Tesis Matriz de Doblado

DISEO DE UNA PRACTICA PARA LA EVALUACION DE SOLDADURAS POR ARCO ELECTRICO PARA EL LABORATORIO DE CONFORMADO DE MATERIALES DE LA UNET

CAPTULO IV Diseo y Construccin de la Matriz de

Doblado

Diseo y Construccin de la Matriz de Doblado 52


DISEO DE LA MATRIZ.

Figura N 4.1 Diseo de la matriz de doblado Fuente: Autor

Tabla 4.1 Componentes del diseo de la matriz de doblado

1.- Cilindro de Sujecin 7.- Tornillo NC 1/2"x 5 1/2" (4) 2.- Tornillo Prisionero 3/16x1/2 8.- Arandela Planas (4) 3.- Punzn 9.- Matriz de Forma

4.- Probeta 10.- Placa Porta Matriz

5.- Tornillo NF 3/16x1/2 (2) 11.- Buje (4) 6.- Tope de Apoyo (2) 12.- Tuerca (4)

12

9

10

1

2

3

4 5

6

7

8

11



4.1 DESCRIPCION DE LA MATRIZ

La matriz de doblado guiado est formada por una base de acero AISI 1020, llamada placa porta matriz, la cual alojar la matriz de forma hecha de acero AISI 01 que entra en la ranura y se alinea con el punzn y tiene la ventaja de montar y desmontar fcilmente. Esta matriz cuenta con unos topes sujetos con tornillos que ayudan a cuadrar las probetas cada vez que se colocan para ensayar, la matriz est diseada para probetas de espesores entre 3,18mm (1/8) y 9,53mm (3/8). Ya que los punzones transversales estn diseado para doblar dichas probetas de tales dimensiones sin que se produzcan ms de

la fuerza necesaria requerida para la conformacin de la pieza.

La Matriz que se utilizar para la realizacin del ensayo de doblado guiado consta de varias partes;

Placa Base, adaptada a la mquina Tecnovate y donde reposa la matriz de forma (hembra).

Cilindro de sujecin, en la parte superior del conjunto, que sirve para adaptar los punzones a la mquina Tecnovate.

Matriz de forma; parte inferior o hembra.

Punzones; parte superior o macho.

Mquina multiensayos Tecnovate.

Figura N 4.2 Placa base Figura N 4.3 Cilindro de sujecin



Figura N 4.4 Matriz de forma y punzones

Figura N 4.5 Mquina multiensayos Tecnovate

4.2 DIMENSIONES Y FORMA DE LA PIEZA

Al comenzar el diseo de la matriz de doblado guiado es necesario conocer la

forma geomtrica de la pieza y sus dimensiones para establecer ciertos parmetros de diseo tales como el espesor y longitud de las probetas. Las siguientes figuras muestran el esquema de las probetas:



Figura N 4.6 Esquema de la probeta soldadura transversal (1)

Figura N 4.7 Esquema de la probeta soldadura longitudinal (2)



Figura N 4.8 Esquema de la probeta soldadura transversal (3)

Figura N 4.9 Esquema de la probeta soldadura longitudinal (4)



4.3 SELECCIN DEL MATERIAL DE LA PIEZA La siguiente tabla sirve como referencia para la seleccin de los materiales para la fabricacin de punzones y matrices.

Tabla 4.2 Aceros sugeridos para distintas aplicaciones

Fuente: http://brouwer-ingenieria.com



Tabla 4.3 Aplicaciones de los aceros para herramientas y maquinarias

Fuente: http://www.sumindu.com/hw/jsp/productos.jsp



El acero que se emple inicialmente en la construccin de la matriz y de los punzones es el AMUTIT S, equivalente al (AISI O1), y dicha eleccin se bas principalmente en la disponibilidad en el mercado local y en la previsin de evitar futuros inconvenientes con las propiedades del acero indispensables en la matriz para la realizacin del ensayo de doblado guiado, este acero tiene por caractersticas generales:

Es un acero para herramientas de baja aleacin al Manganeso-Cromo-Tungsteno de los ms utilizados en trabajos en fro.

Gran dureza superficial despus del temple.

Buena estabilidad dimensional.

Excelente maquinabilidad en estado recocido.

Buena tenacidad.

Y tiene como aplicaciones:

Herramientas para cortar y formar en general.

Moldes pequeos para plsticos.

Herramientas para fundicin a presin de aleaciones no ferrosas base plomo, zinc y estao.

Troqueles para corte, estampado, escariadores, matrices, etc.

Figura N 4.10 Propiedades del Amutit S Fuente: www.ferrum-ca.com



Figura N 4.11 Punzn para probeta de 3,18mm (1/8)

Figura N 4.12 Punzn para probeta de 9,53mm (3/8)

Figura N 4.13 Matriz de forma



Las especificaciones tcnicas de los aceros utilizados se encuentran en los anexos 7 y 8.

Para la placa base, la cual se adapta a la mquina de ensayos marca Tecnovate, y sirve de base a la matriz de forma para el ensayo de doblado guiado est construida de acero AISI 1020, como al igual los bujes de los pernos que sujetan dicha base, el cilindro de sujecin que funciona como sujetador de los punzones est construido de acero AISI 1045.

Figura N 4.14 Construccin placa base

Figura N 4.15 Construccin cilindro de sujecin



Las probetas fueron fabricadas empleando pletinas de acero estructural, ASTM A-36, que es una aleacin de acero al carbono de propsito general muy comnmente vendido como hierro negro, en los sitios de distribucin de materiales para construccin. Se comprob la composicin de este acero estructural mediante la mquina de Anlisis Qumico (Tectmetro de masa), del Laboratorio de Materiales de la UNET.

Como la mayora de los aceros, el A-36, tiene una densidad de 7850 kg/m (0.28 lb/in). El acero A-36 en barras, planchas y perfiles estructurales con espesores menores de 203,2 mm (8 plg.) tiene un lmite de fluencia mnimo de 250 MPa (36 ksi), y un lmite de rotura mnimo de 410 MPa. (58 ksi). Las planchas con espesores mayores de 203,2 mm (8 plg.) tienen un lmite de fluencia mnimo de 220 MPa (32 ksi), y el mismo lmite de rotura.

El acero A-36 se produce en una amplia variedad de formas, que incluyen:

Planchas

Perfiles estructurales

Tubos Barras

Lminas

Las piezas hechas a partir de acero A-36 son fcilmente unidas mediante casi todos los procesos de soldadura. Los ms comnmente usados para el A-36 son los menos costosos y rpidos como la Soldadura por arco metlico protegido (SMAW, Shielded metal arc welding), Soldadura con arco metlico y gas (GMAW, Gas metal arc welding), y soldadura oxiacetilnica.

El acero A-36 es tambin comnmente atornillado y remachado en las aplicaciones estructurales: edificios, puentes, torres, etc.

La denominacin A-36 fue establecida por la ASTM (American Society for Testing and Materials).



Las probetas de A-36 fueron fabricadas a partir de pletinas, de espesores 3,18mm. (1/8) y 9,53mm. (3/8), cortadas a las dimensiones especificadas en la norma ASTM E 190-92 (2003).

Figura N 4.16 Probetas A-36 de 9,53mm (3/8)

Figura N 4.17 Probetas A-36 de3,18mm (1/8)

Las piezas punzones y matriz, fueron tratadas trmicamente mediante un temple en aceite, este aceite (Figura 4.19), utilizado en vehculos, fue obtenido de sitios diferentes, entre ellos, del taller de mantenimiento de la UNET, y de auto lavados locales. Se construy una rejilla (Figura 4.18) para el manejo de las 3 piezas y fueron colocadas juntas en el horno del Laboratorio de Conformado de Materiales de la UNET, se fij la temperatura del horno a 820 C (figura N 4.20), segn la tabla proporcionada por el fabricante para el tratamiento trmico.



Figura N 4.18 Rejilla construida para temple de piezas

Figura N 4.19 Aceite para temple

Figura N 4.20 Termmetro del horno (820C)



Una vez que el horno con las 3 piezas alcanzo los 820C (Figura 4.20), se esper dos horas para su extraccin, ya que todas las piezas tenan 50,8mm. (2 pulgadas) de espesor. Despus de dos horas, se retiraron las piezas del horno y rpidamente fueron sumergidas en el aceite (como se muestra en las figuras 4.21; 4.22; 4.23), procurando mantenerlas en movimiento.

Figura N 4.21 Inmersin de las piezas en aceite

Figura N 4.22 Inmersin de las piezas en aceite movindolas



Figura N 4.23 Extraccin de las piezas del aceite

Posterior a esto, se retiraron del aceite, se extrajeron de la rejilla y se lavaron, para su traslado al edificio C de la UNET, al Laboratorio de Materiales para someterlas al revenido en los hornos de dicho Laboratorio. Se colocaron en el horno a

aproximadamente 280C (Figura 4.24), por dos horas y luego se extrajeron las piezas del mismo, pudindose observar en la superficie de los punzones y de la matriz grietas, como se observa en la fotografa (figura N 4.25).

Figura N 4.24 Horno utilizado para revenido (280C)



Figura N 4.25 Punzn con grietas

Se realizaron ensayos de dureza anteriores y posteriores al tratamiento trmico de la pieza, antes del tratamiento trmico la dureza medida en uno de los punzones fue de 10

Rc. y una vez efectuado el temple, la dureza en el mismo punzn, fue mayor a 60 Rc. (Figura 4.26).

Figura N 4.26 Dureza despus del Temple.

La maana siguiente a la fecha de realizacin del ensayo, se pudo observar en las piezas una dilatacin mucho ms apreciable en las grietas detectadas, despus de lijar la superficie de los punzones y de la matriz para poder determinar la profundidad de las



grietas se observo mayores complicaciones que comprometan la realizacin del ensayo en uno de los punzones, el diseado para las pruebas en las probetas de espesor 3,18mm. (1/8), es decir, el punzn ms grande, presentaba una grieta longitudinal y una transversal, en una de sus caras, extendindose en toda la superficie de esa cara.

Se realiz la prueba de lquidos penetrantes a los punzones, y a la matriz, revelando las

grietas en las piezas, como muestran las siguientes fotografas (figura N 4.27).

Figura N 4.27 Lquidos penetrantes y aplicacin.



Figura N4.28 Aplicacin del revelador.

Se decidi tratar de hacer utilizable el punzn agrietado, mediante soldadura, tomando en cuenta que el punzn ms grande es el que menos carga deba soportar, ya que es el diseado para las probetas de menor espesor; para esto se bisel toda la superficie agrietada del punzn tal y como muestran las fotografas, y se procedi a la seleccin del electrodo ms adecuado para este fin.

Figura N4.29 Detalle del bisel del punzn



Figura N 4.30 Bisel longitudinal del Punzn

Se seleccion el electrodo: Grinox 29, Clasificacin AWS E312-16, entre cuya descripcin tcnica podemos destacar sus aplicaciones:

Soldadura de aceros al carbono, de baja, media y alta aleacin con o sin tratamiento trmico, aceros de composicin desconocida, aceros para herramientas de alta sensibilidad al agrietamiento. Recomendable como recargue y unin de materiales sujetos a impacto, friccin, corrosin. Uniones dismiles entre aceros al carbono e inoxidables,

puede usarse como capa de transicin para depsito de aleaciones contra abrasin. Las aplicaciones ms frecuentes estn en la reparacin de dientes de engranajes, tornillos sinfn, impelentes de bombas, asientos de vlvulas, ballestas, herramientas como mandriles para trabajo en caliente, estampas, troqueles y rodillos. (Lincoln Soldaduras).

Se detalla la descripcin del electrodo Grinox 29 en el catalogo de electrodos revestidos (lincoln electric), anexo 13.

Se procedi a la soldadura del punzn, con el electrodo seleccionado y con la colaboracin de soldador experto, previo calentamiento de la pieza a 200C, posterior limado y lijado de la superficie soldada, y el resultado se aprecia en la figura N 4.31.



Figura N 4.31 Punzn soldado

Figura N 4.30 Punzn soldado y rectificado.

Se determin que el punzn que haba sido soldado no era apto para la realizacin del ensayo, y se decidi comenzar la construccin de un punzn nuevo, construido en Acero Bhler VCL 140, cuyo equivalente es el acero SAE 4140 y AISI 4140, entre cuyas

aplicaciones tenemos:

Piezas en la construccin de mquinas, motores y componentes de vehculos, por ejemplo, ejes, puntas de ejes, bielas, ejes de cigeales, etc.



Elementos de matricera, insertos y moldes para la transformacin de plsticos. (Aceros Bhler S.A.)

Las especificaciones de este acero se detallan en el anexo 8 y 15.

La seleccin de este tipo de acero se bas en sus principales aplicaciones y en los requerimientos de dureza mnimos necesarios para poder utilizar este material en el punzn, para el desarrollo del ensayo, sin la necesidad de realizar algn tratamiento trmico para aumentar su dureza superficial, debido a las complicaciones y limitaciones observadas con el tratamiento efectuado.

Se realiz un anlisis qumico al acero al recibirlo, con el fin de comprobar su composicin, en la mquina disponible en el Laboratorio de Materiales de la UNET (Tectmetro de masa).

Se detalla en anexo 12.

Se procedi al mecanizado de la pieza de acero recibida segn las especificaciones de la norma.

Figura N 4.31 Punzn mecanizado de Acero AISI 4140



4.4 FUERZA DE DOBLADO

La fuerza de doblado es aquella que necesitamos aplicar sobre un cuerpo, para someterlo a una deformacin permanente.

Hay que tener en cuenta que la probeta en el momento de colocarse sobre la matriz para ser doblada, se comporta como un cuerpo solido, de tal manera que, para ser deformada necesitamos aplicar una fuerza igual o superior a la resistencia que opone el material.

Siempre que sea posible, el radio mnimo en las zonas de doblado ser igual o superior

que el espesor de las probetas, con el fin de evitar el excesivo estiramiento de las fibras y la consiguiente rotura del material.

La fuerza que se requiere para realizar el doblado depende de la geometra del

punzn y del dado, as como de la resistencia, espesor y ancho de la lmina de metal que se dobla, La fuerza mxima de doblado se puede estimar por medio de la siguiente (Ecuacin N 1), basada en el doblado de una viga simple:

................................ Ecuacin N 1

Donde:

F = fuerza de doblado, (N);

TS = resistencia a la tensin del metal en lmina, (MPa);

w = ancho de la parte en la direccin del eje de doblez, (mm);

t = espesor del material o la parte, (mm);

D = dimensin del dado abierto en (mm).



En mecnica, la ecuacin anterior se basa en el doblado de una viga simple, y Kbf es una constante que considera las diferencias para un proceso real de doblado, Su valor depende del tipo de doblado; para doblado en V, Kbf = 1.33 y para doblado en U, Kbf = 0.33.

Factor de retorno o recuperacin elstica es la propiedad que tiene el material de la

probeta de recuperarse tan pronto como cesa la accin del punzn sobre la misma.

Figura N 4.32 Doblado de la probeta

Concluida la accin deformante a la que ha estado sometida el material; este tiende a volver a su forma inicial.

Figura N 4.33 Medicin de presin sobre una probeta, durante su doblado.



4.5 SIMULACION DE ESFUERZOS AL QUE ES SOMETIDO LA MATRIZ DE DOBLADO

El anlisis se esfuerzos y deformacin se realiz a partir de las siguientes

condiciones:

Carga aplicada por la fuerza de doblado en los hombros de la matriz.

Material de la matriz : Amutit (AISI 01), propiedades estticas:

Densidad: 7855 kg/m3

Modulo de elasticidad: 200 GPa.

Limite de fluencia: 1680 MPa.

Punzn de mayor espesor

Figura N 4.34 Elemento de anlisis al momento de aplicar las cargas y desplazamiento de la matriz

Fuente: software Visual Nastran-2006



Figura N 4.35 Anlisis de esfuerzo Von Mises


Figura N 4.36 Factor de seguridad Von Mises




Figura N 4.37 Anlisis de esfuerzo Von Mises (AISI 4140)


Figura N 4.38 Fuerza aplicada a la matriz




Figura N 4.39 Anlisis de esfuerzos en el Eje X


Figura N 4.40 Anlisis de esfuerzos en el Eje Y




Figura N 4.41 Anlisis de esfuerzos en el Eje Z


Figura N 4.42 Anlisis de esfuerzos en el plano XY




Figura N 4.43 Anlisis de esfuerzos en el plano YZ


Figura N 4.44 Anlisis de esfuerzos en el plano ZX




Punzn de menor espesor

Figura N 4.45 Elemento de anlisis al momento de aplicar las cargas y desplazamiento de la matriz


Figura N 4.46 Fuerza aplicada a la matriz




Figura N 4.47 Anlisis de esfuerzo Von Mises


Figura N 4.48 Factor de seguridad Von Mises




Figura N 4.49 Anlisis de esfuerzo en el Eje X


Figura N 4.50 Anlisis de esfuerzo en el Eje Y




Figura N 4.51 Anlisis de esfuerzo en el Eje Z


Figura N 4.52 Anlisis de esfuerzo en el plano XY




Figura N 4.53 Anlisis de esfuerzo en el plano YZ


Figura N 4.54 Anlisis de esfuerzo en el plano ZX




Como se puede observar en las (figuras N 4.34 y 4.45), los desplazamientos se encuentran en el plano X-Y, son prcticamente despreciables, por lo tanto podemos decir que no se producen esfuerzos que conlleven a una posible falla de la matriz.

Los desplazamientos mximos se encuentran (figura N 4.34) 0,0318 mm. y (figura N 4.45) 0,0239 mm., estos valores son insignificantes.

Para estos estudios se construy la matriz de material AISI 01, y el punzn grande se construy de 2 tipos de materiales (AISI 01 y AISI 4140), el punzn pequeo se construy de material AISI 01.

Se puede observar la secuencia de los distintos esfuerzos y factores de seguridad para diferentes materiales y espesores de los punzones.

En los anexos 7 y 8 se puede observar las caractersticas y aplicaciones de los materiales utilizados.

4.6 PROCEDIMIENTO PARA LA EVALUACION DE LAS SOLDADURAS

Un procedimiento de evaluacin de la soldadura es utilizado para documentar todos los elementos, variables y factores que estn envueltos en la produccin de una soldadura especifica.

Mediante un procedimiento de soldadura se persigue alcanzar los siguientes

objetivos: Mantener dimensiones mediante el control de la distorsin.

Productividad y reduccin de costos.

Reducir esfuerzos residuales.



Controlar las propiedades mecnicas, qumicas y de resistencia a la corrosin de la soldadura y zona afectada por el calor.

Minimizar cambios metalrgicos desfavorables.

Cumplir con los requerimientos de ciertas especificaciones o cdigos.

La evaluacin de especificaciones de procedimientos de soldadura consta de 4 pasos:

1.- Seleccin, preparacin y soldadura de muestras, las soldaduras ejecutadas sobre las muestras, deben ser representativas de las soldaduras de produccin durante la

fabricacin. El tamao, tipo y espesor, ser determinado por la norma aplicable, en este caso la norma ASTM E190 92 (2003).

2.- Extraccin y prueba de probetas de acuerdo a la norma aplicable, el tipo y nmero de probetas a ser removidas para realizar las pruebas de ensayos no destructivos, dependern de los requerimientos de la norma aplicable o de condiciones particulares. Las pruebas realizadas a la soldadura son destructivas y generalmente consiste de ensayos de traccin, doblado e impacto. En algunas ocasiones, se realizan ensayos no destructivos que se harn en las soldaduras de produccin. Se deber asegurar que el Registro de Calificacin de Pruebas (RCP) indique en detalle los parmetros de soldadura utilizados y los resultados de las pruebas exigidas.

3.- Evaluacin de los resultados de las pruebas realizadas, los resultados debern ser analizados por el inspector responsable, con el fin de determinar si los detalles de las pruebas y sus resultados cumplen con los requerimientos aplicables.

4.- Aprobacin de la EPS, la EPS ser aprobada si cumple con todos los

requerimientos del cdigo y especificacin de referencia. Es de hacer notar, que una EPS deber ser recalificada, si existe algn cambio en las variables esenciales de la misma.



El doblado consiste en conseguir una pieza de forma, partiendo de una pieza plana, el doblado se efecta al obligar el material a doblarse a lo largo de un eje. El ensayo de doblado consiste en doblar una probeta de un material hasta que aparezcan grietas o fisuras, midindose el ngulo donde tales alteraciones se han producido.

Para realizar el ensayo de coloca el material sobre dos rodillos y se le aplica la presin de un tercer rodillo situado encima de la pieza y en medio de los dos rodillos que sujetan la pieza. Al aplicar la fuerza el material cede y se dobla y se calcula por valores preestablecidos la presin que hay que darles y el ngulo que deben formar.

Para la evaluacin de la soldadura se utilizar lo especificado en la norma ASTM E 190-92 (2003), en cuyo sumario seala:

Este mtodo de prueba cubre un ensayo de doblado guiado para la determinacin de la solidez y ductilidad de las soldaduras en productos frreos y no frreos. Los defectos, no mostrados en los rayos X, pueden aparecer en la superficie de una probeta cuando esta es sometida a una sobrecarga progresiva y localizada. Este ensayo de doblado guiado ha sido desarrollado principalmente para placas y no pretende ser sustituido por otros mtodos de doblado guiado. (ASTM INTERNATIONAL, 2003).

En la seccin ASME IX, QW 160, se encuentra el apartado: Pruebas de doblez guiado, de donde se ha consultado informacin referente al ensayo.

Las pruebas realizadas abarcan:

Doblado transversal de cara la soldadura es transversal a el eje longitudinal de la probeta, la cual es doblada de manera que la cara de la superficie soldada se convierte en

la superficie convexa de la probeta. En la figura N 4.55, se observa un ensayo de doblado transversal de cara, la cara de la soldadura, es la parte que ha quedado expuesta a la soldadura, en este caso, dicha cara quedara en la parte inferior de la soldadura, en la parte externa de la forma de U.



Figura N 4.55 Doblado de Cara

Doblado transversal de raz la soldadura es transversal al eje longitudinal de la probeta, la cual es doblada de manera que la superficie de la raz de la soldadura (opuesta a la de la cara) se convierte en la superficie convexa de la probeta doblada.

Doblado longitudinal de cara la soldadura es paralela al eje longitudinal de la probeta, la cual es doblada de manera que la cara soldada de la probeta se convierte en la superficie convexa de la probeta doblada.



Figura N 4.56 Probeta soldada longitudinal

Doblado longitudinal de raz la soldadura es paralela al eje longitudinal de la probeta, la cual es doblada de manera que la superficie de la raz de la soldadura se convierte en la superficie convexa de la probeta doblada.

Figura N 4.57 Montaje de probeta longitudinal en la matriz de doblado

El criterio de aceptacin para el ensayo de doblado guiado, ser tomado de la norma ASME, Seccin IX, QW- 163, que refiere:

Criterios de Aceptacin Pruebas de doblez



La soldadura y la zona afectada por el calor de un espcimen de doblez transversal de soldadura, estar completamente dentro de la porcin doblada del espcimen despus de la prueba.

Los especmenes de doblez guiado nada habrn de tener de defectos abiertos en la zona afectada por el calor que excedan de 1/8 pulgada., medido en cualquier direccin sobre la superficie convexa del espcimen despus de doblado. Los defectos abiertos que ocurran en las esquinas del espcimen durante la prueba no se tomaran en cuenta a menos que haya evidencia precisa de que ellos resultan por falta de fusin, inclusiones de escoria u otros defectos internos. Para revestimiento de sobre capa de soldadura

resistente a corrosin, nada de defecto abierto que exceda 1/16 pulgada, medido en cualquier direccin, ser permitido en el revestimiento; y nada de defectos abiertos, que excedan de 1/8 pulgada, se permitirn en la lnea de ligazn. (ASME INTERNATIONAL).

El proceso de la operacin de doblado se puede describir de la siguiente manera:

1era Fase: El punzn y la parte mvil del conjunto permanecen estticos en el punto muerto superior, mientras que en la parte inferior se posiciona una probeta plana soldada lista para ser doblada. 2da Fase: El punzn inicia la carrera de descenso, hasta hacer contacto con la probeta e iniciar el doblado de la misma. 3era Fase: Al final de la carrera de descenso el punzn alcanza el punto muerto inferior y la probeta queda doblada. 4ta Fase: Despus del doblado la parte superior o mvil del conjunto retrocede hasta alcanzar el punto muerto superior, momento en el cual se podr extraer la probeta doblada de la boca de la matriz. En este momento el ciclo de trabajo ha finalizado y la matriz est preparada para doblar una nueva pieza.



4.7 ANALISIS DE RESULTADOS

En este apartado se describirn las apreciaciones obtenidas luego de realizar el ensayo de doblez guiado, utilizando la matriz construida y adaptada a la mquina Tecnovate para tal fin.

Tabla 4.4 Descripcin de las probetas ensayadas y apreciacin posterior al ensayo

Fuente: Autores



1

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5

6

Tabla 4.5 Intensidad de corriente para cada tipo de electrodos

Fuente: Manual indura soldaduras

1.-Electrodo. 2.-Arco. 3.-Charco de soldadura 4.-Proteccin del gas 5.-Solidificacin del metal soldado 6.-Escoria

Figura N 4.58 Proceso SMAW



Figura N 4.59 Falta de penetracin Figura N 4.60 Excesiva penetracin

Figura N 4.61 Defectos de las soldaduras



A.- Buena soldadura, la corriente correcta, velocidad de desplazamiento y duracin del arco adecuado.

B.- Corriente demasiado bajo, apariencia de curva convexa. C.- Corriente demasiado alta, excesiva salpicadura y quemado completamente D.- Duracin del arco demasiado breve, pobre penetracin hacia el material base. E.- Duracin del arco demasiado larga, salpicaduras excesivas, discontinuidad de la

escoria y porosidades. F.- Velocidad de desplazamiento demasiado lenta, cordn amplio, depsito de metal

excesivo.

G.- Velocidad de desplazamiento demasiado alta, cordn delgado, poca penetracin en

el metal base.

El objeto de esta prctica consiste en realizar la unin de dos pletinas, de forma que quede una pieza unida por un cordn horizontal formando una pieza compacta. En primer lugar uniremos mediante puntos de soldadura el centro (1) y los extremos (2 y 3). El objeto fundamental es evitar grandes deformaciones y una buena unin entre las piezas, las pletinas debern estar paralelas para una buena realizacin de la soldadura y separadas unos 2 mm.

Figura N 4.62 Puntos iniciales de la soldaduras A continuacin se muestran algunas figuras de las probetas ensayadas:



Figura N 4.63 Probeta N4, cordn transversal de cara

P. N OBSERVACIONES RECOMENDACIONES

4

Se puede notar poros internos a causa de gases desprendidos durante la fusin del rea de soldadura pero atrapados durante la solidificacin, corriente demasiada alta que produce inclusiones de escoria interna en el recorrido del cordn.

Se sugiere bajar la intensidad de corriente para ese tipo de electrodo y disminuir la velocidad del recorrido para producir una fusin uniforme.

Figura N 4.64 Probeta N 5, cordn transversal de cara




5

Se puede observar escoria interna y discontinuidades del cordn base producindose una fusin incompleta a causa del exceso de la velocidad de avance, agrietndose en los bordes de la soldadura.

Se sugiere bajar la intensidad de corriente y mantenerla en promedio a 90 amp. Para que se mantenga una penetracin completa y un avance uniforme.

Figura N 4.65 Probeta N13, cordn longitudinal de cara


13

Se puede observar cordn uniforme y fusin completa, intensidad de corriente moderadamente alto produciendo una penetracin adecuada en el cordn base.

Se sugiere pasar otro cordn en la parte superficial para dejar ms uniforme la superficie, y mejorar el acabado en los bordes de la soldadura.





14

Se puede observar cordn uniforme y fusin completa, buena apariencia visual y mnimos poros superficiales, se puede apreciar buena penetracin en el cordn base sin llegar a producir grietas.

Se sugiere mantener el biselado, y la intensidad de corriente para este tipo de electrodo elevado para tener buen aporte de material en las soldaduras.





23

Se puede observar en la zona de la unin quemada produciendo alteraciones en la propiedades y composicin qumica del material base, esto ocurre cuando tiene elevada intensidad de corriente y el espesor de las probetas muy delgado.

Se sugiere bajar la intensidad de corriente promedio para el tipo de electrodo a 60 amp., para que haya una penetracin uniforme y se disipe ms rpido el calor producto de la fusin.

Figura N 4.68 Probeta N25, cordn longitudinal de raz


25

Se puede observar cordn defectuoso, penetracin insuficiente sin soldadura en el centro, velocidad de avance muy rpido produciendo salpicaduras y poros internos a causa de la intensidad de corriente elevado.

Se sugiere bajar la intensidad de corriente para que haya una penetracin uniforme en el cordn base y disminuir la velocidad de avance.



Figura N 4.69 Probeta N44, cordn transversal de raz


44

Se puede observar cordn defectuoso e incompleto a causa de elevada intensidad de corriente, velocidad de avance muy rpido y discontinuidad en los bordes, socavamientos del metal base.

Se sugiere bajar la intensidad de corriente para que haya una penetracin uniforme en el cordn base y disminuir la velocidad de avance.

Figura N 4.70 Probeta N50, cordn transversal de raz




50

Se puede observar un cordn incompleto a causa de la baja intensidad de corriente producindose porosidades e inclusin de escoria y llegando al calentamiento del metal base y fracturndose la probeta.

Se sugiere mantener una intensidad de corriente promedio para este tipo de electrodo a 60 amp. y mantener la velocidad de avance uniforme.



51

Se puede observar diferentes cordones con porosidades e inclusiones de escoria interna y calentamiento del metal base produciendo alteraciones en la composicin qumica del acero a causa de la alta intensidad de corriente.

Se sugiere bajar la intensidad de corriente para que haya una penetracin uniforme en el cordn base y disminuir la velocidad de avance, para que se produzca una fusin completa.



4.8 CONCLUSIONES DE ANALISIS DE RESULTADOS

Se utilizaron para el ensayo electrodos E-6013 y E-7018

Se utilizaron lminas de acero al carbono A36 de dos espesores: 3,175mm (1/8) y 9,525mm (3/8), cortadas en una segueta mecnica, en la medida 76,2mm (3) X 38,1 mm (1 ). Estas fueron soldadas mediante soldadura elctrica por arco, para obtener las muestra de trabajo de 152,4mm (6) X 38,1 mm (1 ), las cuales fueron separadas en distintos grupos de experimentacin, segn dos tipos de electrodos utilizados: E6013 y E7018.

Tambin se probaron diferentes intensidades de corriente de soldadura. Por ltimo, a las superficies de las piezas soldadas, se les hicieron diferentes formas de bisel 45 y 60.

El objetivo de este trabajo fue hacer un anlisis de tres variables importantes en la soldadura de probetas de acero A- 36, como son el tipo de bisel en la zona de unin, la intensidad de corriente empleada y el tipo de electrodo usado, para dos espesores de materiales.

El criterio de seleccin de los tipos de electrodos analizados se bas en que son los dos ms usados en la herrera y la industria por su mejor relacin costo beneficio en su utilizacin.

La eficacia de cada electrodo fue estudiada en cuatro condiciones de soldadura distintas: dos tipos de bisel y dos intensidades de corriente. Como se observa en la (tabla 4.5) y en los figuras 4.58 hasta 4.69, en todas las muestras soldadas con electrodos E7018 se obtuvieron valores ms altos de resistencia en el ensayo de doblado, en comparacin con el electrodo E6013. Esta tendencia se mantuvo aunque variaran otras condiciones de las muestras, como intensidad de corriente y tipo de bisel.

Esto se debe a que el electrodo E6013 es un electrodo cuya principal aplicacin es la realizacin de soldaduras superficiales, es decir, la capacidad de penetracin de este electrodo es inferior a la capacidad de penetracin del electrodo E7018. Su resistencia mxima a la traccin es de 60 mil PSI, mientras que el E7018 tiene una resistencia de 70



mil PSI. A pesar de que el E6013 puede ser usado en aceros estructurales, como el A36, se recomienda principalmente para soldadura de puntos o para soldar piezas de espesores inferiores a 4 mm.

Los electrodos E6013 estn recubiertos de rutilo con potasio. El rutilo es xido de titanio, el cual forma titanatos de hierro en la escoria (TiO2FeOMnO), lo que le confiere a sta la viscosidad adecuada para permitir la soldadura cuando entre los bordes a unir existe una distancia excesiva, o defectuosa preparacin de juntas . Resultan por su fcil manejo en cualquier clase de montaje, la escasa influencia de las condiciones ambientales y por ser adecuados para emplearse en todas las posiciones, idneos para todo tipo de soldaduras siempre que no se requiera una elevada tenacidad (resistencia a romperse o deformarse).

Los electrodos E7018 son del grupo de electrodos bsicos, cuyo recubrimiento es bajo en hidrgeno, con polvo de hierro. Son electrodos de alto rendimiento, porque depositan gran cantidad de metal al fundirse, por lo que son apropiados para piezas que requieren gran resistencia al impacto.

La influencia de la intensidad de corriente moderadamente baja para ambos tipos de electrodos dio mejores resultados que las muestras soldadas con una intensidad de corriente alta. . Ambas intensidades de corriente fueron probadas en cuatro condiciones distintas: dos tipos de bisel combinados con dos tipos de electrodos, para los dos espesores estudiados.

En todos los casos, los valores de esfuerzo (PSI) resultantes del ensayo de doblado fueron ms altos cuando la intensidad de la corriente fue menor.

Estos resultados se deben a que una alta (o excesiva) intensidad de corriente hace que se funda mayor cantidad del material base (metal), mientras que el material de aporte puede ser insuficiente, generando socavaciones en la soldadura, que disminuyen su resistencia. Adems, la excesiva corriente elctrica genera calor excesivo, el cual puede vaporizar diversos compuestos cercanos a la zona de unin, los cuales quedan atrapados dentro del cordn de soldadura, produciendo porosidades. Estos pequeos agujeros o burbujas pueden debilitar la zona de unin, como en efecto se observ en los ensayos realizados.

Tesis Matriz de Doblado

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