Tema 5PROCESOS DE SOLDADURA Y CORTE

Soldadura por arco de metal protegido SMAW

Concepto y definición

"Es el proceso de soldadura por arco en el que se produce coalescencia de metales por medio de calor de un arco eléctrico que se mantiene entre la punta de un electrodo cubierto y la superficie de metal base en la unión que se está soldando".

El electrodo consiste en: Núcleo, que consiste en una varilla de metal de material sólido o colado. Esta misma conduce la corriente eléctrica al arco y suministra el material de aporte. Cobertura o recubrimiento del núcleo, esta estabiliza el arco y  protege el metal derretido de la atmósfera por medio de gases que se generan a la descomposición por el calor. La elección y aplicación de los electrodos y del metal base influirá en las propiedades mecánicas, composición química y estructura metalúrgica de la soldadura.Principios

El proceso de soldadura consiste de una fuente de potencia eléctrica que ligada a dos cables de soldadura se conectara uno a la pieza de trabajo (tierra física) y el otro al porta electrodos.

El proceso se inicia a partir Encendido del arco entre el electrodo-metal base Eleva la temperatura fundiendo ambas partes. Aparecen glóbulos de metal fundido por parte del electrodo. Transferencia de glóbulos hacia el charco de soldadura fundida.

Funciones del recubrimiento de los electrodos: Provee un gas para proteger el arco y evitar una contaminación exclusiva del metal de aporte derretido por parte de la atmósfera. Suministra limpiadores, desoxidantes y agentes fundentes para purificar la soldadura y evitar un crecimiento excesivo de granos en el metal de soldadura. Establece las características eléctricas del electrodo. Proporciona un manto de escoria que protege la soldadura caliente del aire y mejora las propiedades mecánicas, la forma del cordón y la limpieza superficial de dicho metal. Constituye un media para añadir elementos de aleación que modifiquen las propiedades mecánicas del metal de soldadura. En todos los casos, la cobertura contiene la mayor parte de los materiales de protección, limpieza y desoxidación.

Capacidades y limitaciones del proceso: El equipo es relativamente sencillo, económico y portátil. El electrodo recubierto proporciona el metal de aporte y el mecanismo para proteger dicho  metal y el metal de soldadura contra una oxidación perjudicial durante la soldadura. No se requiere protección con gas auxiliar ni fundente granular. El proceso en menos sensible al viento y las corrientes de aire que los procesos de soldadura por arco protegidos con gas. Se puede utilizar en áreas de acceso limitado. El proceso es adecuado para la mayor parte de los metales y aleaciones de uso común.Los electrodos de SMAW pueden soldar: Aceros al carbono y de baja aleación Aceros inoxidables Hierro colado Cobre y sus aleaciones Níquel y sus aleaciones Aluminio (algunos casos)Los siguientes metales presentan bajo punto de fusión, por lo que no es acto para SMAW Plomo Estaño ZincEl electrodo cubierto, al encender el arco la corriente fluye en la longitud del electrodo, por lo que se la resistencia eléctrica de este lo limita al rendimiento óptimo de la corriente. Cuando el amperaje es excesivo sobre calienta el electrodo y descompone todas sus propiedades como material de aporte.

Recomendaciones del proceso de soldadura SMAW Los electrodos pueden consumirse hasta una cierta longitud mínima, la cual será desechada y repuesta por uno nuevo. Eliminar la escoria en los puntos donde se inicia y se detiene, y antes de depositar una nueva soldadura junto o sobre la existente.Equipo

Fuente de potencia

Tipo de corriente de salidaLa corriente alterna (CA) o corriente continua (CD) pueden usarse en la soldadura SMAW. El tipo de corriente influye en el rendimiento del proceso.

Accesorios

Porta electrodos Dispositivo de sujeción que permite manipular el electrodo. Medio para transmitir la corriente de soldadura, a través de las quijadas de este, entre el cable al electrodo.

 Conexión de pieza de trabajo Dispositivo  para conectar el cable de pieza de trabajo a esta. Es una conexión fuerte y puede montarse con rapidez y facilidad.Cables para soldadura

Conjunto de alambres fino de cobre o aluminio trenzados y envueltos en una funda flexible (hule sintético o plástico especial) que servirá como medio de transferencia de corriente de soldadura entre la fuente de potencia y el porta electrodo-abrazadera de la tierra.

Careta

Tiene como función de proteger los ojos, rostro, frente, cuellos y orejas del soldador de los rayos directos del arco y de chispas y salpicaduras que salen desprendidas.

Equipo diverso

Cepillo de alambres de acero Martillo Cincel MazoSon útiles a las tareas de limpieza de la soldadura (eliminación de suciedad, escoria y cualquier otro material extraño que interfiera en la soldadura).

Materiales

Metales baseLa aplicación del proceso para un metal de base específico depende de la disponibilidad de un electrodo recubierto cuyo metal tenga composición y propiedades requeridas. Haciendo la existencia para los siguientes metales base:

Aceros al carbono Acero de baja aleación Aceros resistencia a la corrosión Hierros colados (dúctiles y grises) Aluminio y aleaciones de aluminio Cobre y aleaciones de cobre Níquel y aleaciones de níquel

Electrodos recubiertos

Se clasifican de acuerdo: Composición química (Sin diluir) Propiedades mecánicas (Sin diluir) Tipo de corriente con el que trabaja mejor.

El recubrimiento de los electrodos se caracteriza por ser higroscópico (facilidad de absorber y retener la humedad). En el proceso de soldadura, el electrodo con humedad capturada, disocia tal humedad en hidrogeno y oxígeno, a la vez causa agrietamientos (común en aceros de alta resistencia. Donde un exceso de humedad provoca porosidad en el metal depositado.

Aplicaciones

Espesores

El proceso de SMAW engloba los espesores entre 3 y 38 mm. (1/8’’ y 1.5’’), excepto cuando la configuración de la piezas del trabajo es irregular.Posiciones de soldaduraEl proceso de SMAW se desarrolla en cualquier posición con la mayor parte de los materiales apropiados.

Especificaciones y clasificación de electrodos

Se clasifica de acuerdo a las especificaciones de la AWS y ciertas agencias militares:1ra Clasificación Composición  Propiedades2da Clasificación Tipo de corriente Tipo de posición que se unenNomenclaturaLa AWS enmarca una especificación de la enumeración para la clasificación de electrodos de acero al carbono para soldadura con arco

En el último dígito indica varios factores como los siguientes:

ULTIMA CIFRA

E-XXX0

E-XXX1

E-XXX2

E-XXX3

E-XXX4

E-XXX5

E-XXX6

E-XXX7

E-XXX8

TIPO DE CORRIENTE

C.D. C.A. - C.D.

C.A. - C.D.

C.A. - C.D.

C.A. - C.D.

C.D. C.A. - C.D.

C.A. - C.D.

C.A. - C.D.

TIPO DE POLARIDAD

P.I. ó E.P.

P.I. ó E.P.

P.I. ó E.N.

P.I. ó E.N., P.I. ó E.P.

P.I. ó E.N., P.I. ó E.P.

P.I. ó E.P.

P.I. ó E.P.

P.I. ó E.N., P.I. ó E.P.

P.I. ó E.N., P.I. ó E.P.

TIPO DE ESCORIA

Celulosico

Sodico

Celulosico

Potasico

Rutilo Sodic

o

Rutilo Potasi

co

Rutilo Bajo Hidrógeno Sodic

o

Bajo Hidrógeno Potasi

co

Mineral

Bajo Hidrógeno Miner

alTIPO DE ARCO

Penetrante

Penetrante

Mediano

Suave Suave Mediano

Mediano

Suave Mediano

PENETRACION

Profunda

Profunda

Mediana

Ligera Ligera Mediana

Mediana

Mediana

Mediana

POLVO DE HIERRO

0 -10 %

No 0 -10 %

0 -10 %

30 - 50%

No No Oxido 50%

30 - 50%

En electrodos de acero de baja aleación, dentro de la especificación AWS A5.5, emplea un sufijo para designar la composición química del metal de soldadura, que se muestra en la siguiente tabla.

SUFIJO C MN SI NI CR MO VAA1 0.12 0.6 - 1.0* 0.40 - 0.80 0.40 - 0.65B1 0.12 0.9 0.40 - 0.80 0.40 - 0.65 0.40 - 0.65

B2L 0.05 0.9 0.80 - 1.00 0.40 - 0.65 0.40 - 0.65B2 0.12 0.9 0.60 - 0.90 0.40 - 0.65 0.40 - 0.65

B3L 0.05 0.9 0.80 - 1.00 0.90 - 1.20 0.90 - 1.20B3 0.12 0.9 0.60 - 0.90 0.90 - 1.20

B4L 0.05 0.9 1.00 1.75 - 2.25 0.40 - 0.65B5 0.07 - 0.15 0.4 - 0.7 0.30 - 0.60 0.50 - 0.60 1.00 - 1.25 0.50C1 0.12 0.12 0.60 - 0.80 1.00 - 2.75C2 0.12 0.12 0.60 - 0.80 3.00 - 3.75C3 0.12 0.04 - 1.25 0.80 0.80 - 1.10 0.15 0.35 0.05D1 0.12 1.25 - 1.75 0.60 - 0.80 0.25 - 0.45D2 0.15 1.65 - 2.00 0.60 - 0.80 0.25 - 0.45G 1.00 mín. 0.80 mín. 0.50 mín. 0.50 mín. 0.20 mín. 0.10 mín.

M** 0.1 0.60 - 2.25 0.60 - 0.80 1.40 - 2.50 1.40 - 2.50 0.25 - 0.55 0.05

Soldadura por arco de metal y gas GMAW

"Es un proceso de soldadura por arco que emplea un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte, proporcionando un escudo de gas suministrado externamente y sin aplicación de presión".

Usos y ventajas Es un proceso que une la mayoría de los metales y aleaciones comerciales. GMAW no tiene restricción de tamaño de electrodo. Se adapta a todas las posiciones de soldadura. Obtiene altas tasas de deposición. Mejor velocidad de soldadura. Se obtiene soldaduras continuas sin interrupción. Con el uso de transferencia por aspersión, se logra una mayor penetración de la soldadura. En ocasiones no se requiere limpieza de la soldadura.

Limitaciones El proceso es complejo, costoso y transporte poco factible. Menos adaptable realizar el proceso en lugares de difícil acceso. El proceso se debe de proteger el gas protector por dispersión de las corrientes de aire. Niveles altos de calor radiado y la intensidad del arco.

El proceso une los principales metales y aleaciones: Aceros al carbono Aceros inoxidables Aluminio Magnesio Cobre Hierro Titanio Zirconio Hierros y aceros de baja aleación Aceros de bajo carbono Aceros templados de alta resistencia Aceros cromo-hierro Aceros alto níquel

El proceso de soldadura se puede realizar: Semiautomático (Manipulación de la pistola, cuyo electrodo es alimentado automáticamente) Automático

Factores del proceso GMAW Corriente de soldadura (Velocidad de alimentación del electrodo) Polaridad Voltaje del arco Velocidad de recorrido Extensión del electrodo Orientación del electrodo (Ángulo de desplazamiento) Posición de la unión a soldar Diámetro del electrodo Composición y tasa de flujo de gas protector

Equipo Pistola con un sistema de enfriamiento por agua o aire Unidad de alimentación del electrodo Control de la soldadura Fuente de potencia para soldadura Suministro regulado de gas protector Suministro de electrodo Cables y mangueras para interconexión Sistema de recirculación de agua (para pistolas enfriadas por agua)

Consumibles Electrodo Gas protector

Para la selección de estos influye en Metal base Propiedades a adquirir el metal base con la soldadura Condición y limpieza del metal base Tipo de servicio o requerimiento de especificación aplicable Posición de soldadura Modalidad de transferencia de metal que piensa a usar.

Tipos de transferencia de metal en GMAW Transferencia por corto circuito Uso de gas protector a base de Argón y CO2 o por CO2. Uso con un Amperaje bajo y diámetro de alambres de diámetro pequeño. Uso en láminas y elementos delgados. Adapta en todas las posiciones de soldadura. Transferencia globular Uso con Amperaje alto. Metal fundido de aporte forma un glóbulo de 2 veces su diámetro. No es comúnmente usado este tipo de transferencia.

Depende de la fuerza de gravedad para la transferencia del metal de aporte. Transferencia por spray. Uso con Amperaje considerablemente alto. Uso de alambres de diámetros grandes. Uso de gas protector de Argón. Se genera una gran cantidad de calor. Se limita en soldaduras de filete y ranuras de unión en posición plana. Transferencia por spray y arco pulsado. Variante de transferencia por spray. La fuente de poder pulsa o varía el amperaje en varios de cientos de veces por segundo. Una pequeña gota de metal fundido se transfiere del arco al charco. Uso de un Amperaje relativamente bajo al spray convencional. Adapta a cualquier posición de soldadura y espesor.Tipo de corriente y polaridad empleado en GMAW Uso corriente directa (CD) Polaridad invertida (electrodo positivo)Con esto se puede obtener un arco más estable, la transferencia de metal suave y pocas salpicaduras.

Electrodos

El electrodo o metal de aporte para la GMAW esta cubierto por diversas especificaciones de la AWS para metales de aporte. En general, para aplicaciones de unión, la composición del electrodo es similar a la del metal base.

Nomenclatura y clasificaciónRequerimientos de composición química para alambre o barra sólida

Clasificación

C Mn Si P S Cr

Ni Mo

V Cu

Ti Zr Al

ER70S-2

0.07 0.90 - 1.40

0.40 -0.70

0.025

0.035

( e )

( e )

( e )

( e )

0.5

0.05 - 0.15

0.02 - 0.12

0.05 - 0.15

ER70S-3

0.06 - 0.15

0.90 - 1.40

0.40 - 0.75

0.025

0.035

( e )

( e )

( e )

( e )

0.5

-- -- --

ER70S-4

0.06 - 0.15

1.00 - 1.50

0.65 - 0.85

0.025

0.035

( e )

( e )

( e )

( e )

0.5

-- -- --

ER70S-5

0.06 - 0.19

0.90 - 1.40

0.30 - 0.60

0.025

0.035

( e )

( e )

( e )

( e )

0.5

-- -- 0.50 - 0.90

ER70S-6

0.06 - 0.15

1.40 - 1.85

0.80 -1.15

0.025

0.035

( e )

( e )

( e )

( e )

0.5

-- -- --

ER70S-7

0.07 - 0.15

1.50 - 2.00

0.50 -0.80

0.02

0.03

( e

( e

( e

( e

0.

-- -- --

5 5 ) ) ) ) 5ER70S

-GER70C

-GNo

Especificado

ER70C-3X

0.12 1.75 0.9 0.03

0.03

( e )

( e )

( e )

( e )

0.5

Gas de protección 75 80% Ar/Balance CO2

ER70C-6X

0.12 1.75 0.9 0.03

0.03

( e )

( e )

( e )

( e )

0.5

ER70C-G(X)

No Especifi

cado

(F)

ER70C-GS(X)

No Especifi

cado

(F)

Gases protectores Proporciona un entorno protector ante la atmósfera. Enmarca las características del arco. Modalidad de transferencia del metal de aporte. Penetración y perfil de la soldadura. Velocidad de la soldadura. Tendencia al socavamiento. Acción limpiadora. Mejora las propiedades mecánicas del metal de soldadura.

Mezcla de múltiples gases protectores.

Argón-Oxígeno-Dióxido de Carbono 20% CO2 – 3 a 5% O – Resto Ar. Son óptimas en modalidades de aspersión, cortocircuito y pulsado. Proporciona una protección adecuada.

Argón-Helio- Dióxido de Carbono. Aplicable en Aceros al carbono de baja aleación e inoxidables con uso de transferencia por: Cortocircuito (con He como constituyente primario). Arco pulsado (con Ar como constituyente primario).

Dióxido de Carbono Uso en Aceros al carbono. Protección óptima. Consigue una mayor velocidad de soldadura. Consigue una mayor penetración en la unión.

Gases protectores para transferencia por Aspersión GMAWMetal Gas protector Espesor Ventajas

Aluminio 100% Ar 0 - 25 mm (0 - 1'')

Transferencia de metal y estabilidad del arco óptico; mínimo de salpicaduras.

35% Ar - 85% He 25 - 76 mm (1 - 3'')

Alta aportación de calor; Mejores características de fusión con aleaciones Al-Mg serie 5 XXX.

25% Ar - 75% He Más de 76 mm (> 3'')

Máximo aporte de calor; Minimiza la porosidad.

Magnesio 100% Ar - Excelente acción limpiadora.95% Ar - 3.5% O - Mejora la estabilidad del arco; Produce un charco de

soldadura más fluido y contable; buena coalescencia y perfil de franja; Minimiza el socavamiento; Permite mayor velocidad.

90% Ar - 8/10% CO2

- Minimiza el socavamiento; Confiere una buena tenacidad.

Acero de baja

aleación

98% Ar - 2% O - Minimiza el socavamiento; Prefiere una buena tenacidad.

Acero Inoxidable.

99% Ar - 1% O - Mejora la estabilidad del arco; Produce un charco de soldadura más fluido y contable; buena coalescencia y perfil de franja; Minimiza el socavamiento en aceros inoxidables gruesos.

98% Ar - 2% O - Ofrece mejor estabilidad de arco, coalescencia y velocidad de soldadura relativo a 1% O para piezas de acero inoxidable delgadas.

Níquel, Cobre y

sus aleaciones

.

100% Ar Hasta 3.2 mm (< 1/8'')

Ofrece mejor mojado; Reduce la fluidez del metal de soldadura.

Ar - He - Mayor aporte de calor relativo a mezclas con 50 y 75% He, lo que compensa la elevada disipación de calor de los calibres más gruesos.

Titanio 100% Ar - Buena estabilidad del arco; Contaminación mínima de soldadura; Se requiere respaldo con gas inerte para evitar contaminación con aire de la parte de atrás del área de soldadura.

Gases protectores para transferencia en Corto Circuito en GMAWMetal Gas protector Espesor Ventajas

Aceros al carbono

75% Ar - 25% CO2

Menor de 3.2 mm (< 1/8'')

Altas velocidades de soldadura de perforación; Mínimo de distorsión y salpicaduras.

Argón - 5/10% CO2

Mayor de 3.2 mm (> 1/8'')

Penetración más profunda; Mayor velocidades de soldadura.

Acero inoxidable

90% He - 7.5% Ar - 2.5% CO2

- Ningún efecto sobre la resistencia a la corrosión; Zona termicamente pequeña afectación; Sin socavamiento; Mínima distorsión.

Acero de 60-70% He - - Excelente tenacidad; Excelente estabilidad de

baja aleación

25.5% Ar -4.5% CO2

arco; Características de mojado y perfil de franja; Menor salpicadura.

75% Ar - 25% CO2

- Buena tenacidad; Excelente estabilidad del arco; Características de mojado y perfil de franja; Poca salpicadura.

Aluminio, Cobre,

Magnesio, Níquel y

sus aleaciones

.

Ar - He Mayor de 3.2 mm (> 1/8'')

El Ar es satisfactorio para lámina, se prefiere Ar - He para material base.

Soldadura por arco con núcleo fundente FCAWEs un proceso de soldadura por arco que aprovecha un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte y el charco de soldadura con la aplicación de protección de un fundente contenido dentro del electrodo tubular, con o sin escudo adicional de gas de procedencia externa, y sin aplicación de presión.

El electrodo con núcleo de fundente es un electrodo tubular de metal de aporte compuesto que consiste en una funda metálica y un núcleo con diversos materiales pulverizados.

Características Es una combinación de la SMAW, GMAW y SAW. La productividad de la soldadura de alambre continuo. La cualidades metalúrgicas se obtiene a partir de un fundente. Una escoria que sustenta y moldea el cordón de soldadura. Emplea este proceso de soldadura para:  Aceros al carbono y de baja aleación, aceros inoxidables y hierros colados.  Uniones traslapadas, en láminas y placas. Revestimientos y deposición de superficies duras.

El proceso FCAW tiene dos variantes: Con auto-protección. Protege el metal fundido mediante la descomposición y vaporización del núcleo fundente en el calor del arco. La protección se obtiene a partir de los ingredientes vaporizados del fundente que desplaza el aire y de la escoria que cubre las gotas del metal fundido y el charco de soldadura. Tiene aplicaciones similares al del proceso SMAW. Con escudo de gas. Uso de gas de protección ademas de la aplicación del núcleo fundente.

Gas de protección generalmente es CO2, Ar-CO2, Ar-N. Útil en algunas aplicaciones similares de los procesos de GMAW.Ventajas Deposito de metal de soldadura de alta calidad. Aspecto de la soldadura lisa y uniforme. Excelente perfil de las soldaduras de filete horizontales. Adaptabilidad de aplicación de soldadura en un intervalo de espesores. Factor operativo amplio. Tasa de deposito alta. Eficiencia de deposito del electrodo relativamente alta. Diseño de unión económicos. Arcos visible. Requiere de una mínima limpieza previa que la GMAW. Produce menor distorsión que la SMAW. Tasa de deposición que hasta 4 veces mayor que SMAWLimitaciones A soldaduras de materiales ferrosos y aleaciones a base de Níquel. El proceso produce una cubierta de escoria a eliminar. El costo de los alambres por unidad de peso es alto. Equipo costoso y proceso complejo. El alimentador de alambre y fuente de potencia deben de estar relativamente cerca del punto de soldadura. Se genera mayor cantidad de humos y vapores.Equipo

Equipo semiautomático Es similar el equipo para las variantes de la FCAW, solo con diferencia en el suministro y regulación del gas. Fuente de potencia de CD de voltaje constante, similar al GMAW. Nivel de corriente < 500 A. El control del amperaje deberá ajustarse en incrementos de un volt a menos.

Equipo automático Fuente de potencia de CD de voltaje constante. Electrodos grandes, tasas de alimentación de electrodos elevadas y tiempos de soldadura prolongados. Los alimentadores de electrodos  poseen unos motores impulsores de mayor capacidad.Equipo para protección con gas Requiere de un gas protector, proveniente de cilindros o de tanques que se conectan a las estaciones de soldadura. Reguladores y  medidores de flujo requeridos para el control de la presión y las tasas de flujo.Materiales

Gases protectores Dióxido de Carbono Es el más utilizado y económico. Penetración más profunda. Mezcla de Gases  ( 75% Ar - 25% CO2 ) El metal de soldadura depositado adquiere mayor resistencia a la tensión. Logra un arco con transferencia  tipo rocío. Uso principal para soldar fuera de posición. Obtiene mejores características relativos al CO2 Puro.Metales bases soldados Acero al carbono, estructural y de recipiente de presión, como A 36, A 515 y A 516. Acero de alta resistencia mecánica baja aleación, como A 440, A 441, A 572 y A 588. Acero de aleación de alta resistencia mecánica, calmados y templados, A 514, A 517. Aceros al Cromo - Molibdeno. Aceros inoxidables forjados y aceros inoxidables colados. Aceros al Níquel, A 203. Aceros de aleación resistentes a la abrasión.Electrodos

Consiste en una funda de acero de bajo carbono o de aleación que envuelve un núcleo de materiales fundentes y de aleación.Funciones primarias del núcleo fundente: Conferir al metal de soldadura ciertas propiedades mecánicas, metalúrgicas y resistencia a la corrosión. Proveer la integridad del metal de soldadura protegiendo el metal fundido del oxigeno y el nitrógeno del aire. Extraer impurezas del metal fundido. Producir una cubierta de escoria que proteja del aire al metal de soldadura. Estabilizar el arco, así reduce las salpicaduras y facilita la deposición de soldadura deseable.Clasificación de los electrodos Electrodos de Acero al carbono. Electrodos de Acero de baja aleación. Electrodos de recubrimiento. Electrodos de Acero Inoxidable.

Soldadura por arco de tungsteno y gas GTAW

Es un proceso de soldadura por arco donde se utiliza un arco entre un electrodo y el charco de soldadura con la aplicación de un gas de protección sin presión. La adicción de un metal de aporte es opcional.

Características Este proceso aprovecha el calor generado del arco eléctrico. El electrodo de tungsteno no es consumible. El metal de aporte se provee separado.Ventajas No se cruza el material de aporte con el arco. Sin dificultad del proceso debido al chisporroteo. Durante el proceso es claramente visible y limpia al final del deposito de soldadura.Equipo

Fuente de poder.

Tipo de corriente constante. Capacidad de proporcionar CA / CD.Antorcha con cables eléctricos. Sostiene el electrodo de tungsteno y conduce el gas protector a la zona del arco. Antorchas enfriadas por agua Eliminan el calor medio del flujo continuo de agua a traves de conductos interiores. Uso con corriente de soldadura de 300-500 A, y existen hasta 1,000 A. Antorchas enfriadas por gas Eliminan el calor por medio del flujo de gas protección frío. Uso limitado con corrientes de soldadura de 200 A.Electrodos Los electrodos de GTAW emplea aleaciones de W. No son consumibles (con un uso adecuado), ya que el W tiene un punto de fusión de 3,410°C. Clasificación Electrodo EWP (Electrodos de Tungsteno Puro) Capacidad menor de transporte. Emplea CA (En soldaduras de aleación Al-Mg). Ofrece un arco estable. Electrodo EW Th (Electrodos de Tungsteno con Torio) Pueden usar en corrientes de soldadura altas. Óxido de Torio (ThO2) (Principal adictivo) EWTh-1 y EWTh-2, contiene 1 y 2% de óxido de Torio, respectivamente. Electrodo EW Ce 

Óxido de Cerio (CeO2) (Principal adictivo) EWCe-2, contiene 2% de óxido de Cerio, respectivamente. Emplea Corriente Alterna (C.A.) y Corriente Directa (C.D.) Electrodo Ew La Óxido de Lantano (La2O3) (Principal Adictivo) Ventajas y características similares a los electrodos de tungsteno seriado. Electrodos EW Zr Características de soldadura entre EWP y EWTh. Uso preferible con C.A. que combinan características de soldadura deseables. Gases de protección Argón Acción de ardo más uniforme y silenciosa. Menor penetración (reduce una perforación excesiva en materiales delgados). Acción de limpieza al soldar materiales como el Aluminio y el Magnesio. Menor costo y mayor disponibilidad. Buena protección con tazas de flujo más bajas. Mayor resistencia a ráfagas transversales. Facilidad de flujo de arco. Helio Mayor transferencia de calor. Factible en metales de alta conductividad térmica y en aplicaciones de alta velocidad.  Uso para soldaduras de placas de espesores grandes.

Soldadura por arco sumergido SAWEs el proceso de soldadura que produce coalescencia de metales calentándose con un arco entre un electrodo de metal desnudo y el de trabajo. El arco y el metal derretido están sumergidos en un manto de fundente granular sobre la pieza de trabajo. En este proceso no se aplica presión, el metal de aporte se obtiene del electrodo y/o complemento.

Características

La estabilidad del arco depende del fundente. Las propiedades del deposito de soldadura se controla con el fundente. La calidad de soldadura dependerá del manejo del fundente. El proceso se maneja con corrientes hasta de 2,000 A de C.A./C.D.

Equipo Fuente de potencia Sistema de suministro del electrodo

Sistema de distribución de fundente Mecanismo de desplazamiento Sistema de control del proceso

Materiales

Metal baseEl proceso de SAW tiene alcance en los siguientes materiales: Aceros al carbono (0.29% C) Aceros de baja aleación Aceros al Cr-Mo Aceros inoxidables Aleaciones a base de NíquelElectrodosFundentes

Procesos de corte

Corte con Gas Oxicombustible (OFC)Es el proceso que separa o elimina metal mediante la reacción química del Oxígeno con el metal a temperaturas elevadas.

Funcionamiento

Uso de un soplete con boquilla para producir flama de pre-calentamiento, con la mezcla de gas y Oxígeno. Suministra un chorro concentrado de oxígeno de alta pureza a la zona de reacción.  El soplete se puede manipular de manera manual o mecanizada.Ventajas En Aceros se pueden cortar con rapidez. Adaptable en varia formas y espesores. Costo relativamente económico. El equipo manual es portátil. Direcciones de cortes logran una adaptabilidad en su forma deseada. Es posible cortar placas grandes.Limitaciones Las tolerancias dimensionales son deficientes en comparación en la forma mecanizada. Se limita al corte de Hierro colado y Titanio. Riesgo de accidentes a incendio, por el desprendimiento de la flama de pre-calentamiento y de la escoria. Requiere de un control de emisiones y ventilación adecuada. En Aceros endurecibles requerirán de un pre-calentamiento y/o post-calentamiento, para conservar sus propiedades mecánicas y metalúrgicas.

Para cortes en Hierros colados y Aceros de alta aleación, requiere de modificaciones especiales.

Corte con Arco de Carbono (CAC-A)Es el proceso que separa o elimina el metal mediante la aplicación de un arco para fundir el metal, al mismo tiempo se aplica un chorro de aire, con velocidad y volumen adecuado, para despedir el material fundido.

Uso en Aceros al carbono e inoxidables, y aleaciones de Cobre y Hierro colados.

Equipo

Soplete Porta electrodos de CAC-A manuales, similares al SMAW. Electrodos Forma redonda, plana y semiredonda.  Tipos Electrodos Recubiertos de Cu. (C.D.) Electrodos Simples. (C.D.) Electrodos Recubiertos. (C.A.) Fuente de potencia Compatible con la fuente de potencia para soldadura estándar. Voltaje de arco usual en el proceso de corte es de 35 - 55 V.

Corte con Arco de Plasma (PAC)Proceso de separación o eliminación de metal mediante la aplicación de un arco para fundir un área del metal, que al mismo tiempo eliminando el metal fundido con la aplicación de un chorro de alta velocidad de gas ionizado.

Este proceso puede operar a temperaturas de 10,000 °C a 14,000 °C.

Funcionamiento

Gases para el proceso de corte: Nitrógeno Argón Oxígeno Aíre N - H Ar - H Proceso de corte usa dos tipos de metologia: Arranque con arco piloto.

Consiste en realizar una chispa de alta frecuencia entre el electrodo y la punta del soplete. Arranque por retracción del electrodo. Similar al primero, solo que posee un electrodo o una punta móvil, de modo que se pueda restablecer el arco de corte.

Ventajas

Peso del equipo relativamente menor. Se utiliza con temperaturas de corte mayores. No necesita un pre-calentamiento.Limitaciones Representa un proceso con mayores riesgos a incendios y otras dificultades de trabajo. Poca precisión ante tolerancia dimensionales. Equipo costoso y requiere de grandes cantidades de energía eléctrica.

Corte con Rayo Láser (LBC)Es el proceso de corte térmico que separa material mediante fusión o vaporización local mediante la aplicación de rayo láser. Al proceso se puede emplear con o sin gas auxiliar que elimine el material fundido.

Funcionamiento

Uso de láser de pulsos o continúo. El rayo láser requiere de una potencia mayor de 104 W/mm2. Aplicación de un chorro de gas auxiliar eliminando el material fundido de la pieza de trabajo.Equipo

Tipos de láser Láser CO2 Dispositivo de descarga de gas. Opera haciendo pasar corriente eléctrica por un gas. Alcanza una longitud de onda de 10.6 micras. Es el láser más potente y uso preferible. Láser Yag Contiene una barra cristalina rodeada de lamparas de Xe o Kr. El cristal es un granate de Itrio y Aluminio (YAG) contaminado por Neodimio. Alcanza una longitud de onda de 1.06 micras.Sistemas Controles numéricos computarizadosConsumibles

Energía eléctrica Óptica Lampara de destellos Gases (Generar luz y expulsión de material)Materiales factibles del proceso Aceros al carbono Aceros de aleación Aceros Inoxidables Aluminio Cobre y sus aleaciones Aleaciones a base de Níquel No metales Materiales inorgánicos Materiales orgánicos Materiales compuestos

Ventajas Ancho de corte pequeño Zona afectada por el calor angosta. Alta velocidades de corte. Buena calidad de los cortes. Adaptabilidad a la automatización. No existe contacto mecánico entre el dispositivo de corte y la pieza de trabajo.Factores Láser Limites de potencia Modalidad Ciclos de trabajo Propagación del rayo Proceso Lente enfocador. Presión, boquillas, y su distancia, del gas auxiliar. Características del corte. Precisión dimensional.

Corte con Chorro de Agua

Es el proceso de corte que separa materiales metales como no metales mediante la aplicación de un chorro de agua a alta velocidad.Velocidad del chorro de agua 520 a 914 m/s.Intervalo de separación de la boquilla y la pieza de trabajo 0.25 a 25 mm.

Equipo Bomba o intensificadora de alta presión. Tubería y tanque o unidad colectora para la disposición de agua. Grúa, robot u otro sistema de aplicación para guía del chorro de agua. Unidad de boquilla.Consumibles Orificio de Zafiro Boquilla de carburo Agua Abrasivo Energía eléctricaVentajas Corte sin aplicación de calor. Chorros abrasivos cortan laminados de diferentes materiales. Adaptabilidad a la forma del corte. El ancho de corte es de 0.13 mm.Limitaciones Velocidad del corte baja. Debe contar con equipo de recolección del líquido. Costos elevados de las bombas y cámaras de presión. Desgaste y remplazo de boquillas cada 2-4 horas.

Tema 6

CÓDIGOS Y ESPECIFICACIONES DE SOLDADURA

Clasificación de códigos y especificacionesRecipientes a presión

El código ASME (American Society of Mechanical Engineers) para calderas y recipientes a presión. Consiste en 11 secciones:

Sección I: Calderas de Potencia Sección II: Especificaciones de materiales ferrosos. Especificaciones de materiales no ferrosos. Especificaciones de materiales-varillas de soldadura, electrodos y materiales de aporte. Sección III: Componentes de plantas de energía nuclear. Sección IV: Calderas de calefacción. Sección V: Pruebas No Destructivas. Sección VI: Reglas recomendadas por el cuidado y el funcionamiento de calderas de calefacción. Sección VII: Reglas recomendadas para el cuidado de calderas de potencia. Sección VIII: Recipientes a presión, divisiones I, II y III. Sección IX: Calificaciones de soldadura. Sección X: Recipientes a presión de plástico con fibra de vidrio. Sección XI: Reglas para inspección de sistemas de enfriamiento de reactores nucleares dentro del servicio.Generalmente la sección XI se usa para calificar los procedimientos y soldadores para trabajo en recipientes a presión, cuyo empleo es de carácter internacional.

Reactores nuclearesLos reactores nucleares, sus componentes y los materiales usados en las plantas de energía están regidos por: Sección III del código ASME de recipientes a presión. Nuclear Regulatory Commission Specification.

Tuberías Tubería de presión o para plantas de potencia.La soldadura del tubo de presión tiene uso y aplicación en las estaciones térmicas y nucleares, refinerías, plantas químicas, barcos, etc. Se rigen por el código ASME para tuberías de presión.

Códigos ASME para Tuberías a Presión.B31.1   Tubería de planta de fuerza.B31.2   Tuberías de Gas Combustible.B31.3   Tuberías de plantas químicas y refinerías de petróleo.B31.4   Sistemas de tuberías de transporte de petróleo líquido.B31.5   Tuberías de refrigeración.

B31.8   Sistemas de tuberías de transmisión y distribución de gas.B31.9   Tuberías de servicios en edificios.B31.11 Tuberías de Lodos (Lechadas).

Tubería para transmisión y distribución.En esta incluye aquellas tuberías donde llevan el petróleo desde los campos de producción hasta los consumidores.La soldadura de este tipo de tubos está controlada por la norma API 1104. Esta especificación está de acuerdo con la norma B31.8, “Gas Transmission and Distribution Piping Systems”. Tubería no crítica.Este agrupamiento comprende distintos tipos de tuberías que van desde los sistemas de suministro doméstico de Sistemas agua caliente. Sistemas de rociadores. Sistemas sanitarios. Sistemas de gas y aire. Otras aplicaciones.

Puentes y edificiosEl código AWS D1.1 “Structural Welding Code”, publicado por la American Welding  Society, incorpora requisitos del Departament of Transportation, de la Bureau of Public Roads, del gobierno de EE.UU.

La soldadura en puentes de carreteras quedara en jurisdicción de los departamentos estatales de carreteras.

La soldadura en edificios con estructuras de acero soldada, se basa principalmente de acuerdo al código de soldadura estructural AWS D1.1.

Barcos

La soldadura en barcos se encuentra regida por varios códigos:

Sea para el caso de barcos de gobierno Coast Guard Navships Divisions of the Department of DefensePara el caso de barcos comerciales Maritime Administration American Bureau of ShippingLa AWS publica dos guías relacionada con la soldadura de barcos: Guide for Steel Hill Welding Guide for Aluminum Hull Welding

Tanques y recipientes de almacenamiento

Códigos principales para la soldadura en tanques

Tanques de almacenamiento elevados

American Welding SocietyStandard for Welded Steel Elevated Tanks

Tanques de almacenamiento de aceites y productos de petróleo Standard for Welded Steel Tanks for Oil Storage (publica por  American Petroleum Institute)

Ferrocarriles

Para la calificación de soldadura en la fabricación de vagones y locomotoras en EE.UU. se rigen en las especificaciones de: Association of American Railroads. Specifications for Tank and Construction of Freight Cars. Railroad Welding Specification.

Aeroplanos e Industria Aeroespacial

La fabricación de aeroplanos y vehículos espaciales se rigen por:Uso y tipo de materiales: Society of Automotive Engineers (SAE) Aerospace Industries Associations of AmericaLos códigos se encuentran bajo velo: National Aeronautics and Administration (NASA) Department of Defense Military (Mil) Standards and Specifications

Equipo de construcción y agrícola

El equipo de construcción se fabrica en base Especificaciones de la compañía American Welding Society Welding on Earth Moving and Construction Equipment Welding Industrial and Mill Cranes Metal Cutting Machine Tool Elements Specification of Rotating Elements of Equipment Classification and Application of Welded Joins for Machinery and EquipmentEn la mayor parte de las maquinarias, la soldadura no se encuentran amparadas por códigos o especificaciones, donde la AWS emitió especificaciones que establece como aceptados para el desempeño de las soldaduras y aplicaciones de procesos.

Industria automotriz

La soldadura en automóviles y camiones se rigen por ciertos documentos de la AWS:

Recommend Practices for Automotive Welding Design Recommend Practices for Automotive Portable Gun-Resistance Spot Welding Standard for Automotive Resistance Spot Welding Electrodes Specifications for Automotive Welding Quality-Resistance Spot Welding Specifications for Automotive Frame Weld Quality-Arc Welding

Tema 7

ENSAYOS DESTRUCTIVOS

Ensayo de Resistencia  a la tensión

Este ensayo consiste en estirar una probeta hasta su rompimiento, en una máquina especial y los resultados obtenidos nos proporciona una cantidad de información importante, dicha información es la siguiente:

                Resistencia máxima  a la tensión                Esfuerzo de cedencia                % de elongación                % de reducción de área

Algunos de estos valores pueden ser determinados de la probeta mediante un calibrador, mientras que otros pueden ser cuantificados solamente mediante el análisis del diagrama de esfuerzo –deformación el cual es obtenido durante el ensayo.

Verificación de Metales Base

 Este ensayo es especialmente importante en la evaluación de materiales, ya que se determina su resistencia a la tensión. El ensayo se efectúa en probetas preparadas de acuerdo a especificaciones (ASTM). Estas probetas contienen un detalle o sección reducida.Dicha sección deberá cumplir con las siguientes tres características con el objeto obtenerse resultados validos:

-          La longitud total de la sección deberá ser una sección transversal uniforme.-          La sección transversal deberá ser de una configuración la cual puede ser

fácilmente dimensionada, de tal manera que sea posible calcular su área.-          La superficie de la sección reducida deberá estar libre de irregularidades

superficiales, especialmente si éstas son perpendiculares al eje longitudinal de la probeta.

Evaluación de soldaduras

Mediante este ensayo se efectúa la calificación de procedimientos de soldadura; el objetivo de este ensayo es el de verificar el comportamiento de la unión soldada respecto al del metal base, debiendo ser dicho comportamiento igual o mejor que el del metal base.

Los códigos más usuales bajos los cuales se realiza y evalúa el ensayo son:

AWSD1.1“STRUCTURAL WELDING CODE STEEL”

ASME SECC IX“BOILER PRESSURE VESSEL CODE AND BRAZING QUALIFICATIONS”

API 1104

“STANDFARD FOR WELDING PIPELINES AND RELATED FACILITIES”

Essays de Sanidad de SoldadurasEste grupo de ensayos tienen como objetivo determinado la Sanidad de la soldadura, esto es que esté libre de discontinuidades. Estos ensayos se utilizan generalmente en la calificación de procedimientos de soldaduras y en la calificación de soldadores.

Los ensayos que sirven para este propósito son los siguientes:

·         ENSAYO DE RESISTENCIA AL DOBLEZEn estos, la soldadura se encuentra perpendicular a la dirección longitudinal de la probeta, y su nombre se refiere al lado de la soldadura el cual es puesto en tensión durante el ensayo, esto es, la cara de la soldadura es estirada en el doblez de la cara, la raíz es estirada en el doblez de raíz y el lado de la sección transversal estirada en el doblez lateral.

·         ENSAYO DE NICK-BREAKEste método evalúa la sanidad de la soldadura, mediante la posible presencia de discontinuidades en la superficie de fractura del espécimen ensayado. La fractura se localiza en la soldadura mediante 2 ó 3 ranuras a lo largo de la superficie.

·         ENSAYO DE RUPTURA DE FILETEMediante este ensayo el supervisor verifica que la soldadura muestre una apariencia superficial satisfactoria además inspecciona la superficie fracturada para asegurarse que la soldadura presenta evidencias de fusión en la raíz y no muestra áreas de fusión incompleta de la soldadura con el metal base o porosidades en la soldadura

Ensayo en la Resistencia  al Impacto

Una propiedad importante de los metales es la tenacidad que se define como la habilidad de un material para absorber energía. Sin embargo en el ensayo de resistencia al impacto, la carga es aplicada rápidamente de tal manera que el ensayo utilizado para determinar esta propiedad de los metales es la prueba de impacto. La prueba de impacto utiliza un espécimen que contiene algún tipo de ranura y la carga se aplica de una manera muy rápida a una temperatura determinada.

Se ha desarrollado varios métodos para medir la capacidad de absorción de energía de los metales, algunos de estos métodos pueden medir separadamente la energía de iniciación de la energía de propagación mientras otros métodos simplemente proporcionan una medida de ambas combinadas. Y aunque existen numerosos tipos de pruebas la más comúnmente utilizada es la prueba de Charpy “V”, el espécimen estándar usado es una barra cuadrada de 55mm de longitud por 10mm x 10mm.

La máquina  de impacto de Charpy consiste principalmente de las siguientes partes:

a)      Péndulob)      Palanca de Liberaciónc)       Escalad)      Aguja indicadorae)      Yunquef)       Martillo

Una vez que el espécimen es colocado en el yunque se utiliza la palanca de liberación para dejar caer el péndulo de golpe con el martillo del espécimen, el péndulo que mediante vaivén del martillo regresa a su posición inicial dejando un registro de cantidad de energía de ruptura, esta energía se expresa en términos de pies—libras ó joule de absorción de energía.

Ensayo de Dureza

Dureza es la habilidad que presentan los metales para resistir a ser penetrados. Consecuentemente el ensayo de dureza se realiza utilizando un tipo de penetrador el cual es forzado a penetrar la superficie del objeto a ensayar. Dependiendo del tipo de ensayo de dureza utilizado, se puede medir, ya sea el diámetro o profundidad de la identacion realizada.

·         Dureza de Brinell

Este método se utiliza comúnmente para determinar la dureza de un stock de piezas metálicas. La identacion que produce es relativamente de gran área, la cual elimina los problemas asociados con puntos duros o matrices blandas de los metales ensayados, debido a que se utiliza carga altas, se reducen los errores producidos por irregularidades en la superficie probada.

El ensayo de la dureza Brinell más comúnmente empleado, utiliza un balín de acero endurecido de 10mm y una carga de 3000Kg, se pueden utilizar balines de 5mm de acero endurecido y 10mm de carburo de tungsteno.

Las etapas de para la realización del ensayo de dureza Brinell son las siguientes:

a)      Preparar la superficie de pruebab)      Aplicar la carga de pruebac)       Mantener la carga de prueba por el tiempo establecidod)      Medir el diámetro de la impresióne)      Determinar el BHN de las tablas calculadas

Una característica importante del ensayo es mantener la carga durante el tiempo especificado, para hierros y aceros se utilizan de 10 a 15 segundos. Para metales blandos se requieren tiempos mayores, aproximadamente 30 segundos.

·         Dureza de Rockwell

La dureza de rockwell produce identaciones más pequeñas que la dureza de Brinell. Esto permite realizar el ensayo en áreas muy pequeñas del metal a ensayar; los identadores utilizados son de punta de diamante y balines de acero endurecido de 1/16”, 1/8”, 1/4”, 1/2" de diámetro. Usando cualquiera de los

identadores pueden utilizadas varias cargas, estas cargas son mucho más bajas que las utilizadas en la dureza de Brinell, en un rango de 60 a 150 Kg.

Antes de efectuar el ensayo una vez preparada se debe seleccionar la escala correcta basándose en el rango aproximado de dureza esperado. Las escalas B y C son las más comúnmente utilizadas en los aceros, la escala B se utiliza en aleaciones blandas y la escala C se utiliza para aceros endurecidos. El método de la dureza de Rockwell es extremadamente preciso en las mediciones de profundidad de la penetración  en la identacion.

Sin importar cuál sea la escala de Rockwell sea utilizada, las etapas básicas del ensayo de Rockwell son esencialmente las mismas, las cuales son:

1.       Preparar la superficie a ensayar2.       Colocar la pieza a ensayar en la base del durómetro3.       Aplicar la carga menor usando el tornillo elevador4.       Aplicar la carga mayor5.       Liberar la carga mayor6.       Tomar la lectura de la caratula7.       Liberar la carga menor y remover la pieza.

·         Micro dureza

El ensayo de Micro dureza toma su nombre debido a que durante su aplicación las impresiones que deja en la pieza a analizar son tan pequeñas que es necesario el uso de altas magnificaciones con un microscopio para poder realizar la medición de la impresión. El uso de la micro dureza tiene gran aplicación en la investigación de las micro estructuras de metálicas debido a que el ensayo de Micro dureza puede realizarse en un grano de metal, por lo tanto, es muy útil en el campo de la metalurgia este tipo de dureza para el estudio de aleaciones metálicas.

La identacion producida por el ensayo de Micro dureza Vickers presenta una base cuadrada en la cual las diagonales son aproximadamente iguales. En cambio la identacion producida por el ensayo de micro dureza de Knoop muestra una identacion con una dimensión larga y corta.

Las etapas que se llevan a cabo en el ensayo de micro dureza son las siguientes:

1.       Preparar la superficie a ensayar2.       Colocar el espécimen en la base del equipo y fijarlo3.       Localizar el área de interés utilizando el microscopio4.       Realizar la identacion5.       Medir la identacion utilizando el microscopio6.       Determinar la dureza usando tablas o cálculos.

Tema 8

CALIFICACION DE PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA Y SOLDADORES

Procedimientos de soldadura

Se usa el procedimiento de soldadura para hacer un registro de todos los elementos, variables y factores involucrados en la producción de soldadura deben estar escritos siempre que ello sea necesario con la finalidad de:

·         Mantener las dimensiones controlando la distorsión·         Reducir las tensiones residuales u localizarlas·         Minimizar los cambios metalúrgicos dañinos·         Construir uniformemente un ensamble de soldadura del mismo modo·         Ajustarse a ciertas especificaciones y códigos.

Una especificación detallada y escrita del Procedimiento de soldadura conocida como WPS (Welding Procedure Specification) la cual constituye “un documento que proporciona en detalle las variables requeridas para una aplicación con objeto de garantizar que otros soldadores y operarios adecuadamente adiestrados pueden repetir el proceso”. 

Diferentes códigos y especificaciones pueden tener requisitos ligeramente distintos para un procedimiento de soldadura, pero en general un procedimiento de soldadura consta de tres partes, como se describe a continuación:

1.       Una explicación detallada y escrita acerca de la forma en que se hará el trabajo de soldado

2.       Un dibujo o esquema que muestre el diseño de la unión soldad y las condiciones para realizar cada paso o deposito.

3.       Un registro de los resultados de las pruebas realizadas sobre la soldadura resultante.Las variables no esenciales son generalmente de menor importancia y pueden afectarse dentro límites prescritos y en el procedimiento generalmente se incluyen las siguientes:

1.       El proceso de soldadura y su variante2.       El método de aplicación del proceso3.       El tipo, la especificación o la composición del metal base4.       La geometría del metal base, normalmente el espesor5.       La necesidad de precalentamiento o pos calentamiento para el metal base6.       La posición de la soldadura7.       El metal de aporte u otros materiales que se consumen al realizar el trabajo de

soldado8.       La unión soldada, es decir, su Tipo y la soldadura9.       Los parámetros eléctricos u operativos involucrados10.   La técnica de soldadura

Algunas especificaciones también incluyen variables no esenciales que generalmente son las siguientes:

1.       La velocidad de desplazamiento2.       La progresión de desplazamiento (hacia arriba o hacia abajo)3.       El tamaño del electrodo o del alambre de la unión soldada

4.       El uso y el tipo de soldadura de respaldo5.       La polaridad de la corriente para soldar

Calificación de procedimiento de soldadura.

Todos los códigos  y las especificaciones de soldadura son semejantes en lo que se refiere a los procedimientos. En cada caso es necesario dejar por escrito el procedimiento de soldadura y después probarlo o calificarlo. El problema está en la terminología, que es diferente a muchos códigos.

·         UnionesSe recomienda que se dibuje un esquema de los detalles de la forma y del área del diseño de la unión.

·         Metales basePara reducir el número necesario de WPS se asigna números P a los metales bases, dependiendo de características tales como composición, facilidad para soldar y propiedades mecánicas.

·         Metales de aporteLos electrodos las varillas de soldadura se agrupan de acuerdo con sus características de uso lo cual determina la capacidad de los soldadores para ejecutar soldaduras satisfactorias con determinado metal de aporte. Este agrupamiento se hace para reducir el número de WPS.

·         PosiciónLa posición para soldar bisel o Filete se debe describir con la terminología de AWS. Si se usa la posición vertical hay que mencionar si el avance es hacia arriba o hacia abajo.

·         PrecalentamientoSe debe dar la temperatura mínima así como máxima entre pasos.

·         Tratamiento térmico después de soldarSi se emplea tratamiento térmico post soldadura hay que describirlo.

·         Gas (atmosfera)Se debe identificar el gas de protección, y si es una mezcla se describe.

·         Características eléctricasSe anota la corriente de la soldadura y si es alterna (ca) o directa (cd). Si se usa corriente directa se debe informar la polaridad del electrodo. Se anotan los grados de amperes y de voltaje.

·         TécnicaSe describe la soldadura hecha con  cordones rectos u oscilantes, según la técnica. También se anotará el método de limpieza después de soldar y entre pasos.

Tema 9Discontinuidades en Uniones Soldadas

Una de las partes más importante del trabajo del inspector de soldadura es la evaluación de soldadura para determinar su comportamiento para el servicio proyectos. 

Irregularidades como discontinuidades para determinar esta discontinuidad si requiere o no reparación. Dependiendo del tipo de servidor para la cual la parte fue diseñada una discontinuidad puede o no ser considerada un defecto. Como consecuencia cada industria usa un código o especificación que describe los límites de aceptación para estas discontinuidades que puedan afectar el desempeño satisfactorio de estas partes.

Lineales y no lineales 

Las discontinuidad lineales exhiben longitudes que son muchos mayores que sus ancho. Las discontinuidades no lineales tienen básicamente igual ancho e igual largo. 

Una discontinuidad lineal presenta en la dirección perpendicular a la tensión aplicada representa una situación más crítica que una no lineal; debido a la mayor tendencia a la propagación y generación de una grieta.    

Una última forma en la cual la criticidad de una discontinuidad puede ser juzgada se refiere a la manera en que la parte o estructura va a ser cargada durante el servidor. Por eso para una estructura que deba soportar carga de fatiga las superficies deber estar libres de aquellas discontinuidades que puedan proveer entallas con extremos filosos.

 Como consecuencia las parte sometidas a cargas de fatiga en servicio generalmente requieren tener sus superficies mecanizadas con terminaciones superficiales muy suaves. También deben ser evitados los cambios abruptos de dirección en el contorno o la geometría. 

Grietas en caliente

 Ocurren en mal preparación o presentadas. Las grietas en el cráter ocurren en el punto donde termina las pasadas de soldadura individual si la técnica usada por el soldador para terminar el arco terminar el arco no llena completamente de pileta liquida el resultado puede ser una región poco profunda o un cráter  en ese lugar.

La presencia de esta área más fina, combinada con las tensiones de contracción de la soldadura, pueden ser grietas en el carácter de individuales o una red de grietas radiales desde el centro del cráter.

Dado a que las grietas ocurren durante la solidificación del charco de la soldadura líquido, son consideradas grietas en caliente.

Las grietas en el cráter pueden ser extremadamente dañinas porque tienen tendencia a propagarse.

Las grietas bajo cordón son debido al proceso de soldadura. En un corte transversal corren paralelas a la línea de fusión del cordón de soldadura.

Agrietamiento bajo cordón es un tipo de grieta particularmente dañina porque no puede propagarse hasta varias horas después de haber terminado la soldadura. Por este motivo, las grietas de bajo cordón son también llamadas retardadas (delayed cracks). Los aceros de alta resistencia son particularmente susceptibles a este tipo de grieta.

Las grietas bajo cordón resultan de la presencia de hidrógeno en la zona de soldadura.La mejor técnica para la prevención del agrietamiento bajo cordón es eliminar las fuentes de hidrógeno cuando sueldan metales susceptibles. El pre calentamiento también puede ser prescrito para eliminar a eliminar este problema de grieta.

Las grietas también puede estar presente en el metal base. Estos tipos de grietas pueden o no estar asociados con la soldadura.Las grietas en el metal base están asociadas con la concentración de esfuerzo que termina en grietas una vez que el componente entre en servicio.

Pueden diferenciarse de otras discontinuidades porque su propagación no es  perfectamente recta pero tiene a errar porque la grieta sigue el camino de menor resistencia a través de la sección transversal del material.

Falta de Fusión

Falta de fusión es una discontinuidad de la soldadura en la cual fusión no ocurre entre el metal de soldadura u las caras de fusión o los cordones adyacentes. La Falta de fusión representa una discontinuidad de la soldadura importante, puede ocurrir en distintas ubicaciones dentro de la zona de soldadura.

Probablemente la causa más común de esta discontinuidad sea la manipulación inapropiada del electrodo por el soldador. Algunos procesos son más proclives a este problema porque no hay suficiente calor concentrado para fundir adecuadamente los metales.Contaminación extrema incluyendo cascarilla de laminación y capas de óxido puede también dificultar la obtención de la fusión completa. Es muy difícil detectar la falta de fusión con radiografía a menos que los ángulos de radiación sean orientados adecuadamente.

Falta de Penetración

Es una discontinuidad asociada solamente con la soldadura con bisel. Es una condición donde el metal de soldadura no se extiende completamente a través del espesor de la junta cuando es requerida junta con penetración total por una especificación. Su ubicación es siempre adyacente a la raíz de la soldadura.

Puede ser denominadas Penetración parcial de la junta esto es no se pretendía que fueran soldadura con junta con penetración total.

La falta de penetración puede ser provocada por las mismas condiciones que provocan la falta de fusión esto es técnica inapropiada configuración de la junta inapropiada o contaminación excesiva.

Inclusiones

La definición de Inclusiones es un material sólido y extraño atrapado como por ejemplo escoria, fundente tungsteno u oxido. Las inclusiones de escoria, como su nombre lo indica son regiones adentro de la sección de la soldadura sobre la superficie de la soldadura donde el fundente fundido empleado para proteger al metal fundido es mecánica atrapado adentro del metal solidificado.

Como la falta de fusión las inclusiones de escoria pueden ocurrir entre la soldadura y el metal base entre las pasadas de soldadura. De hecho las inclusiones de escoria son generalmente asociadas con falta de fusión.

Son generalmente provocadas por el uso de técnicas inadecuadas por el soldador. Cosa como manipulación inadecuada del electrodo y limpieza insuficiente entre pasadas puede provocar la presencia de inclusiones de escoria.

Dado que la densidad de la escoria es generalmente muy inferior a la de los materiales las inclusiones de escoria van a aparecer generalmente en las radiografías como marcas oscuras con formas irregulares.

Las inclusiones de tungsteno están generalmente asociadas al proceso GTAW, que emplea electrodos de tungsteno para generar el arco. Si el electrodo de tungsteno hace contacto con la pileta liquida el arco puede extinguirse y el metal fundido puede solidificar alrededor de la punta de electrodo. Hasta que se remueva, la punta del electrodo va a estar muy quebradiza y va a ser incluida en la soldadura si no es removida mediante un esmerilado.

Otros motivos para que ocurran inclusiones de tungsteno puede ser:

1. Contacto del metal de aporte con la punta caliente del electrodo2. Contaminación de la punta del electrodo con salpicadura3. Extensión de los electrodos mas allá de sus distancia normales resultando en un sobrecalentamiento del electrodos4. Ajuste inadecuado5. flujo inadecuado del gas de protección o turbulencia excesivas que provocan la oxidación de la punta del electrodos.6. uso de un gas de protección inadecuado.7. Defectos en el electrodo como grietas.8. Uso de una corriente excesiva para el tamaño de electrodo dado9. Mal afilado del electrodo10. Uso de un electrodo demasiado pequeño

Porosidad

La AWS A3.0 define porosidad como una tipo de discontinuidad que forma una cavidad provocada por gases que quedan atrapados durante la soldadura.

Debido a su forma característicamente esférica la porosidad normal es considerada como la menos dañina de las discontinuidades. Porosidad distribuida uniformemente, nido de poros, poros alineados y poros túnel  son empleados para definir mejor la presencia de poros. Una sola cavidad es denominada un poro o cavidad. En este tipo los poros son generalmente de forma esférica  De todos modos en la poros túnel  los poros no son esférico; sino alargados. Por esta razón son conocidos como poros alargados o gusanos. El tipo poros túnel representa el tipo mas dañino si la función principal de la soldadura es el confinamiento de gas o liquido, porque representa una posibilidad de un camino de debilidad.

Los Poros son normalmente provocados por la presencia de contaminantes o humedad en la zona de soldadura que se descomponen debido a la presencia del calor de la soldadura y de los gases formados. Esta contaminación o humedad puede provenir del electrodo del metal base de protección de la atmósfera circundante.

Socavación

Una Socavación es una discontinuidad superficial que sucede en el metal base adyacente a la soldadura.  El resultado es un agujero alargado en el metal base que puede tener una configuración relativamente filosa. Dado que es una condiciones superficial es parcialmente dañina para todas aquellas estructuras que vayan a estar sometidas a cargas de fatiga.

La socavación es normalmente el resultado de una técnica inadecuado de soldadura. Mas específicamente si la velocidad de soldadura es excesiva puede no haber suficiente cantidad de material de aporte depositado para llenar las depresiones provocadas por las fusión del material de aportar depositado para llenar las depresiones provocadas por la fusión del metal base adyacente a la soldadura. La Socavación puede también ocurrir cuando el calor de soldadura es demasiado alto, causando una excesiva fusión del metal base o cuando se manipula incorrectamente el electrodo.

Socavación de cordón (underfill)

Socavación de cordón (underfill) como la socavación es una discontinuidad superficial que resulta en una falta de material en la sección..Al igual que la socavación, la socavación de cordón (underfill) puede ocurrir tanto en la cara como en la superficie de la raíz de la soldadura. En las soldaduras de tubos es conocido como rechupe porque puede ser provocado por un aporte de calor excesivo y por la fusión de la pasada de raíz durante la deposición  de la segunda pasada .

Las causas principales de la socavación de cordón (underfill) es la técnica empleada por el soldador. Una  velocidad de pasada alta no permite que una cantidad suficiente de metal de aporte se funda y se deposite sobre zona soldada hasta el nivel de la superficie del metal base.

Traslape

Es otra discontinuidad superficial que puede ocurrir por emplear técnicas

inadecuadas de soldadura. El traslape es descrita como una profusión del metal de soldadura por delante de la altura o profundidad de la raíz de la soldadura.

El traslape es considerado como una discontinuidad significativa dado que puede resultar en una discontinuidad filosa en la superficie de la soldadura.

La ocurrencia de traslape es normalmente debida a una inadecuada técnica del soldador, que puede ser la velocidad de pasada es demasiada lenta, la cantidad de metal de aporte fundido es excesivo frente a una cantidad requerida.

Algunos tipos de metales de aporte son mas afines a este tipo de discontinuidad, cunado funden, son demasiados fluidos para resistir la fuerza de gravedad.

Convexidad

Esta discontinuidad se aplica solamente a las soldaduras de filete. La convexidad se refiere a la cantidad de metal de soldadura recargado sobre la superficie de soldadura de filete más allá de los que consideramos plano. Por definición, es la máxima distancia desde la superficie de una soldadura de filete convexa perpendicular a una linea que une a los talones de la soldadura.

Esta discontinuidades pueden producir concentración de esfuerzos de esfuerzos que pueden debilitar la estructura, especialmente cuando la estructura es cargada por fatiga. Por eso, una convexidad excesiva puede ser evitada, o corregida durante el proceso de soldadura depositando una cantidad adicional del metal de soldadura en el pie de soldadura para darle una transición más suave entre el metal de soldadura y el metal base.

La convexidad resulta cuando la velocidad de pasada es demasiado lenta o cuando el electrodo es manipulado incorrectamente. El resultado es que es depositada una cantidad excesiva del metal de aporte y moja apropiadamente la superficie del metal base.

Sobre espesor de soldadura

El sobre espesor de soldadura es similar a la convexidad, excepto que describe una condición que solamente puede estar presente en una soldadura con bisel. El sobre espesor de soldadura se describe como un metal de soldadura en exceso de la cantidad requerida para llenar la junta. Este ocurre sobre el lado de la junta del cual fue realizada la soldadura.

El problema asociado con un sobre espesor es la generación de entallas filosas que son creadas por cada pie de soldadura por el hecho de que hay presente más metal de soldadura que el necesario. Cuanto más grande sea el sobre espesor de soldadura, más severa es la discontinuidad.

El sobre espesor de soldadura es causado por los mismos motivos que la convexidad, siendo la técnica del soldador la causa principal.

Golpe de arco

Es una discontinuidad del metal base muy perjudicial, especialmente en la

aleaciones de altas resistencias y en las de baja aleación. Cuando esto ocurre, hay una área localizada de la superficie del metal base que es fundida y enfriada rápidamente debido a la perdida de calor a través del metal base circulante.

Una gran cantidad de fallas en estructuras y recipientes a presión pueden ser adjudicadas a la presencia de golpes de arco, que provoca una zona de iniciación de grieta que provocaría una rotura catastrófica.

Los golpes de arco son generalmente causados por el uso de una técnica inapropiada de soldadura. Los soldadores deben ser informados del daño potencial causado por un corte de arco, por lo que nunca deben ser permitidos.

Salpicaduras o chisporroteo

El AWS A3.0 describe a las salpicaduras como partículas de un metal expelidas durante la fusión de la soldadura de manera de no formar parte de la soldadura. 

En términos de criticidad, la salpicadura no puede de ser una gran preocupación en muchas aplicaciones. Su presencia en la superficie del metal base puede proveer una concentración localizada de tensiones que puede causar problemas durante su servicio.

Las salpicaduras pueden ser provocadas por el uso de altas corrientes de soldadura que pueden causar una turbulencia excesiva en la zona de soldadura. Algunos procesos de soldadura tienen más tendencia a producir salpicaduras que otros. Otro aspecto que puede ayudar con el control de calidad de salpicaduras generadas es el tipo de gas de protección usado para GMAW y FCAW.

Laminación

Esta discontinuidad es un defecto del metal base, que resulta de la presencia de inclusiones no metálicas que pueden aparecer en el acero cuando es producido. Estas inclusiones son normalmente formas de óxidos que son producidos cuando el acero todavía esta fundido. 

La forma más común de laminación proviene de una condición conocida como rechupe, que se desarrolla en la parte superior de los lingotes de acero durante las etapas finales de solidificación.

Las laminaciones pueden o no presentar una situación dañina, dependiendo de la forma en la cual la estructura es cargada. Si las tensiones actúan en el material en dirección perpendicular a la laminación, van a debilitar severamente a la estructura, y aquellas que se encuentran orientadas en dirección paralela pueden no causar ninguna preocupación.

Si la laminación esta presente en la superficie de una preparación, puede causar problemas durante la soldadura. En este caso, el metal de soldadura puede propagarse desde las laminaciones debido a la concentración de tensión.

Desgarramiento laminar

Es descrito como una fractura tipo meseta en el metal base con una orientación básicamente paralela a la superficie rolada. Ocurre cuando hay tensiones altas en la dirección del espesor, o en la dirección Z, generalmente como resultado de la tensiones de contracción de soldadura. Yacen adentro del metal base, generalmente afuera de la ZAC y en dirección paralela al borde de la fusión.

Otros factores son el espesor y el grado de contaminantes presentes, de donde a mayor espesor del material y alto contenido de inclusiones, mayor probabilidad de desgarramiento laminar. Generalmente el problema es resuelto usando aceros limpios.

Grietas y Pliegues de laminación

Son discontinuidades del metal base relacionadas con el proceso de fabricación del acero. Difieren de la laminación en que están abiertas hacia la superficie laminada del metal en lugar del borde.

Las grietas de laminación son descritas como como unas grietas rectas longitudinales que pueden aparecer sobre la superficie del acero. Son causados principalmente por las imperfecciones del lingote del acero, manejo inapropiado después del colado o por variaciones del calentamiento o el laminado.

Los pliegues de laminación son provocados por un sobre llenado en las pasadas a través de los rodillos de laminación que provocan proyecciones que van cayendo y girando sobre el material mientras es laminado.

Dimensional

Las discontinuidades dimensionales son imperfecciones en tamaño y/o en forma. Estas irregularidades pueden ocurrir en las mismas soldaduras o en las estructuras soldadas. Dado a que las discontinuidades dimensionales pueden utilizar una estructura para el servicio para el cual fue diseñada, deben ser consideradas y revisadas por un inspector de soldadura.

Otras mediciones pueden ser hechas de toda la soldadura para asegurarse que el calor de soldadura no hay causado una excesiva distorsión o deformación.