Informe 1 Reconocimiento de discontinuidades en soldadura fundicion

Carrera Diego Fecha de realización: 14/10/2015 Fecha de entrega: 22/10/2015 Informe: 1 Grupo y subgrupo laboratorio: Gr4-B Grupo de la materia: Gr1

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE DESGASTE Y FALLA 1. Tema: Defectos en los materiales 2. Objetivos:  

Reconocer y clasificar diferentes tipos de discontinuidades según su tipo y según el proceso de fabricación. Indagar y verificar las causas de cada uno de las discontinuidades.

3. Resultados obtenidos:

Fig. 1,2: Cubo de aluminio Fuente: Propia





Fig. 7: Tapa de Aluminio Fuente: Propia

Fig. 8, 9,10: Pases de soldadura Fuente: Propia


Fig. 11: Junta soldada Fuente: Propia Tabla 1: Listado de discontinuidades. Pieza: Figura 1: Figura 2: Figura 3: Figura 4:

Figura 5: Figura 6: Figura 7: Figura 8: Figura 9: Figura 10: Figura 11:

Tipo de discontinuidades: Porosidades. Rechupes. Profundidad: 2.6 ,2.95, 1.3 (mm). Grieta en caliente Porosidades. Pobre diseño. Desperfecto: 4.25 (mm) Rechupes. Profundidad: 7.35, 0.75 (mm). Inclusiones no metálicas. Inclusiones no metálicas. Grietas. Porosidades Gotas frías. Inclusiones no metálicas. Porosidades. Inclusiones no metálicas. Porosidades. Rechupes. Profundidad: 1.25 (mm). Porosidades. Solapado en Frío. Falta de penetración. Distancia al extremo del cordón d= 5.25 (mm) Ancho: 1.2. Altura: 4.5(mm) Sobre monta. Falta de penetración. Falta de penetración. Porosidades. Falta de fusión.


4. Análisis de resultados: Partiendo de las observaciones antes explicadas en la tabla 1, se denota que existen un sinnúmero de discontinuidades en las piezas estudiadas. Por lo tanto y en el orden establecido con anterioridad, se procede a explicar las posibles causas de dichas discontinuidades. El cubo fundido en aluminio, presenta las discontinuidades que se han expresado para cada una de sus caras, sin embargo en conjunto se puede apreciar que esta pieza sufre de varios imperfectos que van desde un mal diseño del molde hasta porosidades e inclusiones. Partiendo de los bordes con mal acabado, se puede decir que se trata de una pieza cuyo diseño no fue estudiado en su totalidad, existe una falta de radios de acuerdo, y falla en el sobredimensionamiento de la pieza. Por otro lado al analizar las inclusiones no metálicas se puede aproximar y decir que se produjo una reacción entre el material fundido y el molde, además podría tratarse de un exceso de impurezas en el material fundido. Además existe la presencia de gotas frías, este tipo de discontinuidades vendrían dadas por una velocidad de colado demasiado rápido, lo cual provoca que estas solidifiquen antes que toda la pieza en conjunto. Aparte de estas discontinuidades existen las porosidades, estas están dadas en principio por la reacción del material fundido y el molde; dónde el molde contiene una parte de agua (usada para tamizar), la cual reacciona y forma vapor de agua y libera algunos gases; en este contexto conjuntamente con un acelerado enfriamiento provoca que los gases no tengan el suficiente tiempo para escapar, por lo tanto esta sería una de la razones para las porosidades. En acotación al analizar los rechupes, se puede decir que es un efecto que viene dado en muchas piezas fundidas, ya que es un efecto natural, debido a que el volumen del líquido fundido es mayor que el volumen del sólido. Entonces es un parámetro de diseño sobredimensionar las piezas con el fin de evitar que las dimensiones requeridas sean afectadas. Si esto no se cumple entonces la pieza será descartada, debido a los rechupes que se produce. Otra explicación para este problema sería el hecho de un enfriamiento demasiado brusco, ya que esto provocaría que el material se contraiga muy rápido, lo cual también explicaría las grietas encontradas en la pieza. Después de analizar la primera pieza, se procede a estudiar la tapa fundida. Aquí al igual que en la anterior, se denota un falta correcta de diseño, pues se encuentras varias discontinuidades. Desde un enfoque de falla, se puede decir que el mayor problema que se tiene es un solapado en frio, producto de un colado imperfecto, esto se evidencia en la falta de continuidad que posee la pieza al llegar a la zona mas vulnerable (el extremo de la tapa), en este punto existe una falta de


continuidad como se puede apreciar en la figura 7. Esta pieza posiblemente fue fundida a una velocidad de colado muy baja, lo cual explicaría por qué la pieza no fue completada. Este efecto se evidencia ya que el material posiblemente se enfrió antes de formar la pieza como un todo. Además se puede observar partes de la tapa que tiene un espesor inferior, cercano a la zona de falla, por lo tanto es evidente que estas fueron las causas que provocaron el defecto en esta pieza. Se considera defecto por que no cumple con las disposiciones establecidas en las normas para ser considerado un defecto permisible. Por otra parte se denota que existen porosidades, por lo mismo que en caso anterior se puede decir que existió una reacción entre el agua del molde y el metal fundido, lo cual en conjunto con un enfriamiento demasiado rápido evito que los gases escaparan y el material se volviese homogéneo. En acotación el área de la falla se calculó aproximadamente con ayuda de auto-cad y proporciono un área de 0.0026224

m2 .

Ahora estudiando el caso de las soldadura expuestas en las figuras 8, 9, 10. Aquí el mayor problema que se puede encontrar es la falta de penetración que se evidencia en los espacios que deja el cordón de soldadura y el material base. Esto evidentemente se produce por los parámetros de soldadura mal establecidos, con lo cual pude suceder que no se tenga una energía de soldadura suficiente para que el electrodo penetre en la junta. Otro parámetro podría tratarse de un mal diseño de la junta, lo cual evitaría que el electrodo nuevamente penetre. Podría suceder que el material de aporte no tenga suficiente fluidez, lo cual también provocaría este defecto. Podría influir también al velocidad de soldadura, si al velocidad fuese demasiada rápida, el electrodo no podría esparcirse adecuadamente y provocar esta discontinuidad. Además la capacidad del soldador, los años de experiencia también sería un factor importante, ya que al no estar capacitado o no tener experiencia, provocaría discontinuidades en el material. Las porosidades podrían ser causa de un enfriamiento excesivo, de un electrodo húmedo, una falta de gases de protección, energía de soldadura demasiado alta. Todos estos factores provocan este tipo de defectos. Y para concluir este análisis se procede a estudiar la figura 11. Aquí se mira claramente que le principal problema que posee es la falta de fusión. Este tipo de problema se presenta por una mala elección en el material de aporte, parámetros de soldadura deficientes, inexperiencia del soldador, materiales con diferentes puntos de fusión. Aquí el principal inconveniente puede deberse a la energía, pues si no se llega al punto de fusión del material base, la unión no será completada. Por lo cual


estos parámetros deben ser revisados varias veces antes de llevar a cabo un proceso de unión por soldadura. 5. Preguntas: • ¿Formas o métodos para identificar las discontinuidades encontradas? Primero para evaluar estas discontinuidades se hacen pruebas, destructivas o no destructivas, lo cual requiere a tener conocimientos de estos ensayos que se llevan a cabo con el fin de determinar qué tipo de discontinuidad se presentan. Dado que muchas veces las discontinuidades no son visibles, se aplican métodos como rayos X, o los de ultrasonido con el fin de proporcionar datos acerca del tipo de discontinuidad que se presenta. Internet comenta: “Calidad es la conformidad entre un estándar determinado perteneciente a la realidad, con lo establecido respecto de ese estándar en un documento llamado especificación. Esta conformidad solo puede ser verificada a través de la medición. En lo referente a ensayos no destructivos, aparte del método de radiografiado, destacan otras técnicas utilizadas en función del tipo de control a realizar, bien sea superficial, sub superficial o interno, siendo diversos los métodos utilizados:    

Inspección Visual - VT Líquidos Penetrantes – PT Partículas Magnéticas - MT Ultrasonidos – UT.” (TuV NORD, Cualicontrol )

Una vez que se ha conocido el defecto, se procede a compararlos con las normas oportunas para cada tipo de proceso de fabricación, en estas normas se especifica cuando una pieza tiene o no validez para ser puesta o no en operación. Este punto es de suma importancia, ya que muchas piezas son descartadas pro causa de las discontinuidades que no cumplen con la norma establecida. Estas normas buscan asegurar índices de seguridad y calidad para los usuarios, con lo cual se evita accidentes, perjuicios económicos y judiciales para las empresas.

• ¿Soluciones para prevenir o para evitar la formación de las discontinuidades encontradas? Tabla 2: Soluciones para las discontinuidades Discontinuidad:

Solución:


Fundición: Porosidades.

Pobre diseño.

Inclusiones no metálicas.

Grietas.

Gotas frías.

Solapado en Frío.

Rechupes

Discontinuidad: Soldadura: Falta de penetración.

Sobre monta.

Porosidades.

Falta de fusión.

Para evitar este problema, sería conveniente dar un tiempo de solidificación oportuno. Además el material podría ser vertido de manera uniforme. El molde debería tener una cantidad de agua suficiente, sin exceso ni falta. Dar una solución al diseño es complicado, sin embargo se debería evitar geometrías complicadas o de difícil acceso. Además crear un sobredimensionamiento y radios de acuerdo. Para evitar esto se debería procurar que el material fundido sea de buena calidad, que no contenga demasiada escoria. Además que el molde sea únicamente de los materiales necesarios. Una solución sería, proporcionar el tiempo suficiente para que la solidificación de la pieza sea completa. De esta forma evitar la creación de grietas La velocidad de vertido en el colado debería ser constante, además debería ser continua y con una velocidad intermedia (no tan alta, no tan baja). Se debe hacer un colado constante, ya que estos defectos son producto de una falta de uniformidad en el momento de colado. NO existe solución, sin embargo se puede sobredimensionar las piezas, ya que este efecto ocurre siempre. Solución: Aplicar estándares de soldadura adecuados, como: electrodo adecuado, energía de soldadura adecuada, y diseño. Procurar que la soldadura sea continua, en caso de no ser posible, tratar de solapara las pasadas de forma adecuada. Proporcionar gases de protección, y eventualmente condiciones adecuadas para la soldadura. Elegir el material de aporte conveniente,


para que tenga un punto de fusión casi similar al del material base. • ¿Cómo se podría saber si las discontinuidades encontradas son defectos? Basarse en una norma y liste cada una de las condiciones que determinara si se acepta o no el material Para la Fundición, según la Norma ASTM. La norma ASTM comenta:

Fig. 12: Listado de criterio para aceptación. Fuente: (ASTM, 2015)


Fig. 13: Listado de criterio para aceptación. Fuente: (ASTM, 2015) Para la soldadura, según la Norma AWS. AWS comenta:   

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La soldadura será inspeccionada y no deberá tener grietas. Todos los cráteres se llenaron a la sección transversal completa del cordón de la soldadura. La cara de la soldadura debe estar a ras con la superficie del metal de base, y la soldadura deberá combinarse sin problemas con el metal base. La concavidad no excederá de 1/3 pulgada. La soldadura de refuerzo no será superior a 1/8 pulgadas. La raíz de la soldadura será inspeccionada, y no será deberá haber evidencia de grietas. La máxima concavidad superficial de la raíz será 1/16 de pulgada. Y la masa fundida a través del cordón deberá ser 1/8 de pulgada. (AWS, 2007)

6. Conclusiones y Recomendaciones: 6.1 Conclusiones:  Las piezas por lo general tienden a poseer cierta cantidad de discontinuidades, por lo que realizar un estudio en base a normas, para calificar las piezas es de suma importancia.




Gracias a esta práctica, el estudiante tiene la capacidad de identificar claramente los tipos de discontinuidades. Lo cual será de utilidad en póstumos trabajos.  Las discontinuidades, dependiendo del proceso de fabricación, pueden ser evitadas. Esto ayuda a que las piezas puedan ser calificadas de mejor manera.  Los defectos conducen a las fallas, por lo tanto evitar los defectos, será de suma importancia dentro del diseño mecánico. 6.2 Recomendaciones:  Procurar estudiar varias piezas, para adquirir experiencia en la identificación de las discontinuidades.  Estudiar de forma más completa la evaluación las discontinuidades en base a las normas. Esto con el fin de apoyar a los conocimientos de los estudiantes. 7. Bibliografía:

(2015). Actual Alloys Used to Reproduce Discontinuities. En ASTM, Standard Reference Radiographs for Inspection of Aluminum and Magnesium Castings1 (pág. 4). ASTM. (2015). TABLE- Reference Radiographs for Aluminum and Magnesium. En ASTM, Standard Reference Radiographs for Inspection of Aluminum and Magnesium Castings (pág. 3). AWS. (2007). Calificación de soldadura. En AWS, AWS D1.1 (pág. 121). TuV NORD, Cualicontrol . (s.f.). TuV NORD, Cualicontrol. Recuperado el 19 de Octubre de 2015, de http://www.tuvnord.com/es/ensayos-no-destructivos/otras-tecnicas-ensayosno-destructivos-end-504.htm

Informe 1 Reconocimiento de discontinuidades en soldadura fundicion

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