ESCUELA POLITE POLITE CNICA DEL EJE EJE RCITO
DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTAS CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
MATEMÁTICA SUPERIOR PARA INGENIERIA
PROFESOR: ING. XAVIER RODRIGUEZ
ALUMNO: JUAN PABLO POLO
NRC: 1363
FECHA: 4 de Diciembre de 2012
TEMA: Correcta manipulación de los electrodos /SMAW/Electrodo Revestido OBJETIVO: Manipular correctamente el electrodo con el cebado usando E-6010, E- 6011, E-6013 1. MARCO TEORICO - Electrodos revestidos El elemento fundamental de este proceso SMAW, es el electrodo que establece el arco, protege el baño de fusión y que, al consumirse, produce la aportación del material que, unido al material fundido del metal base, va a constituir la soldadura. El electrodo revestido está formado por:
• Un núcleo metálico, denominado alma. Es un alambre de sección circular uniforme que sirve como material de aportación. Su composición química varía, y su selección se hace de acuerdo al material de la pieza a soldar. • El revestimiento es un cilindro concéntrico de espesor uniforme que envuelve el alma del electrodo. Está compuesto por diferentes sustancias químicas que caracterizan el electrodo. Cumple las siguientes funciones, las cuales evitan los inconvenientes del electrodo desnudo: 1. Dirige el arco, conduciendo a una fusión equilibrada y uniforme. 2. Protegen el metal fundido impidiendo la entrada del oxígeno y del nitrógeno del aire, que sería muy perjudicial para la soldadura. Para ello, • Produce gases que envuelven el arco. • Produce una escoria que cubre el metal fundido hasta que solidifique y se enfríe. La escoria protege el metal fundido desde el primer momento de la formación de las gotas.
Atendiendo al espesor del revestimiento, podemos clasificar los electrodos en: Delgados: protegen poco el metal fundido, por lo que sólo se utilizan en el aprendizaje de las técnicas de soldeo. Medios: obtienen mayor estabilidad del arco, permiten el soldeo con corriente alterna y protegen mejor al metal soldado. La escoria recubre al metal ya solidificado reduciendo su velocidad de enfriamiento y la oxidación. Gruesos: los electrodos con revestimiento grueso permiten obtener las mejores cualidades del metal soldado. -Tipos de revestimiento Revestimiento de los electrodos de acero al carbono El revestimiento se clasifica en función de su composición que determinará sus cualidades y aplicaciones. Según EN 499: • Ácidos (A) • Básico (B) • Celulósico (C) • Rutilo (R) • Rutilo - Ácido (RA) • Rutilo - Básico (RB) • Rutilo - Celulósico (RC) • Rutilo grueso (RR) -Cebado del arco El arco se establece golpeando ligeramente el extremo del electrodo sobre la pieza en las proximidades del lugar donde el soldeo vaya a comenzar. A continuación se retira lo suficiente de forma rápida para producir un arco de la longitud adecuada. Otra técnica de establecer el arco es mediante un movimiento de raspado similar al que se aplica para encender una cerilla. Cuando el electrodo toca la pieza, se manifiesta una tendencia a mantenerse juntos, lo cual se evita por medio del golpeteo y del raspado.
fig. 3 Establecimiento del arco
Algunos de los defectos posibles al momento de soldar:
Síntomas, causas y solución para algunos de los defectos en las soldaduras:
2. MATERIALES:
E-6010 E-6011 E-6013 Fuente de poder para soldadura SMAW-Soldadora AC-DC 250 Amp Welder Equipo de protección personal
3. PROCEDIMIENTO:
Primero se nos explicó los parámetros bajo los que vamos a trabajar, los cuales se presentan a continuación: Amperaje
rango 80-110 [A]
Tipo de Electrodo 6010-6011-6013
Velocidad
Distancia
1.5-2.5 [mm/s]
Máximo 3 [mm]
Entendidos estos parámetros, nos dirigimos a los cubículos de soldadura usando todo el equipo de soldadura establecido. Verificamos nuestra estación de trabajo y procedemos a ubicar el primer electrodo (6010) en la pinza de la máquina de soldar previamente indicada. Antes de encender la maquina es bueno simular la soldadura que vamos a realizar, esto agilita la mano y nos ayuda a precisar el lugar donde vamos a soldar. Encendemos la maquina cerramos el manto de nuestra estación de trabajo y bajamos los protectores UV de nuestros cascos de soldar, ligeramente acercamos el electrodo a la placa de trabajo y realizamos el cebado en la placa de practica. Luego intentaremos hacer un cordón de soldadura en nuestra placa de trabajo, acercamos el electrodo y con lentitud avanzamos hasta completar un cordón de soldadura. Terminado el cordón apagamos la máquina, cambiamos de electrodo y repetimos el procedimiento. Es importante reconocer el tipo de corriente con la que trabaja cada electrodo, ya que el electrodo 6010 usa corriente alterna, mientras que los electrodos 6011 y 6013 usan corriente directa. La salida de corriente directa es diferente que la de corriente alterna, por lo que es de suma importancia tener cuidado con este parámetro.
3.1
PARÁMETROS DE SOLDEO
1. Velocidad de desplazamiento La velocidad de desplazamiento durante el soldeo debe ajustarse de tal forma que el arco adelante ligeramente el baño de fusión. Cuanto mayor es la velocidad de desplazamiento menor es la anchura del cordón, menor es el aporte térmico y más rápidamente se enfriará la soldadura. Si la velocidad es excesiva se producen mordeduras, se dificulta la retirada de la escoria, y se favorece el atrapamiento de gases (produciéndose poros), a continuación se muestran algunas características con la velocidad de desplazamiento
VELOCIDAD promedio 1.5-2.5 mm/s
Lento -acumulación de material de aporte -disminuye la resistencia -varía las propiedades mecánicas -demasiada penetración Rápido -cordón no uniforme -poca penetración -queda escoria
2. Amperaje(Intensidad de corriente) Cada electrodo, en función de su diámetro, posee un rango de intensidades en el que puede utilizarse. Si se utilizara intensidades por encima de este rango, se producirían mordeduras, proyecciones, intensificación de los efectos del soplo magnético, e incluso grietas. La intensidad a utilizar depende de la posición de soldeo y del tipo de unión. En la figura 4 se indica el nivel de intensidad dentro del rango recomendado en función de las diferentes posiciones de soldeo, tomando como ejemplo un electrodo de 2,5 mm de acero al carbono. Fig. 4 Intensidad de soldadura en función de la posición
Características que se puedan producirse cuando se manipula el amperaje AMPERAJE Rango 80 - 110 A
-
- mucha chispa cuando esta a determinado amperaje - mayor temperatura cuando esta a alta corriente - no se suelda bien - problemas con el arco eléctrico - sonido molesto producido por la maquina soldadora
Tabla respecto al Ø del Electrodo vs Amperaje
3. Longitud de arco La longitud del arco a utilizar depende del tipo de electrodo, su diámetro, la posición de soldadura y la intensidad de corriente. En general, debe ser igual al diámetro del electrodo, excepto cuando se emplee el electrodo básico, que deberá ser igual a la mitad de su diámetro.
Fig.4 Longitudes de arco normales para un electrodo Es conveniente mantener siempre la misma longitud de arco, con objeto de evitar oscilaciones en la tensión e intensidad de la corriente y con ello una penetración desigual. En la soldadura en posición plana, se puede arrastrar ligeramente e l extremo del electrodo, con lo que la longitud del arco vendrá automáticamente determinada por el espesor del revestimiento. En las primeras pasadas de uniones a tope y en las uniones en ángulo, el arco se empuja hacia la unión para mejorar la penetración. Cuando se produzca soplo magnético, la longitud del arco se debe acortar todo lo posible. 4. Electrodo El elemento fundamental de este proceso es el electrodo, que establece el arco, protege el baño de fusión y que, al consumirse, produce la aportación del material que, unido al material fundido del metal base, va a constituir la soldadura. Los electrodos mostrados a continuación son los utilizados en la práctica: ELECTRODO E- 6010 Tipo de Revestimiento:
Celulósico Sódico
Corriente:
Corriente Continua
Polaridad:
Electrodo positivo
Revestimiento:
Rojo
Posición al Soldar: Plana Vertical Sobre cabeza Horizontal Composición Química: (Típica del metal depositado) C 0,12% Mn 0,60% P 0,01% S 0,020% Si 0,24% Características típicas depositado Resistencia a la tracción:
del
Metal 60000 lb/pulg² (414 Mpa) 48000 lb/pulg² (331 Mpa) 22%
Limite de fluencia: Alargamiento en 50mm: Aplicaciones Típicas:
Estanques Estructuras Planchas Corrientes Galvanizadas Tuberías de Presión Cañerías Cascos de barcos
ELECTRODO E- 6011 Tipo de Revestimiento: Corriente: Polaridad:
y
Celulósico Potásico Corriente Alterna Corriente Continua Electrodo positivo
Posición al Soldar: Plana Vertical Sobre cabeza Horizontal Composición Química: (Típica del metal depositado)
Revestimiento:
Aplicaciones Típicas: Estructuras Cañerías de Oleoductos Cascos de Barcos Relleno de Piezas Estanques Revestimiento:
Blanco C 0,10% Mn 0,55% P 0,01% S 0,02% Si 0,24%
Canela C 0,10% Mn 0,68% P 0,01% S 0,02% Si 0,34%
Aplicaciones Típicas: Cordón de raíz en Cañerías Cañerías de Oleoductos Reparaciones Generales Estructuras Planchas Galvanizadas Características típicas del Metal depositado Resistencia a la tracción: 60000 lb/pulg² (414 Mpa) Limite de fluencia: 48000 lb/pulg² (331 Mpa) Alargamiento en 50mm: 22%
ELECTRODO E- 6013 Tipo de Revestimiento: Corriente:
Rutílico Potásico
Polaridad:
Corriente Alterna Corriente Continua Ambas Polaridades
Revestimiento:
Gris
Posición al Soldar: Plana Vertical Sobre cabeza
Horizontal Composición Química: (Típica del metal depositado) C 0,10% Mn 0,60% P 0,02% S 0,02% Si 0,25% Características típicas del Metal depositado Resistencia a la tracción: Limite de fluencia: Alargamiento en 50mm: Aplicaciones Típicas:
60000 lb/pulg² (414 Mpa) 48000 lb/pulg² (331 Mpa) 17%
Cerrajería Muebles Metálicos Estructuras Livianas
5. Posición Procedimiento para soldar -
De izquierda a derecha
Soldar desplazando el electrodo de izquierda a derecha. El electrodo deberá tener una inclinación de 60° en relación al plano de soldadura. Se baja la mano a medida que se va desgastando el electrodo. Regular el avance del electrodo con el fin de conseguir un cordón cuyo grosor tenga de 1,5 a 2 veces el diámetro del electrodo. Si el avance de la soldadura es demasiado rápido, el caudal quedará depositado de forma estrecha y puntiaguda, presentará un aspecto irregular con acanaladuras y la penetración será débil. Por el contrario, si el avance de la soldadura es demasiado lento, el caudal será muy fuerte, con riesgo de que se salga, y la penetración será profunda. Importante Si el electrodo se pega al metal, no tirar nunca del mismo; efectuar movimientos rápidos de izquierda a derecha o cortar la alimentación eléctrica del equipo. -
De arriba hacia abajo
Cuando se suelda vertical descendente (de arriba hacia abajo) el cordón de raíz se hace con un avance continuo, sin oscilar, y la fuerza del arco se dirige de tal manera
que sujete el baño de fusión. Para los pases sucesivos se puede usar una oscilación lateral.
PROCEDIMIENTO PARA SOLDAR EL E-6010 Para Obtener los mejores resultados, se recomienda un arco de longitud mediana que permita controlar mejor la forma y aspecto del cordón.
Soldadura Plana y Horizontal El movimiento adelante tiene por objeto obtener una buena penetración y el movimiento hacia atrás controla la socavación y la forma del cordón. Para soldadura de filetes se recomienda mantener el electrodo a 45° con cada plancha, oscilando en el sentido de avance. Soldadura Vertical Se recomienda llevar el electrodo en un ángulo de 90°, inclinándolo ligeramente en el sentido de avance. Se debe llevar un movimiento de vaivén, alargando el arco para no depositar metal en el movimiento hacia arriba y luego acortándolo para depositar en el cráter y así controlar las dimensiones del depósito y la socavación. PROCEDIMIENTO PARA SOLDAR EL E-6011 La fuerte penetración de estos electrodos permite que el cordón de la soldadura tome los elementos de aleación del metal base, obteniendo así un cordón de propiedades mecánicas superiores al del metal base. Son electrodos especialmente apropiados para soladuras verticales y sobre cabeza. En general las recomendaciones para su uso son similares a las del tipo E-6010.
Soldadura Vertical En soldaduras verticales el movimiento de aviven no necesita ser muy profundo, usando una longitud de arco y amperaje apropiado. PROCEDIMIENTO PARA SOLDAR EL E-6013 Estos electrodos producen depósitos uniformes y lisos son con poca perdida por salpicaduras, y la escoria puede eliminarse fácilmente.
Soldadura Vertical En soldaduras verticales se recomienda soldar de abajo hacia arriba. No es necesario realizar movimientos de vaivén hacia adelante con tanta frecuencia como en los del tipo E-6010.
4. ANÁLISIS
Fue fácil diferenciar la dificultad entre la soldadura con un electrodo de corriente alterna con un de corriente directa, nuestro electrodo 6010 era muy difícil de controlar, este se pegaba mucho a la placa de trabajo y al intentar despegarlo la placa se alzaba y no se podía completar correctamente el cordón de soldadura. Esto se debe a los voltajes de rizado y la polaridad inversa que adquiere la corriente alterna, los cuales hacen más inestable a la energía y para compensar esto el electrodo intenta completar el circuito con mayor prioridad que los electrodos de corriente continua. Otro análisis a simple vista es el color que queda alrededor del cordón de la soldadura, este color es un residuo del revestimiento del electrodo, es así que tenemos para el electrodo 6013 un color blanco, para el electrodo 6011 un color gris claro, pero para el electrodo 6010 no es diferenciable un color distintivo: 6010 6011 6013
La diferencia del grosor del cordón se debe a los aspectos mencionados antes, como la distancia el tipo de electrodo y la velocidad, ya que el amperaje no fue variado de los 100[A]. Los cordones más gruesos indican una velocidad mas lenta además de una distancia corta entre el electrodo y la placa de trabajo. Por otra parte los cordones delgados indican un paso muy rápido del electrodo y una distancia muy amplia, por lo que no se completa el arco, también se puede observar los errores cometidos como mal aspecto entre otras del cordón con los 3 electrodos.
5. CUESTIONARIO 1.- Qué es la densidad de corriente. Normalmente, la corriente adecuada para cada trabajo debe determinarse mediante tanteos. Esa corriente debe ser lo suficientemente alta para conseguir la penetración requerida, pero no debe alcanzar valores excesivos, para no producir mordeduras ni perforar las piezas. En algunos casos el término de intensidad de corriente no es lo suficientemente preciso, por lo que se recurre a lo que se llama densidad de corriente. La densidad de corriente se obtiene dividiendo la intensidad entre el área de la sección recta del electrodo y suele expresarse en amperios por milímetros al cuadrado. De acuerdo a la definición, para una misma intensidad de corriente, la densidad será mayo en un hilo de 0.8mm, que en uno de 1,2mm. 2.- Deducir la ecuación de la velocidad de soldadura. Al iniciarse el arco de soldadura, el consumo del electrodo hace que la corredera baje gravitacionalmente, mientras la punta del electrodo se consume por el intenso calor del arco. Se representa un triángulo vectorial de velocidades dónde: Vf , es la velocidad de fusión del electrodo o la velocidad de alimentación del electrodo.; Vs, es la velocidad de soldadura; Va, es la velocidad con que baja la tenaza. Teniendo en cuenta el teorema de Pitágoras y las respectivas consideraciones trigonométricas, en un análisis vectorial del polígono de velocidades formado, pueden relacionarse las velocidades (Ecuación 1 y 2).
El empleo de estas ecuaciones permitirían, en caso de necesitarse monitorear la velocidad de soldadura (Vs), medir la velocidad (Va) con que el brazo baja, lo cual puede hacerse acoplando un dispositivo óptico al soporte. También es posible estimar un promedio de la velocidad de soldadura midiendo el tiempo total de la soldadura (ts) y la longitud del cordón (l ), considerando el proceso de soldadura como un movimiento rectilíneo y uniforme.
La velocidad de soldadura (Vs) puede variarse según el ángulo de incidencia ( α ) del electrodo y puede calcularse según la Ecuación 3. Para un mismo electrodo la eficiencia del proceso está relacionada al ángulo de incidencia del electrodo ( α ) respecto a la placa a soldar, la longitud de arco y el aporte térmico.
3.- Determinar un cronograma de pasos para un cebado. 1. Usar un equipo de protección adecuado. 2. Verificar las condiciones del área de trabajo. 3. Ubicar el electrodo en la pinza y agarrar la masa en un lugar apropiado en caso de emergencia. 4. Verificar en que tipo de corriente se está trabajando de acuerdo al electrodo que se esté utilizando. 5. Antes de encender la maquina realizamos unas pasadas sobre la placa para ubicar bien el lugar por donde queremos pasar el electrodo. 6. Encendemos la maquina y pasamos varias veces el electrodo a lo largo de la placa. 7. Una vez terminado apagamos la maquina. 4.- Que es el WPS (Investigar una carta del WPS) El procedimiento de soldadura o WPS (Welding Procedure Specification) es un documento que provee las directrices para realizar la soldadura con base en los requerimientos del código, proporciona igualmente la información necesaria para orientar al soldador u operador de soldadura y asegurar el cumplimiento de los requerimientos del código. Describe las variables esenciales, no esenciales y cuando se requiera, las variables suplementarias esenciales de cada procedimiento de soldadura. Debe estar firmado por el Inspector de Soldadura. Anexo 1- Hoja WPS 5.- Investigar una tabla o referencia respecto al Ø del Electrodo vs Amperaje AMPERAJES
RECOMENDADOS
Longitud pulg.
Electrodo mm.
E-6010 Diámetro pulg. 3/32 1/8 5/32 3/16
Electrodo mm. 2,4 3,2 4,0 4,8
12 14 14 14
300 350 350 350
Amperaje Mínimo
Máximo
Electrodos X Kg. aprox.
60 80 110 150
90 110 160 200
75 35 24 17
Amperaje Mínimo
Máximo
Electrodos X Kg. aprox.
50 80 120 140
90 120 160 220
81 37 26 18
E-6011 Revestimiento:
Blanco
Diámetro pulg.
Electrodo mm.
3/32 1/8 5/32 3/16
2,4 3,2 4,0 4,8
E-6011 Revestimiento:
Canela
Longitud pulg. 12 14 14 14
Electrodo mm. 300 350 350 350
Diámetro pulg. 3/32 1/8 5/32 3/16
Electrodo mm.
Longitud pulg.
2,4 3,2 4,0 4,8
12 14 14 14
Electrodo mm. 300 350 350 350
Amperaje Mínimo
Máximo
Electrodos X Kg. aprox.
50 80 120 160
90 120 160 220
74 34 24 17
Amperaje Mínimo
Máximo
Electrodos X Kg. aprox.
40 70 120 160
90 120 190 240
52 35 22 17
E-6013 Diámetro pulg. 3/32 1/8 5/32 3/16
Electrodo mm.
Longitud pulg.
2,4 3,2 4,0 4,8
12 14 14 14
Electrodo mm. 300 350 350 350
6. CONCLUSIONES
Los mejores resultados se obtienen manteniendo un arco mediano, con lo que se logra una fusión adecuada, permitiendo el escape de gases además de controlar la forma y apariencia del cordón. La longitud del arco debe ser constante, más o menos igual al diámetro del electrodo. El revestimiento del electrodo determina las características mecánicas y químicas de la unión que cumple con varias funciones como: producir gases protectores, escoria, y suministra materiales desoxidantes. Es necesario un proceso de cebado previo a la realización de un cordón de soldadura con la finalidad de preparar al electrodo para el trabajo
7. RECOMENDACIONES
Siempre utilice el equipo de protección necesario para el tipo de soldadura a realizar. Antes de usar la máquina de soldar debe guardarse ciertas precauciones, conocer su operación y manejo, como también los accesorios y herramientas adecuadas. Nunca se debe soldar en la proximidad de líquidos inflamables, gases, en áreas confinadas sin ventilación adecuada y tampoco sobre suelo húmedo.
No entrar en pánico si el electrodo se queda pegado a la placa de trabajo, con un simple movimiento circular de la muñeca es posible retirarlo. En caso de no lograrlo se debe apagar la maquina de soldar de inmediato.
8. BIBLIOGRAFÍA -
“SOLDADURA: APLICACIONES Y PRACTICA”; Henry Horwitz, P.E “TÉCNICA Y PRÁCTICA DE LA SOLDADURA”; Joseph W. Giachino,William
Weeks/Reverte En línea - http://www.scielo.br/pdf/si/v14n1/v14n1a07.pdf - http://materias.fi.uba.ar/6716/METALURGIA_DE_LA_SOLDADURA_2.pdf - http://solysol.com.es/data/documents/soldadura=20electrodo=20rec.doc.pdf - http://controlsoldaduramargot.blogspot.com/2007/10/establecimiento-de-losprocedimientos.html - Catalogo de Indura
Anexo 1
