C607

Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica. Laboratorio de Procesos Mecánicos.

Experiencia C607: Soldadura SMAW .

Profesor: Ignacio Andaur Pavez. Alumno: Claudio Canales D. Fecha de Entrega: 13/04/2017


Resumen En el presente informe es expone acerca de la Soldadura tipo “SMAW” o más bien conocida

como soldadura al arco, con el fin, de efectuar un análisis cualitativo del tipo de elect rodo utilizado y conocer, o más bien experimentar el proceso de soldadura, para poder r ealizar un análisis teórico y combinarlo con el mundo practico. Intuitivamente se fueron variando una serie de parámetros, como el ángulo de inclinación del electrodo, la velocidad de deposición de material, la distancia entre el electrodo y el metal base, principalmente cómo varió el voltaje y el cordón de soldadura con la variación de la intensidad de corriente. En este informe se dan a conocer los objetivos por los cuales se realiza este laboratorio, se enumeran uno a uno los materiales utilizados para el correcto funcionamiento de la experiencia y se detalla el procedimiento a seguir para poder realizar un proceso de soldadura al arco eléctrico con corriente constante. Mostrándose además toda la teoría y datos importantes a tener en cuente ante el proceso de soldadura SMAW y los cálculos y tablas utilizadas para poder tener conclusiones fidedignas de lo ocurrido dentro del laboratorio.

Laboratorio de Procesos Mecánicos.

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Índice Resumen .............................................................................................................................................. 2 Introducción ........................................................................................................................................ 4 Objetivo General ................................................................................................................................. 5 Objetivos Específicos ........................................................................................................................... 5 Descripción de los Equipos Utilizados. ................................................................................................ 6 Metodología. ....................................................................................................................................... 7 Resultados y análisis de resultados. .................................................................................................... 8 Conclusión ......................................................................................................................................... 10 Bibliografía ........................................................................................................................................ 11


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Introducción La soldadura es un proceso de fijación, en el cual se realiza la unión de dos o más piezas, logrado a través de la fusión de las piezas soldadas. También es posible realizar la soldadura aplicando conjuntamente calor y presión, o solo presión por sí misma. La soldadura es ampliamente utilizada en ambientes industriales aun así se puede realizar en diversos lugares, como el aire libre, debajo del agua, en el espacio etc. La soldadura no es una invención nueva, aun así, hasta el siglo 19, el único método de soldadura, era la soldadura de fragua, el cual era el método utilizado a lo largo de décadas por los herreros. Fue en 1800 cuando Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico y los avances de la soldadura al arco, el utilizaba un electrodo de carbón, pero posteriormente en Gran Bretaña se dio vida a un electrodo con metal recubierto, el cual permitió un arco más estable. La utilización de la soldadura ha permitido un desarrollo industrial importante, permitiendo elaborar tareas en la industria que antes eran imposibles o netamente más complejas. Hoy en día la utilización de la soldadura manual por arco eléctrico está al alcance de todos, ya sea a nivel industrial hasta a un nivel doméstico, esto es debido a la simplicidad de este proceso y a la alta practicidad de este. Para la realización de una soldadura correcta, es necesario, que la operación manual sea la correcta, por lo tanto, este tipo de proceso es altamente dependiente del operario de la soldadura. Es por ello que desde el año 80 se desarrollan las soldaduras automatizadas, las cuales a través de un brazo robótico de seis ejes se realiza el proceso de soldadura, obteniendo una mejor calidad y productividad al mismo instante. En esta experiencia percibiremos cómo afectan al proceso de soldadura, las condiciones dadas por el equipo que genera el arco eléctrico (corriente y voltaje) y las características de dos tipos de recubrimientos para electrodos distintos, cuáles son las diferencias que estos generan durante el proceso tanto visiblemente (en forma de salpicadura de material) como en otras formas (tales como el control del proceso)


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Objetivo General •

Internalizar y comprender los conceptos técnicos y parámetros de ajuste y control de las variables eléctricas que gobiernan el proceso de soldadura al arco eléctrico, manual con electrodos revestidos, cuyo acrónimo en inglés más conocido es SMAW (Shielded Metal Arc Welding)

Objetivos Específicos •

Identificar las ventajas y desventajas de un proceso de corriente constante.

•

Cuantificar el aporte calórico del proceso.

•

Cuantificar el aporte calórico neto.

•

Obtener la tasa de depósito típica de cada proceso de soldadura.

•

Comparar las capacidades y el nivel de aporte calórico asociado a los procesos de soldadura industriales.

•

Determinar la dilución presente en las uniones típicas.

•

Armar y ajustar variables claves de los procesos de soldeo, de modo de asegurar resultados adecuados.


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Descripción de los Equipos Utilizados. 1. Soldadora multiprocesos Lincoln Invertec V350 Pro: •

Procesos: GMAW, FCAW, SMAW, GTAW y CAC-A para una variedad de materiales, incluyendo acero suave, acero inoxidable, alambres tubulares y aluminio.

•

Tensión de entrada: 200 a 575 [V] a frecuencia de 60/50 Hz

Figura 1: Soldadora Eléctrica LINCOLN.

2. Electrodo revestido E6011 (de acuerdo con AWS A05.1): •

Diámetro: 1/8 pulgada (3.2 mm).

•

Resistencia a la cedencia/tensión [MPa]: 330 / 430.

•

Revestimiento: Celuloso-Potásico.

•

Tipo de corriente: CA y CDEP.

•

Posición de trabajo: Todas.

3. Electrodo revestido E7018 (de acuerdo con AWS A05.1): •

Diámetro: 1/8 pulgada (3.2 mm). –

•

Resistencia a la cedencia/tensión [MPa]: 400 / 483.

•

Revestimiento: Hierro en polvo con bajo porce ntaje de hidrógeno.

•

Tipo de corriente: CA y CDEP.

•

Posición de trabajo: Todas.


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Metodología. Al iniciar la experiencia, se realiza una amplia introducción teórica acerca de los procesos de soldadura. En donde se introduce el funcionamiento de la soldadura al arco y como está a incidido en la industria. También se dio una amplia caracterización de los tipos de soldadura más comunes incluyendo los procesos a corriente constante como SNAM, TIG, WIG entre otros, y los procesos a voltaje constante como MIG, Arco sumergido etc. Explicando a través de sus siglas las características de cada uno y dando un ejemplo de cuál de estos métodos era el más adecuada bajo diferentes marcos de aplicación. Al finalizar la introducción teórica, se detalla conceptualmente el tipo de soldadura que se utilizara en la experiencia, la soldadura manual de arco eléctrico(SMAW). Además, se detalla el rol que cumple el electrodo, tanto el revestimiento como el núcleo metálico. Al finalizar la introducción teórica se procede a realizar, se establece que se utilizaran dos tipos de soldadura, las cuales son E6011 y 7018. Posteriormente cada alumno procede a colocarse los implementos de seguridad necesarios para realizar el proceso de soldadura. Finalmente iniciando la experiencia práctica se procede a realizar los siguientes pasos en forma consecutiva. 1. Apostar los elementos de protección necesarios. 2. Encender el equipo soldador, se verifica la polaridad de los electrodos y se establece el voltaje y amperaje adecuado. 3. Se verifica que el electrodo con polaridad negativa esté conectada a la “parrilla”, el cual es el lugar en el que se soldara. 4. Se procede a colocar el electrodo, ya sea E6011 o E7018. 5. Se verifica el funcionamiento del electrodo al iniciar el proceso de soldadura. 6. Se establece el arco sobre la placa de forma continua. 7. Formar cordones de soldadura rectos, en el cual se establece una velocidad de avance constante y se alimenta con el electrodo al momento de soldar. 8. Se continúa realizando cordones, hasta el punto que sean uniformes y continuos. 9. Una vez efectuado el trabajo se realiza una limpieza de la zona de t rabajo.


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Resultados y análisis de resultados. En el laboratorio de procesos mecánicos se procede a realizar una práctica de la soldadura al arco manual, a través de la utilización de dos tipos de electrodos. Tras terminar la práctica se procede a hacer un cordón comparativo de los resultados de estas soldaduras, y se realiza un cordón de soldadura de largo constante de una soldadura tipo E6011 y E7018. A continuación, se presenta de imagen con los dos tipos de soldadura.

E7018

E6011

Figura 2: Cordón de soldeo (7018 y 6011).

Este proceso de soldeo, se realiza a un voltaje de 60 Volt y 70 Amperes, con el equipo anteriormente descrito (Invertec V350) y utilizando polaridad inversa. En la figura número 2 se puede apreciar que el cordón más fino corresponde al electrodo 6011 y que el cordón más grueso corresponde al electrodo 7018. No se pudo lograr un cordón uniforme debido a la falta de experiencia al momento de soldar, lo cual se ve reflejado en discontinuidades o zonas sin soldar. La zona en cual se realiza el proceso de soldeo, corresponde a 20 cm. El tiempo que se utiliza el para realizar el cordón E6011, es de 25 segundos y 32 segundos para el cordón de E7018. Por lo tanto, la velocidad de avance, para 6011 fue de 48 centímetros por minuto y para el electrodo E7018 fue de 37,5 centímetros por minuto, lo cual hace que este electrodo sea más lento.


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De la experiencia se pudo apreciar que el poder de penetración del electrodo E6011, fue mayor en situaciones en la que el metal se encontraba con irregularidades, ya sea superficie rugosa, suciedad etc. Pero a la vez generaba una una zona menor de material metálico fundido, debido a que esta se enfriaba de forma mas rápida. Se pudo apreciar que este tipo de electrodos permiten una mayor velocidad de soldeo, dado a que permitía la generación de un arco eléctrico más rápido y permitía una mayor facilidad para realizar el proceso. Otro aspecto que se observó de la soldadura E6011, es que al momento de retirar la escoria con el “martillo”, se desprende bastante poca escoria, en

comparación a la escoria dejada por el cordón realizado con los electros E7018. Para el electrodo E6011, fue posible sentir mayor facilidad a generar el arco eléctrico, expresándose en que este permite mantener el electrodo más alejado a la placa sin perder la llama, además de no pegarse tan fácilmente. Sin embargo, al generar el cordón se siente un ruidoso soplido junto además con mucha salpicadura (chispas) y una gran cantidad de humo, donde ello se justifica a partir de la composición celulósica del revestimiento que usa este tipo de electrodos, el cual contiene altos niveles de hidrógeno comparado al 7018. Por otro lado, para el electrodo E7018, logramos soldar con mayor dificultad, pues fácilmente se pegaba el electrodo a la placa debido a que este genera una campana más pequeña, y por ende una llama más corta, por lo que se requiere buena maniobrabilidad del soldador para lograr mantener a pequeñas distancias al electrodo respecto a la placa que se efectúa el cordón. Sin embargo, fue posible sentir un soplido muy pequeño que arrojaba poca cantidad de chispas y una reducida cantidad de emisión de “humo”. Además, se notó considerablemente una disminución en el aporte

calórico dado que al terminar el cordón sobre la placa no quedó de color rojizo (como sí ocurrió con el electrodo E6011). A pesar de que la soldadura E7018 presento situaciones en las que se adhería con el material a soldar, una vez que se iniciaba correctamente, se generaba una deposición del material metálico de forma muy suave y más lenta, con respecto al electrodo E6011. Al momento de retirar la escoria superficial, se podía apreciar un alto nivel de escoria que podía ser retirado, y debajo de esta se encontraba una superficie suave.


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Conclusión A través de la realización de la puesta en práctica de la soldadura, se pudo apreciar, que la velocidad de avance de la soldadura E6011 fue bastante más veloz que la velocidad de avance de la soldadura E7018. Se observó que para el electrodo E6011, fue posible generar el arco con mayor facilidad (Sin la necesidad de que se adhiera a la superficie) y que este permite una mayor longitud de arco eléctrico, es decir, permite mantener el electrodo más alejado de la placa sin perder la “llama”. Sin embargo, al momento de realizar la soldadura se apreció que en esta se generaba un alto nivel de “chispas” y una gran cantidad de humo. Este punto se justifica debido al revestimiento de composición celulósica, el cual tiene altos niveles de hidrogeno. Esta composición permite disminuir la tensión de ionización presente, por ende, genera mayor facilidad de generar el arco eléctrico. Por otro lado, el electrodo E7018 presento mayor dificultad para mantener el arco eléct rico, debido a que se adhería a la superficie fácilmente, ya que generaba una campana más pequeña, y por ende una llama más corta, por lo que se requiere una buena maniobrabilidad del soldador para mantener pequeñas distancias al electrodo respecto a la placa que se efectúa el cordón. A pesar del hecho que presentaba una llama más corta, este cordón tenía un mejor aspecto y mayor nivel de escoria en la superficie. En cuanto a la penetración de la soldadura, se observó que la soldadura E6011 presento un mayor nivel de penetración, en comparación a la soldadura E7018. Esto básicamente se puede apreciar por el nivel de llamas generado al momento de realizar el proce so de soldadura y la cantidad de chispas generadas. Este fenómeno se ve explicado debido al contenido de hidrogeno de los electrodos, ya que al tener mayor cantidad de hidrogeno, genera una mayor liberación de calor y por ende la velocidad de soldeo es mayor. En este caso el electrodo con alto contenido en hidrogeno fue el E6011 en comparación al E7018, además al tener un alto valor de hidrogeno, genera pérdidas por salpicaduras. Finalmente se puede corroborar lo observado en la experiencia, con lo expuesto en la literatura acerca del proceso de soldeo con arco eléctrico manual(SMAW) y las características de cada tipo de electrodo. A su vez comprender y reconocer cual electrodo es óptimo de acuerdo a diferentes circunstancias presentes al momento de realizar alguna labor de unión.


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Bibliografía Gere, J. M. (2009). Mecánica de Materiales. Cenage Learning. Lincoln electric. (10 de Abril de 2017). Obte nido de Lincolnelectric: http://www.lincolnelectric.com/en-us/support/process-and-theory/Pages/awsclassifications-detail.aspx USACH, Departamento de Ingeniería Mecánica. (Plan 2012). Exper iencia C607 "Soldadura SMAW". Santiago: Ingeniería Civil en Mecánica.


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