ningún problema.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 2.1.3. AJUSTE DEL ÁNGULO DE CORTE. Ajustes electro-hidráulicos del ángulo de corte mediante pulsadores en el panel de control, y lectores digitales (serie HSL). En la serie HSLX con control SC-70, este ajuste se hace automáticamente en función del espesor. Esto permite cortar materiales finos con menor ángulo, minimizando la deformación de la chapa cortada.

2.1.4. AJUSTE DE SEPARACION DE CUCHILLAS. La separación de cuchillas se fija manualmente mediante unas palancas de fácil acceso (una a cada lado) en la parte trasera de la HSL. En los modelos HSLX, esto se hace automáticamente mediante dos cilindros hidráulicos, en función del espesor de la chapa.

2.1.5. CARACTERISTICAS ESTÁNDAR. • Grupo motor-bomba hidráulico situado en el frontal, bajo la mesa de la máquina,

para evacuar la chapa cortada fácilmente ó montar transportadores o sistemas de apilamiento.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

• Dos cilindros de empuje situados en la parte superior. • Todos los controles para la operación están situados convenientemente en el

lado izquierdo de la máquina el alcance inmediato del operario. • El control standard SP-8 ofrece las siguientes funciones: posicionamiento

automático del tope trasero para el valor preseleccionado con los lectores digitales, control de la carrera y selección de la retracción del tope trasero.

• Ajuste electro-hidráulico del ángulo mediante pulsadores en el panel de control. • Ajuste de la separación de cuchillas rápido fijado mediante palancas de fácil

acceso en la parte trasera de la máquina. • Pisadores inclinables, con presión independiente de la presión de cizallado,

para un amarre correcto para cada espesor de chapa. Estos pisadores están colocados unos más cerca de otros en el lado izquierdo y derecho para cortar chapas más pequeñas.

• Protección contra sobrecargas hidráulicas y eléctricas. • Cuchillas con cuatro bordes de corte de gran calidad y resistentes a los

choques. • Tope trasero motorizado, posicionado mediante el control de preselección SP8.

Lectura digital de la posición. • Mesa de cizallado con un número de bloques cuadrados de acero, que facilitan

la alimentación de la chapa y aumentan la seguridad del operario. • Brazo de escuadreo de 1000 mm. con regla, ranura y tope abatible fijado al lado

izquierdo de la máquina. • Pedal de control móvil. • Manual de instrucciones y mantenimiento. • Tanque de aceite lleno. • Kit de herramientas. 2.1.6. TOPES TRASEROS. El tope trasero consiste en dos brazos rígidos (con guías y ejes de control) y barra ajustable del paralelismo. Este montaje asegura un posicionamiento preciso de la chapas. Los tipos abatibles permiten el corte de chapas más grandes que la longitud de carrera estándar. Digitales mostrando la posición actual, así como la programada.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

2.1.7. TOPE TRASERO ABATIBLE. Potente tope trasero con carrera de 1000 mm. Disponible como opción en los modelos de 4 mts. - 6 y 8mm, y todos 10 - 13 y 16 mm. Cuando sacamos la barra en ambas carrillas y movemos el tope trasero hacia atrás, la carrilla completa se abatirá hacia atrás, permitiendo cortar chapas grandes.

2.1.8. TOPE TRASERO ESCAMOTEABLE. Tope trasero potente con carrera de 820 mm. Disponible como opción en los modelos de 3 mts,. 6 y 8 mm.. Cuando el tope trasero se mueve hacia atrás, se levantará mecánicamente para cortar chapas grandes. También extensible hasta carrera de 1000 mm. con levantamiento.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3. ENSAYO DE CIZALLADURA. 3.1. CIZALLADURA O CORTADURA. Las fuerzas de cizalla o cortadura actúan de forma que una parte de la estructura tiende a deslizarse sobre la otra. Se produce cuando se aplican fuerzas perpendiculares a una pieza, haciendo que las partículas del material tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras. Al cortar con unas tijeras una lámina de cartón estamos provocando que unas partículas tiendan a deslizarse sobre otras. Los puntos sobre los que apoyan las vigas están sometidos a cizalladura.

3.2. ENSAYO DE TRACCIÓN. Es un ensayo destructivo cuya finalidad es conocer el comportamiento mecánico de un material cuando está sometido a un esfuerzo de tracción. Es, tal vez, el ensayo más importante para determinar las características estáticas de los materiales y por ello las cargas utilizadas durante el ensayo irán aumentando de forma gradual y lenta para asemejar dicho comportamiento estático. El ensayo consiste en someter una pieza de forma cilíndrica o prismática de dimensiones (probeta) a un esfuerzo de tracción continuo que tiende a alargarla. Al mismo tiempo que se aumenta el esfuerzo de tracción se mide el alargamiento de la probeta para, de esta forma, ir generando una gráfica denominada esfuerzo‐deformación que servirá para conocer el comportamiento del material: si el tipo de fractura es frágil o dúctil, el valor del esfuerzo máximo soportado, el valor de la deformación máxima obtenida, etc.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS

En el eje de ordenadas se representa el esfuerzo o tensión, σ, que se define como el cociente entre la fuerza axial de tracción (F) y la sección transversal de la probeta (A)

σ = F/A

En el eje de abscisas se representa el alargamiento unitario o deformación, ε, que se define como el cociente entre el alargamiento experimentado por la probeta y su longitud inicial. Es un valor que no tiene dimensiones. ε = (lf‐lo)/ lo Al representar el esfuerzo y el alargamiento obtenido se obtiene una gráfica denominada esfuerzo deformación tal y como se ve en la Figura 1.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Un material presenta dos zonas muy diferenciadas en cuanto a su comportamiento ante un esfuerzo de tracción: 3.2.1. Zona elástica. (OB): Se caracteriza porque al cesar las tensiones aplicadas, la probeta recupera su longitud inicial (lo). El comportamiento se asemejaría al de una goma que se alarga al traccionarla que recupera su longitud original al cesar dicho esfuerzo sin sufrir una deformación permanente. En la zona elástica (OB) hay, a su vez, dos zonas: 3.2.1.1. Zona de proporcionalidad (OA). En la gráfica es una línea recta, es decir, el alargamiento unitario (ε) es proporcional a la tensión ejercida (σ).σ = E ∙ ε La constante se representa por la letra E y se llama módulo de elasticidad longitudinal o módulo de Young. En el sistema internacional, sus unidades son el N/m2. 3.2.1.2. Zona no proporcional (BC). El material se comporta de forma elástica, pero no existe una relación proporcional entre tensión y deformación. 3.2.2. ZONA PLÁSTICA. (BE): Se ha rebasado la tensión del límite elástico σe y, aunque dejemos de aplicar tensiones de tracción, el material ha quedado deformado y ya no recupera su longitud original. Este comportamiento se asemejaría al de la plastilina que al traccionarla se alarga y esa deformación ya se mantendría de forma continua. En la zona plástica (BE) hay, a su vez, otras dos zonas:

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 3.2.2.1. Zona de deformación plástica uniforme o zona de límite de rotura

(CD). Se consiguen grandes alargamientos con un pequeño incremento de la tensión. En el punto R existe el límite de rotura y la tensión en ese punto se llama tensión de rotura (σR). A partir de este punto, la probeta se considera rota, aunque físicamente no lo está. 3.2.2.2. Zona de rotura o zona de estricción o zona de deformación plástica

localizada (DE). Las deformaciones son localizadas y, aunque disminuya la tensión, el material se deforma hasta la rotura. En el punto E, la probeta se ha fracturado. La sección de la probeta se reduce drásticamente. La curva o gráfica anterior varía de un material a otro, e incluso algunos materiales como el acero presentan curvas distintas dependiendo de la composición de este (%C). En el acero existe una zona por encima del límite elástico en el que se da una deformación apreciable sin que varíe la tensión aplicada. Este fenómeno es la fluencia y el punto donde comienza a manifestarse el fenómeno es la tensión de fluencia. Zona (EF). 3.3. VALORES DE TENSIÓN. Una vez definida la curva de tracción veamos algunos valores de tensión característicos: a) Límite de proporcionalidad (σP): La tensión a partir de la cual deja de

cumplirse la relación proporcional entre tensión y deformación y, por lo tanto, se deja de cumplir la ley de Hooke.

b) Límite de elasticidad o límite elástico (σE): Es la tensión partir de la cual las deformaciones dejan de ser reversibles, es decir, la probeta no recuperará su forma inicial.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS c) Límite de fluencia (σF): valor de la tensión que soporta la probeta en el

momento de producirse el fenómeno de la fluencia.

d) Límite de rotura o tensión de rotura (σR): Máximo valor de la tensión que se alcanza en el ensayo y punto más elevado de tensión en un diagrama tensión‐deformación. Esta es la máxima tensión que soporta la probeta.

e) Límite último o tensión última (σU): Valor de tensión al cual se rompe la probeta. Por lo normal es menor que el valor de la tensión de rotura.

4. TUBOS DE ACERO LIVIANOS, ESTÁNDAR Y PESADOS.

Cañería es aquel ducto destinado a la conducción de fluidos, sean éstos gases, líquidos, sólidos o pulpas. En nuestro medio distinguimos una cañería (pipe) de un tubo (tube) fundamentalmente por sus medidas. La cañería tiene un diámetro nominal que no corresponde ni al diámetro externo ni al interno. En cambio, el tubo tiene un diámetro nominal que coincide con el diámetro real externo. Hay también diferencias de espesor de pared.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS La cañería, destinada a aplicaciones a mayor presión, tiende a ser más gruesa que el tubo. Es tal la diversidad de usos de las cañerías, que se fabrican con una diversidad de materiales, usando diferentes métodos de fabricación. Son sometidas a diferentes tratamientos térmicos, una vez terminadas, para lograr características adecuadas, de resistencia mecánica y resistencia a la corrosión, de ser éstas propiedades requeridas por la aplicación. También son sometidas a diferentes ensayos para asegurar su calidad. De todos estos aspectos, se encargan las normas de fabricación y de medidas, que existen en gran número y han sido estudiadas y escritas por diferentes instituciones, tales como ASTM (American Society for Testing and Materials), APl (Amencan Petroleum institute), DIN (Deutsches Institut für Normung), ANSI (American National Standards Institut). Restringiremos el tema a las cañerías de acero (en sus diversos tipos)y aleaciones especiales (aleaciones de níquel y de titanio), cubriendo los aspectos de métodos de fabricación, tratamientos térmicos, pruebas o ensayos y medidas, con sus tolerancias. 4.1. FABRICACIÓN. La cañería con costura (soldada) se fabrica a partir de láminas angostas (flejes) en un proceso continuo. El fleje es empujado longitudinalmente por una serie de rodillos laterales que lo van doblando gradualmente, hasta tomar la forma cilíndrica, en que los bordes del fleje quedan topándose. Estos bordes de tope, se unen mediante un proceso de soldadura continua, cuya calidad es controlada simultáneamente. La soldadura puede ser autógena o con aporte de material. En el primer caso se puede recurrir a una soldadura por resistencia eléctrica ERW o a una soldadura por corriente inducida por alta frecuencia HFI. En el segundo caso se recurre a una soldadura al arco sumergido SAW, la que es especialmente apta para espesores mayores de pared… La cañería ya soldada es sometida a una eliminación del exceso de soldadura por el exterior e interior.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS A veces el cordón de soldadura es forjado en frío para lograr un estructura cristalina y propiedades similares al resto de la cañería. Luego se corta a la medida. Opcionalmente, la cañería puede ser sometida a tratamiento térmico, decapado y acabado de superficie. La cañería sin costura es fabricada por procedimientos totalmente diferentes. Básicamente se comienza por fabricar un cuerpo cilíndrico hueco mediante la acción de un mandril sobre una porción cilíndrica del acero (billet) previamente calentado al rojo, alojada dentro de un molde, hasta perforarlo (pierce). Luego este cuerpo hueco, siempre al rojo, es estirado (draw) empujándolo y con un mandril en su interior, a través de un orificio de menor diámetro. Alternativamente puede ser sometido a la acción exterior, en caliente, de rodillos rotantes excéntricos que reducen el diámetro de la cañería que avanza y que rota sobre su eje, mientras que en su interior se mantiene un mandril para ajustar el diámetro interno (pilgering). También puede usarse un proceso de extrusión en caliente. Para ciertos casos se opta por procesos de estirado o de pilgering en frío, los que conducen a obtener un mejor acabado de la superficie t una mayor precisión de las medidas y propiedades mecánicas mejores. Es necesario incluir etapas de enderezado para asegurar la linealidad de la cañería. Luego se corta a la dimensión deseada. Opcionalmente se incluyen etapas de tratamiento térmico y de decapado. 4.2. TRATAMIENTO TÉRMICO. Cuando el proceso de fabricación involucra un calentamiento del material a temperaturas altas, ya sea el total de la pieza (cañerías sin costura) o en zonas localizadas (cañería con costura), se produce un cambio estructural del metal que modifica tanto sus propiedades mecánicas como sus propiedades de resistencia a la corrosión. La norma específica de una cañería, diseñada para una aplicación particular, se preocupa de este aspecto, especificando el tratamiento térmico necesario, según el material.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS En general el tratamiento térmico combina a lo menos, las etapas de (1) calentamiento, (2) mantención de la pieza a una temperatura y (3)enfriamiento. Dependiendo de la finalidad del tratamiento térmico varían tanto las temperaturas recomendadas para cada etapa como la duración de cada etapa y muy importante en la etapa de enfriamiento, la velocidad de enfriamiento. Los tipos de tratamientos se conocen por nombres propios tales como: 4.2.1. Recocido a disolución (solution annealing). Se calienta el material a una temperatura adecuada durante un tiempo adecuado para lograr que algunos componentes pasen a la disolución sólida, seguido de un enfriamiento rápido para que estos permanezcan en disolución. 4.2.2. Revenido (tempering). Recalentamiento de un material (previamente normalizado o endurecido y templado, a una temperatura inferior de la de transformación y luego enfriado a una velocidad adecuada 4.2.3. Normalizado (normalizing). Calentamiento de un material a una temperatura superior a la de transformación y enfriado al aire hasta un temperatura muy inferior a la de transformación 4.2.4. Templado (quenching). Enfriamiento rápido, aliviado de tensiones (stress relieving): Calentamiento a una temperatura apropiada, manteniendo por un tiempo suficiente para reducir las tensiones y luego enfriando lentamente para evitar tensionamiento. 4.2.5. Envejecido (ageing). Cambio en las propiedades de un material a temperatura ambiente o levemente elevada después de un forjado en caliente, tratamiento térmico o forjado en frío. Puede a veces deberse a un cambio de fases (precipitación).

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 4.3. PRUEBAS Y ENSAYOS. Las cañerías son sometidas a una serie de pruebas y ensayos durante su proceso de fabricación y una vez terminadas, según sean las exigencias de la norma particular, orientada a un tipo de aplicación puntual. Hay ciertas exigencias y pruebas básicas que son comunes a muchas normas particulares, por lo que se resumen en una forma general (ASTM A530). 4.4. PRUEBAS MECÁNICAS. El detalle y la descripción de las pruebas mecánicas, se resumen en la norma ASTM A370. Cada norma particular especifica cuáles de estas pruebas son necesarias: • Pruebas de tensión: Consiste en determinar el "límite elástico" (cuando al

material se deforma en un cierto %), la "tensión de ruptura" (cuando el material se rompe), la "elongación"(% de alargamiento en el punto de ruptura) y la "reducción de área" (% de reducción en el punto de ruptura).

• Pruebas de flexión: Determina la ductilidad del material frente a ensayos de doblado.

• Pruebas de dureza: Determina la resistencia de material a la penetración y puede correlacionarse con la tensión de ruptura. Escalas comunes son dureza Brinell(HB) y dureza Rockwell(HR) especificando la escala B o C (ejemplo escala C se indica HRC).

• Pruebas de impacto (Charpy V-notch): Para aceros que pierden la ductilidad a baja temperatura y se vuelven quebradizos.

Puede especificarse valores mínimos requeridos de energía absorbida en el impacto (lateral), apariencia de la fractura, expansión lateral observada o una combinación de éstos a una temperatura especificada. También puede requerirse ensayos en un rango de temperaturas, para determinar temperaturas de transición a la cual se alcanza una determinada energía absorbida en el impacto o apariencia de la fractura.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS • Pruebas de manipulación: Se relaciona con la ductilidad necesaria para las

operaciones de fabricación en que se utilizará el producto tubular.

Estos ensayos son: "pruebas de aplastamiento", "pruebas de aplastamiento inverso", "prueba de compresión", "prueba de pestañado", " prueba de rebordeado", " prueba de doblado".

4.5. PRUEBA HIDROSTÁTICA. Cada tira de cañería es sometida a una prueba hidrostática que produce en la pared una tensión no inferior al 60% del límite elástico mínimo especificada para ese material (aceros al carbono y aceros aleados ferríticos) o 50% del límite elástico mínimo especificado (aceros aleados austeníticos). La presión hidrostática aplicada y la tensión resultante se relacionan por la fórmula de Barlow:

P=2St/D En que P = presión hidrostática (psi o Mpa) S = tensión en la pared de la cañería (psi o Mpa) t = espesor de pared nominal (pulgadas o mm) D = diámetro extremo (pulgadas o mm)

Independientemente de los valores de presión hidrostática calculados de la fórmula de Barlow, rigen los siguientes límites máximos de presión hidrostática usados: 2500 psi (17.0 Mpa) para D≥ 3.5 pulgadas 2800 psi (19.0 Mpa) para D > 3.5 pulgadas La cañería es mantenida a la presión de prueba a lo menos 5 segundos sin que se produzcan fugas. La costura debe ser inspeccionada en toda su longitud. El cliente puede solicitar otros valores de presión de prueba y acordados con el fabricante.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS 4.6. OTROS ENSAYOS. 4.6.1. Ensayo de composición. Muchas normas especifican el análisis químico del material de la colada para asegurar al cliente que el acero está dentro de la norma en cuanto a composición. El número de muestras por lote a analizar está explícitamente establecido. 4.6.2. Ensayos no destructivos. En reemplazo de las pruebas hidrostáticas puede recurrirse a "ensayos con ultrasonido" (se marca UT) para detectar fallas en la aleación o "ensayos por corrientes en remolino" (se marca ET) para detectar discontinuidades en el metal. Estas pruebas se aplican después de cada etapa de procesado mecánico de la cañería, tratamiento térmico o enderezado. Un ensayo por rayos X de las costuras puede ser requerido por el usuario (se marca RT). 4.6.3. Ensayo de corrosión intergranular. La norma ASTM A262 da los detalles de estos ensayos aplicados a aceros austeníticos para determinar su susceptibilidad a la corrosión intergranular, mediante la acción de diversas soluciones corrosivas de ensayo (práctica A, B, C, E, F). Algunos ensayos permiten clasificar visualmente los resultados como aceptable o no-aceptable. Otros en cambio dan información cuantitativa en base a pérdida de peso, que permite determinar la susceptibilidad relativa a la corrosión intergranular, de diferentes materiales. 4.6.4. Medidas y tolerancias. Las medidas de diámetro, espesor de pared y peso/metro de cañerías en USA, han sido estandarizadas por la ANSI, existiendo dos tablas de medidas complementarias ANSI B 36.10 y ANSI B 36.19.

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SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES METALICAS Los diámetros externos en pulgadas son diámetros nominales (NPS), siendo el diámetro real siempre mayor que el NPS hasta NPS < 14". Los espesores de pared son expresados en un número arbitrario llamado Schedule (SCH), cuya equivalencia en pulgadas o mm varía según el NPS de la cañería. De este modo el espesor SCH 10 no es igual en cañerías de pequeño diámetro que en cañerías de mayor diámetro. Dentro de la norma general A530 se especifica tolerancias de peso de cañerías (+10%, -3.5% hasta NPS 12"; +10%, -5% sobre NPS 12"), tolerancia de espesor de pared (+ (15-20)%, -12.5% según NPS), variación de diámetro interno (+0,-1/16"), variación de diámetro externo (+ (0.015" -0.187"), -0.031" según NPS), variación de longitud (+-1/4") 4.6.5. Ensayo de tamaño de grano. El tamaño de grano se determina por observación al microscopio de una muestra debidamente pulida y atacada, con una disolución corrosiva adecuada, del acero o aleación. El tamaño de grano determina una serie de propiedades mecánicas de resistencia del material (resistencia a la fractura, resistencia a la fatiga), siendo a veces conveniente un tamaño de grano fino y otras veces un tamaño de grano grueso. El tamaño de grano está íntimamente relacionado con el tratamiento técnico aplicado al material. Los detalles de ensayo y evaluación de los resultados están descritos en la norma ASTM E 112.

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ALVARADO. 10. LAMINACION. POR: JOSE ENRIQUEZ – SUSANA DE ELIO. 11. HIERRO Y ACERO. POR: AUGUSTINI NOFFIT. 12. MANUAL DEL ACERO. POR: SIDERPERU. 13. ACEROS. POR: ACEROS AREQUIPA. 14. DOBLADO DE TUBOS POR: WWW.METALACTUAL.COM

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