Proyecto y Diseño Estructural
Nombre: Derke Gerardo González Sánchez. Curso: III Semestre. Asignatura: procesos especiales de soldadura. Profesor: Sergio Aldo fuentes. Fecha: 09 de julio 2008.
Índice Introducción sobre el aluminio. Propiedades mecánicas. Propiedades a temperaturas elevadas. Propiedades de resistencia a bajas temperaturas. Proceso de soldadura MIG-MAG. & descripción del proceso. & aplicaciones. & fuente de potencia. & sistema de alimentación de alambre. & antorcha. & pinza de masa. Materiales de aportación. Gases de protección. & acero al carbono. & acero inoxidable. & aluminio y sus aleaciones. & cobre y sus aleaciones. & níquel y sus aleaciones. Procedimiento TIG. (tungsteno inerte gas). Procedimiento MIG. (metal inerte gas). Tipos de gases. & argon. & helio. & oxigeno. & acetileno. Descripción del proceso. Aleaciones de bronce. Soldadura bronce aluminio. Selección del proceso de soldadura. Selección del gas protector. Tratamiento térmico posterior a la soldadura. Cloncusiones sobre el proceso. Conclusión.
Introducción sobre el aluminio El aluminio es un metal que reúne una serie de propiedades mecánicas excelentes dentro del grupo de los metales no férreos, de ahí su elevado uso en la industria. Dentro del ciclo vital del aluminio, éste se encuentra actualmente en la etapa de madurez, es decir su producción está estabilizada desde hace un par de décadas, aunque en la industria de la automoción su uso es cada vez mayor. Esta aparente contradicción se debe a que está siendo sustituido por nuevos materiales, como los polímeros o los materiales compuestos, en aplicaciones en las que hasta ahora se había utilizado el aluminio. Esto mismo ocurre en mayor medida con los metales ferrosos, donde su producción sí ha disminuido, al verse sustituidos por los nuevos materiales o por el propio aluminio, es el caso de los automóviles o motocicletas, donde cada día aparecen más motos con bastidores de aluminio y coches con suspensiones, partes del chasis y carrocería fabricados con aluminio. El aluminio, cuando se habla de aluminio se tiene en cuenta todas sus aleaciones, satisface como ningún otro metal las actuales demandas que se piden a un material estructural como son: La ligereza, la densidad del aluminio (2,70 g/cm.) es realmente baja comparada con la del hierro (7,90 g/cm.). La buena resistencia mecánica de algunas de sus aleaciones, incluso a altas temperaturas, lo que hace que esté legando a sustituir a aleaciones de titanio en el mundo aeronáutico, donde la ligereza unido a la resistencia mecánica son factores importantísimos. Muy buena resistencia a la corrosión gracias a la película de alúmina, que se forma en su superficie de forma espontánea y lo protege de la corrosión. Una propiedad cada vez más en alza como es la reciclabilidad donde el aluminio destaca especialmente, ya que si bien el aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre, el proceso de obtención del aluminio requiere una alta cantidad de energía en comparación con otros metales como puede ser el acero, pero esta cantidad de energía se reduce enormemente en el proceso de producción secundaria ( reciclaje) para el caso del aluminio, provocando que la industria lo tenga muy en cuenta a la hora de ahorrar dinero en forma de energía. Como propiedades físicas del aluminio caben resaltar, su alta conductividad térmica y eléctrica, esta última le hace adecuado para muchas aplicaciones dentro de la industria eléctrica, su baja temperatura de fusión unido a su elevada temperatura de ebullición hacen al aluminio muy idóneo para la fundición. El aluminio cristaliza en la red FCC (ó CCC) y no sufre cambios alotrópicos, lo que le confiere una alta plasticidad, aunque las propiedades mecánicas varían enormemente según sean los elementos aleantes y los tratamientos termomecánicos a los que se haya sometido el aluminio.
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas o propiedades de resistencia mecánica sirven en la mayoría de los casos como base para dictaminar sobre un material metálico, con vistas a a un fin de aplicación concreto. A continuación se da un resumen de las propiedades mecánicas más importantes del aluminio no sólo sometido a esfuerzo continuo sino también, oscilante y por golpe. Dureza: la mayoría de las veces se da en los materiales de aluminio la dureza Brinell, a causa de la sencillez de su determinación. Los valores de la dureza Brinell se extienden desde HB=15 para aluminio purísimo blando hasta casi HB=110 para Al, Zn, Mg, Cu 1,5 endurecido térmicamente, es decir, aleación 7075. Los valores de la dureza determinados por otros métodos, como el Vickers o el de Knoop, apenas tienen significado práctico en este metal. De vez en cuando se utiliza la micro dureza, una variante del método Vickers, para determinar la dureza de capas anodizadas. Resistencia en el ensayo de tracción: los importantísimos valores característicos que se obtienen en el ensayo de tracción para juzgar las propiedades resistentes de los materiales metálicos en general, son aplicables a los materiales de aluminio. Generalmente estos valores son el límite elástico 0,2%, la resistencia máxima a la tracción, el alargamiento a la rotura, así como la estricción de ruptura. En general, la resistencia aumenta con el aumento en elementos de aleación. Los dominios de la resistencia en cada aleación surgen, ante todo, como consecuencia de los aumentos de resistencia que se consiguen por deformación en frío o endurecimiento por tratamiento térmico. Los distintos elementos de aleación actúan de modo muy diferente en cuanto al aumento de resistencia. A continuación se muestran dos gráficos que resumen la resistencia a la tracción de las aleaciones de aluminio, tanto para forja como para fundición. Al aumentar la resistencia, aumenta el límite 0,2% más deprisa que la resistencia a la tracción, independientemente del mecanismo que motive el aumento de la resistencia. Este aumento se nota especialmente cuando el aumento de resistencia tiene lugar por deformación en frío. En general no se desean altas relaciones entre los límites elásticos (límite 0,2% y resistencia máxima) ya que expresan un comportamiento relativamente quebradizo del material, razón fundamental por la que no se puede aumentar de forma arbitraria la resistencia de un material metálico. A continuación se muestra un gráfico con un ejemplo de esta relación para diferentes aleaciones de aluminio para forja:
Propiedades resistentes a temperaturas elevadas:
Al aumentar la temperatura, disminuyen la resistencia a la tracción, el límite elástico y la dureza, en tanto que, en general, aumenta el alargamiento de rotura y la estricción de rotura. El factor tiempo juega un papel esencial en la determinación de valores de resistencia para altas temperaturas. Esta influencia se exterioriza de dos maneras: Cambios de estado. Bajo la influencia de temperaturas elevadas se pueden producir modificaciones permanentes en la estructura de los materiales que han experimentado endurecimiento por deformación en frío, estas traen consigo una disminución de la residencia mecánica. Procesos de fluencia. A temperaturas elevadas el material puede experimentar deformaciones lentas bajo la acción de cargas en reposo, aumentando la velocidad en el cambio de forma con el incremento de la temperatura y de la tensión. Al mismo tiempo pueden surgir tensiones por debajo de la resistencia a la tracción o del límite elástico 0,2%.
Características de resistencia a bajas temperaturas:
El comportamiento de los metales a bajas temperaturas depende fundamentalmente de la estructura de su red cristalina. El aluminio con su red FCC (ó CCC) tiene la misma estructura que el cobre, el níquel o los aceros austeníticos, por eso no se presentan nunca en las aleaciones de aluminio a temperaturas bajas las complicaciones (rápido descenso de la resiliencia, entre otras) que tienen lugar en los metales BCC, sobretodo en los aceros ferríticos. En las dos primeras figuras se representan la variación de la resistencia a la tracción, del límite 0,2% y del alargamiento de rotura del aluminio puro a bajas temperaturas. En las siguientes tres figuras se representa la influencia de la temperatura hasta -196 C, sobre las propiedades resistentes de algunas aleaciones AlMg y AlMgMn en estado blando.
PROCESOS DE SOLDADURA MIG-MAG
Descripción del proceso
El soldeo por arco eléctrico con protección de gas, es un proceso de soldeo en el cual el calor necesario es generado por un arco que se establece entre un electrodo consumible y el metal que se va a soldar. Un alambre macizo, desnudo, que se alimenta de forma continua automáticamente y se convierte en el metal depositado según se consume, realiza la función de electrodo. El electrodo, arco, metal fundido y zonas adyacentes del metal base, quedan protegidas de la contaminación de los gases atmosféricos mediante una corriente de gas que se aporta por la tobera de la pistola, concéntricamente al alambre / electrodo.
Aplicaciones El proceso MIG / MAG se puede utilizar para el soldeo de todos los materiales (Aceros al carbono, Inoxidables, Aluminio.....) El electrodo es continuo, lo que aumenta la productividad por no tener que cambiar de electrodo y la tasa de deposición es elevada. Se pueden conseguir velocidades de soldeo mucho más elevadas que con electrodos revestidos. Se trata un proceso de fácil aplicación que nos permite el soldeo en cualquier posición. Se pueden realizar soldaduras largas sin empalmes entre cordones. No se requiere eliminar ninguna escoria, puesto que no existe.
Por otro lado, se trata de un equipo mas costoso, de mayores dimensiones y que requiere instalación de gas lo que hace que se restringa su uso a espacios industriales interiores.
Fuente de potencia La fuente de energía deberá ser capaz de funcionar a elevadas intensidades y suministrar corriente continua de forma constante para que pueda fundir el alambre de aportación a medida que este fluye de forma continua.Esta fuente de potencia requerirá alimentación monofásica (1ph) o trifásica (3ph) según sea su potencia o por lo tanto consumo.
Sistema de alimentación de alambre La unidad de alimentación de alambre es el dispositivo que hace que el alambre pase por el tubo de contacto de la pistola para fundirse en el arco. Los equipos MIG / MAG disponen de un sistema para variar la velocidad de avance del alambre, así como de una válvula magnética para el paso del gas. Un motor transmite la potencia a lo rodillos de arrastre de manera que estos desplazan el alambre des de la bobina a la punta de contacto de la antorcha. Los rodillos en contacto son normalmente uno plano y el otro con bisel. El bisel es en forma de V para materiales duros como acero y acero inoxidable, y en forma de U para materiales blandos como el aluminio. Es imprescindible que seleccionar el rodillo de acuerdo con el diámetro de alambre.
Antorcha
Las pistolas para el soldeo por hilo continuo tienen que permitir que el alambre se mueva a través de ellas a una velocidad predeterminada y, en segundo lugar, transmitir la corriente de soldadura al alambre y dirigir el gas de protección. La antorcha se conecta al equipo mayoritariamente mediante EUROCONECTOR lo que facilita el cambio de la misma en caso de ser necesario. La longitud máxima recomendable para el soldeo de aceros al carbono e inoxidables es de 4m. En estos casos la sirga (conducto por donde pasa el alambre a lo largo de la antorcha) es de acero. Durante el soldeo del aluminio mediante proceso MIG, la longitud recomendable son unos 3 m siendo la sirga en este caso de material mas blando como puede ser el Teflón.
Pinza de masa La conexión correcta de la pinza de masa es una consideración de importancia. La situación del cable es de especial relevancia en el soldeo. Un cable mal sujeto no proporcionará un contacto eléctrico consistente y la conexión se calentará, pudiendo producirse una interrupción en el circuito y la desaparición del arco. La zona de contacto de la pinza de masa debe estar totalmente limpia sin substancias que puedan dificultar su correcto contacto como pinturas, barnices, aceites....
Materiales de aportación
El hilo o alambre realiza la función de electrodo durante el proceso de soldeo y aporta el material necesario para realizar la unión. Los alambres empleados suelen ser de los diámetros 0,6; 0,8; 1,0; 1,2;... y se suministran en bobinas que se colocan directamente sobre los sistemas de alimentación. Para conseguir una alimentación suave y uniforme el alambre debe estar bobinado en capas perfectamente planas y es necesario que no este tirante durante su suministro. Los alambres de acero reciben a menudo un recubrimiento de cobre que mejora el contacto eléctrico, la resistencia ala corrosión y disminuye el rozamiento con los distintos sistemas de alimentación y la antorcha. El material de aportación tiene que ser similar en composición química del metal base. Cuando se varía el diámetro del alambre utilizado se debe cambiar el tubo-guía. El tubo de contacto y ajustar los rodillos a la nueva medida de alambre.
Soldaduras de un sólo pase pueden realizarse en aleaciones de una sola fase, de espesor delgado usando un material de relleno, del tipo - 1, con 7.5% Al, (Fe + Ni + Mn) no mayor del 2.0% para obtener una resistencia equivalente, a la corrosión a través del área de soldadura. Los materiales de aleación del grupo-2 (dúplex) se sueldan mejor con un material de aporte de composición similar al metal base, del tipo 4, que tienen mejor resistencia a la corrosión, pero son menos dúctiles durante el enfriamiento después de la solidificación. Donde existen condiciones de sujeción es posible que la soldadura llegue a rajarse durante el enfriamiento, para estas condiciones se debe usar un alambre que no contenga níquel para el pase de raíz y los pases de relleno, seguido de una capa de alambre del tipo-4, según sea apropiado para obtener una resistencia equivalente a la corrosión. Si la sujeción es mínima, el tipo-4 puede usarse para todos los pases de soldadura.
Electrodo inox weld 309 Identificación punto: AZUL CLARO NORMA: ASME SFA 5.4 E 309-16 AWS A 5.4 E 309-16 Descripción: Electrodo para aceros de alta resistencia a la oxidación y la corrosión. Es un electrodo de fácil aplicación, con fácil encendido y reencendido de arco para aplicaciones en todas posiciones, suelda con C.D.P.I. corriente directa con polaridad invertida (electrodo al positivo +) y con corriente alterna (CA). Posee un núcleo sólido tipo austenítico, recomendado para la soldadura de aceros inoxidables con aceros al carbono, o aceros inoxidables de composición química desconocida. Aplicaciones: Este electrodo es particularmente utilizado como liga entre materiales tales como acero inoxidable 304 con aceros al carbono y de baja aleación, liga con aceros inoxidables de análisis desconocidos. Usado en la reparación de calentadores para avión, equipos para tratamientos térmicos y en piezas de hornos. Para reconstrucción de partes de maquinaria sometidas a corrosión y cambios bruscos de temperatura, tales como tuberías, compresoras, bombas, agitadores, molinos, tanques de proceso é intercambiadores de calor. Ventajas: Electrodo de alta calidad clase A.W.S. E309-16 para aplicarse en aleaciones disímiles por su alta 25% Cr, 14% Ni. Este electrodo posee cualidades de soldabilidad notables: arco estable, muy poco chisporroteo y la escoria se desprende con gran facilidad aún en soldaduras de filete y en “biseles cerrados”. Posee buena resistencia a la corrosión y a la formación de escamas, resiste temperaturas de hasta 1 000°C Propiedades mecánicas según A.W.S. Resistencia a la tensión 550 Mpa (80 000 psi) Elongación 30 % COMPOSICIÓN QUÍMICA SEGÚN A.W.S. Carbono 0,15 % Máximo Silicio 0,90 % Máximo
Manganeso 0,5 – 2,5 % Cromo 22,0 – 25,0 % Níquel 12,0 – 14,0 % Molibdeno 0,75 % Máximo Azufre 0,03 % Máximo Cobre 0,75 % Máximo Fósforo 0,04 % Máximo
Bronsomatic “B” Identificación punto: NATURAL NORMA: ASME SFA 5.6 E CuSn-A AWS A 5.6 E CuSn-A Descripción Electrodo de bronce fosforado. Utilizable con CDPI (electrodo al positivo). La soldadura posee una adecuada conductividad eléctrica y buena resistencia a la corrosión además de propiedades mecánicas acordes al servicio. Aplicaciones Bronsomatic B por ser un bronce fosforado es usado comúnmente para unir bronces fosforados de composición similar y en algunos casos para soldarlos a hierros colados y aceros al carbono. Ampliamente usado en la unión de utilería para procesos químicos, bujes, cojinetes, resortes, interruptores, contactos eléctricos, impulsores, componentes de válvulas, engranajes, accesorios, herrajes marinos, etc. Ventajas Esta nueva aleación no ferrosa es la respuesta de AW a las necesidades de los talleres de mantenimiento y producción industrial, de un electrodo de alta calidad y bajo costo para soldar bronce y latón en reparaciones o fabricación de piezas o partes de equipo. Bronsomatic B cuenta con un revestimiento diseñado especialmente para producir un arco estable y hacer depósitos libres de poros, grietas y con un mínimo de salpicaduras.
Propiedades mecánicas según A.W.S. Resistencia a la tensión 240 MPa (35 000 psi) Elongación 20 % Composición química según A.W.S. Aluminio 0,01 % Máximo Estaño 4,0 – 6,0 % Plomo 0,02 % Máximo Fósforo 0,05 – 0,35 % Cobre incluyendo Plata Remanente Otros elementos 0,50 % Máximo Hierro 0,25 % Máximo
ARC WELD 880 Identificación punto: CAFÉ TIPO E 312-16 Descripción Electrodo especial tipo inoxidable austenítico – ferrítico, con bajo coeficiente de dilatación y depósitos totalmente maquinables, ésta aleación trabaja con amperajes mínimos, con lo que se evita requemar la zona de unión obteniéndose soldaduras de altos valores mecánicos. Utiliza C.A. y C.D.P.I. Aplicaciones Utilizado para reconstruir flechas, engranes, piñones, coronas, etc., para uniones críticas entre aceros disímiles, es un buen revestimiento en piezas sometidas a desgaste por fricción, en la fabricación o reparación de troqueles o cuchillas de corte en frío ó en caliente, dá buenos resultados como cojín en revestimientos contra impacto. Particularmente útil en soldadura de aceros disímiles, especialmente si uno de ellos es un acero inoxidable alto en níquel, y en donde se desee una unión altamente resistente a agrietamientos. Ventajas
Esta aleación, está diseñada para resolver gran parte de los problemas que se presentan en la soldadura de aceros al carbono, de baja y alta aleación, aceros fundidos e inoxidables de análisis desconocidos; garantiza uniones de gran resistencia y altos valores mecánicos. Esta aleación se puede pulir al espejo, razón por lo que se le puede usar como revestimiento antifriccional en piezas sometidas a éste tipo de desgaste, también usado como cojín elástico en revestimientos gruesos.
Propiedades mecánicas típicas del metal depositado Diámetro del Electrodo 3,2 mm (1/8”) 4,0 mm (5/32”) Resistencia a la Tensión 800 Mpa (116 086 psi) 808 Mpa (117 126 psi) Elongación en 50,8 mm (2”) 25 % 22% Composición química típica del metal depositado Diámetro del Electrodo 2,4 mm (3/32”) 3,2 mm (1/8”) 4,0 mm (5/32”) 4,8 mm (3/16”) Carbono 0,11 % 0,11 % 0,11% 0,11 % Silicio 1,01 % 1,06 % 1,07 % 1,13 % Manganeso 0,9 % 0,9 % 0,9 % 0,9 % Cromo 29,1 % 29,1 % 29,2 % 29,0 % Níquel 9,1 % 9,1 % 9,0 % 8,9 % Molibdeno 0,15 % 0,16 % 0,16 % 0,19 % Cobre 0,12 % 0,12 % 0,13 % 0,11 % Fósforo 0,02 % 0,02 % 0,02 % 0,02 %
Gases de protección
El objetivo fundamental del gas de protección es la de proteger al metal fundido de la contaminación por atmósfera circundante. Muchos otros factores afectan a la elección del gas de protección. Alguno de estos son: material a soldar, modo de transferencia de metal de aportación deseado, penetración y forma del cordón, velocidad de soldeo y por supuesto precio del gas.
Generalizado, los gases mas comúnmente utilizados son: MATERIAL ACERO ACERO INOXIDABLE ALUMINIO
GAS DE PROTECCIÓN Argón 8Argón 85% + CO2 15%5% + CO2 15%
Argón 100%
ACERO AL CARBONO PROTAR MP (Ar + CO2)
Recomendado para la soldadura de aceros al Carbono y de baja aleación (Cromo-Molibdeno) de espesores < 10mm en cortocircuito y en arco spray.
PROTAR 12 (Ar + CO2)
Recomendado para la soldadura de aceros al carbono y de baja aleación (Cromo-Molibdeno) de espesores < 15mm en cortocircuito y en arco spray.
PROTAR 20 (Ar + CO2)
El alto contenido de CO2 le capacita para penetrar altos espesores (e > 15mm). Ideal para arco spray con penetraciones y ratios de aporte cercanos al CO2 puro.
ARCAROX 5 (Ar + CO2 + O2)
Recomendado para la soldadura de aceros al Carbono de espesores < 6mm en arco spray pulsado. Confiere unas propiedades excelentes para procesos automáticos de soldadura: incremento de velocidad y nivel mínimo de proyecciones.
ACERO INOXIDABLE PROTINOX (Ar + CO2)
Válido para soldadura convencional y MIG-sinérgico. La adición de CO2 aumenta la penetración.
ARGOMAG 1 ARGOMAG 2 (Ar + O2)
Válido solo para la transferencia en spray. La adición de O2 estabiliza el arco y disminuye las mordeduras.
HELARC 1 (Ar + He + CO2)
Recomendado para la transferencia en cortocircuito en aplicaciones de soldadura de láminas de pequeño espesor y en cualquier posición. Aumento de la velocidad y productividad.
HELARC 2 (Ar + He + CO2)
Válido para la transferencia en spray, cortocircuito, pulsada y las técnicas de MIG-sinérgico para todas las posiciones. Buenos perfiles de los cordones de soldadura y buena apariencia. Poca oxidación superficial.
FINARC Válido para aceros inoxidables Austeníticos. Soldadura en (Ar + He + CO2 + H2) cortocircuito para todas las posiciones. Muy apropiado para arco pulsado. Mejora de la penetración y fusión de la soldadura.
Carácter reductor que proporciona un acabado brillante de la soldadura. Mínimas proyecciones. ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ARGÓN
Arco estable y controlable. Válido para el aluminio puro y sus aleaciones.
HELARC 25 (Ar + He)
La adición de Helio proporciona un arco eléctrico de mayor aporte térmico que asegura una mejor fusión del material con espesores < 9mm.
HELARC 75 (Ar + He)
La adición de Helio proporciona un arco eléctrico de mayor aporte térmico que asegura una mejor fusión del material con espesores > 9mm.
COBRE Y SUS ALEACIONES ARGÓN
Empleado para láminas y chapas < 9mm de espesor.
HELARC 25 (Ar + He)
La adición de Helio proporciona un arco eléctrico de mayor aporte térmico que asegura una mejor fusión del material con espesores < 6mm.
HELARC 75 (Ar + He)
La adición de Helio proporciona un arco eléctrico de mayor aporte térmico que asegura una mejor fusión del material con espesores > 6mm.
NIQUEL Y SUS ALEACIONES ARGÓN HELARC 25 (Ar + He)
Se emplea para láminas y chapas < 9mm de espesor. Válido para las técnicas por arco pulsado. La adición de Helio proporciona un arco eléctrico de mayor aporte térmico que asegura una mejor fusión del material con espesores > 9mm.
Soldadura al arco bajo atmósfera inerte con electrodo refractario o procedimiento TIG (Tungsteno Inert Gas). En este procedimiento se hace saltar un arco eléctrico entre un electrodo refractario de tungsteno y la pieza a soldar, mientras que un chorro de gas inerte, generalmente argón, rodeando el electrodo, protege el baño de fusión contra la oxidación. Una varilla de aportación sujetada con la mano alimenta el baño de fusión. Este
procedimiento utiliza una fuente alimentada por corriente alterna estabilizada por HF específicamente concebida para la soldadura de las aleaciones de aluminio. Se utiliza en espesores comprendidos entre 1 y 6 mm y se puede robotizar. En la soldadura de aluminio con arco de tungsteno y gas de protección inerte (TIG) se usa una fuente de corriente alterna de 50 Hz., una corriente de alta frecuencia superpuesta (CA). El electrodo es no fusible de tungsteno puro o tungsteno aleado con circonio. Este método de soldadura se puede usar en todas las posiciones y utilizado correctamente permite la obtención de una soldadura de gran calidad. El peligro de porosidad es menor que en la soldadura MIG. El arco rompe la película de óxido y por lo tanto, para la automática se usa hilo en bobinas. Como regla, se usa la soldadura TIG para espesores de 0,7 a 10 mm. Pero no hay realmente un límite máximo. La velocidad de soldadura es más baja .Se deben preparar los bordes cuidadosamente para que no haya aberturas entre las placas, ya que es mucho más fácil de controlar el baño de fusión si la separación es mínima. En espesores superiores a 5 mm. Se deben biselar las aristas de las uniones a soldar. Cuando se trata de soldadura de chapa fina resulta más ventajoso el uso de plantilla para evitar las distorsiones debidas al calor de la soldadura y las separaciones entre bordes debidas a aquellas.
Soldadura al arco bajo atmósfera inerte con electrodo consumible o procedimiento MIG (Metal Inert Gas).
En este procedimiento de soldadura, el aluminio o la aleación de aluminio sirve a la vez de electrodo y de metal de aportación. Se suministra en hilo previamente enrollado en una bobina, el cual se desenrolla automáticamente hasta la herramienta de soldadura, pistola, a medida que se consume. La energía para la soldadura se suministra por una fuente de corriente continua. La conexión se efectúa con polaridad inversa (-) en la pieza para asegurar a la vez el decapado y la fusión del hilo del electrodo. Este procedimiento, utilizable para los productos con espesor superior a 2,5 mm., es igualmente automatizable. La versión manual de MIG se llama comúnmente soldadura semi-automática. Para la soldadura MIG de aluminio se puede usar el mismo equipo que en la soldadura de aceros con CO2. La capacidad de la fuente de energía se elige según la producción prevista. Para la soldadura de espesores de hasta 10 mm. Es generalmente de 250-300 A. El sistema de alimentación debe ser con preferencia del tipo «push-pull», es decir, una combinación de efecto empuje-tiro, pero se pueden usar también tipos con efecto sólo de empuje para guías de hilo corto y diámetro de hilo de 1,6 mm. Debido a su menor resistencia, el aluminio permite el empuje en longitudes cortas. Sin embargo, aleaciones como las del grupo AlMg5 (EN AW 53565556) son mucho más duras que las del grupo AlSi5 (EN AW 4043) y la de aluminio puro Al 99,5 (EN AW 1050) permiten el empuje en longitudes mayores. En todo caso
la longitud del conducto del hilo ha de ser siempre lo más corta posible, y en su trayecto, los radios de curvatura habrán de ser amplios evitando bucles y contornos pronunciados. Deberá vigilarse periódicamente el estado de boquillas y conductos limpiándolos de viruta y restos de material en ellos depositados. La soldadura MIG se lleva a cabo siempre con corriente continua (CC), con argón puro como gas de protección y es adecuada para todas las posiciones de soldadura, incluso sobre techo. La soldadura en posición vertical se hace siempre en sentido ascendente. La calidad de la soldadura es generalmente alta pero el riesgo de porosidad es siempre mayor que en la soldadura TIG, pues debido a que el arco es autorregulado, temporalmente puede hacerse inestable, lo cual puede causar interferencias en la aportación de material. Este método es muy adecuado tanto para la soldadura manual como mecanizada, en espesores de 3 mm. O más. Los soldadores expertos pueden soldar material todavía más delgado. En el caso de que los requerimientos de la calidad de soldadura sean bajos, se pueden soldar materiales todavía más delgados, pero en este caso el arco no trabaja en el área de «spray» puro, debido al bajo voltaje, que induce a una tendencia de arco corto. La velocidad de soldadura es para la soldadura manual de 0,3 a 0,75 mts. /min. Y para la soldadura robotizada de 2 a 3 mts. /min. Esta velocidad relativamente alta hace que el método sea más productivo que el TIG y en combinación con la densidad de energía alta en el arco, se obtiene una zona afectada por el calor (HAZ) más estrecha que en el TIG. Ese es un factor favorable ya que la deformación debido a la soldadura decrece cuando disminuye la aportación de energía calorífica. Los campos de aplicación del método MIG son muchos, lo que ha conducido al desarrollo y refinamiento de la técnica de la soldadura.
Tipos de gases
En la soldadura MIG se utilizan siempre materiales de aportación, mientras que en la soldadura TIG se puede o no utilizar. Las mejores propiedades de la junta soldada en lo que se refiere a la resistencia, corrosión y ausencia de fisuras.
Argon Descripción El Argón es un gas monoatómico, químicamente inactivo, y equivale aproximadamente al 1% de la cantidad de aire. No tiene olor, color, ni sabor, no es corrosivo y no es inflamable. Es clasificado como gas inerte.
En su presentación comercial, es producto de la separación del aire, donde la licuefacción y la destilación producen un grado de baja pureza, de donde el Oxígeno es removido por una combinación catalítica con el Hidrógeno, produciendo agua. Para terminar el proceso se requiere aplicar posteriormente un proceso de secado y purificación. El Argón es utilizado en la industria eléctrica (llenado de lámparas de luz incandescente, focos, etc.), en procesos de soldadura de arco, en la fabricación de metales como sustituto del Nitrógeno (las altas temperaturas provocan en el Nitrógeno la formación de nitruros) y en inertización de atmósferas en la industria electrónica entre otras.La experiencia de INFRA en la aplicación de los gases, le garantiza asesoría técnica especializada en su uso y manejo. Identificación El cilindro del Argón se identifica en la ojiva del mismo por el color azul claro, y una etiqueta adherida en la misma parte con las indicaciones de seguridad y el nombre del gas. Presentaciones disponibles Está envasado en cilindros con capacidad de 8.5 m3. En dewars de 127 m3. En thermo estacionario se utiliza válvula CGA 580-I. En cilindros y dewars utiliza válvula CGA 580. Fórmula química La fórmula química del Argón es Ar. Aplicaciones El Argón se utiliza en soldadura, iluminación, atmósferas inertes, desgasificación de aluminio y desulfuración. Características:
Inerte. Incoloro. Desplaza al oxigeno. No toxico. Mas pesado que el aire.
Helio Descripción El helio es el segundo elemento más ligero con una gravedad específica de 0.138 en comparación con el hidrógeno que tiene una de 0.069. Su concentración en la atmósfera es de tan solo 0.0005%, por lo que al igual que el bióxido de carbono, su fuente de obtención no es el aire. Los pozos de gas natural contienen helio, por lo que se convierte en la única fuente para la obtención de este gas, el cual es extraído por un proceso de licuefacción y remoción. Air Products and Chemicals, socio comercial de Infra, es el principal productor de helio en el mundo. Las mayores fuentes de obtención de este gas se encuentran precisamente en los Estados Unidos. Identificación El cilindro del Helio se identifica en la ojiva del mismo por el color Café, y una etiqueta adherida en la misma parte con las indicaciones de seguridad y el nombre del gas. Presentaciones disponibles Está envasado en cilindros con capacidad de 3 y 6m3. Utilizan válvula CGA-580. Fórmula química La fórmula química del Helio es He. Aplicaciones El Helio se utiliza en diversas aplicaciones como inflado de globos y dirigibles, detección de fugas, y se usa también en mezclas para soldar. Características: Inerte. Incoloro. Inodoro. No favorece la vida. No flamable. No toxico.
Oxigeno Descripción El Oxígeno es el elemento más abundante en la tierra. En su forma combinada, constituye una quinta parte del aire. Mezclado con el Hidrógeno forma el agua (H2O). En otras combinaciones cubre el 49% de la corteza terrestre. INFRA obtiene principalmente el Oxígeno mediante la separación del aire por medio de la licuefacción y destilación. La tecnología de adsorción es otro método para obtener Oxígeno del aire, y en algunos casos,
también se obtiene por electrolisis del agua. Los usos principales del Oxígeno se derivan de su propiedad de sustentar la vida y de su característica de ser fuertemente oxidante. Debido a sus propiedades, es muy utilizado en la industria de la fundición, combinado con el Acetileno y otros gases combustibles en el corte y soldadura de metales, y en su forma más pura, en aplicaciones de inhalo terapia en el sector salud. También es usado ampliamente en industrias como la petroquímica y química entre otras. Identificación El cilindro del Oxígeno se identifica en la ojiva del mismo por el color Verde, y una etiqueta adherida en la misma parte con las indicaciones de seguridad y el nombre del gas, generación de ozono. Presentaciones disponibles Está envasado en cilindros con capacidad de 6 y 8.5 m3. Dewars de 130 m3. Termo estacionario. Utilizando la válvula CGA-540 y la válvula F1/6000. Fórmula química La fórmula química del Oxígeno es O2. Aplicaciones El Oxígeno se emplea principalmente en soldadura autógena y corte, enriquecimiento de flamas, mezclas de soldadura, tratamiento de aguas. Características:
Comburente u oxidante. Incoloro. Inodoro. Favorece la vida. No flamable.
Acetileno Descripción El gas Acetileno puro es un compuesto Carbón e Hidrógeno. No tiene color, es un gas flamable y un poco más ligero que el aire. En estado un olor característico similar al del ajo. El Acetileno se la reacción del agua con el Carburo de Calcio. Los para contenerlo, son llenados con un material poroso acetona, en el cual se disuelve el Acetileno, de esta almacena en condiciones seguras a baja presión. principal productor en México de este gas, cabe
químico de altamente comercial, tiene obtiene mediante acumuladores que contiene forma, se INFRA es el mencionar que
INFRA es el principal productor de equipos para corte y soldadura. El 65% de este gas se utiliza en procesos de corte y soldadura (Oxígeno-Acetileno). El 35% restante, generalmente es utilizado para síntesis química y otras aplicaciones químicas. Identificación El cilindro del Acetileno se identifica en la ojiva del mismo por el color Rojo Oxido, y una etiqueta adherida en la misma parte con las indicaciones de seguridad y el nombre del gas. Presentaciones disponibles Al cilindro del Acetileno se le denomina acumulador, ya que la composición del mismo es diferente a la de otro cilindro por la inestabilidad del Acetileno, la capacidad de éste acumulador va de los 4 a los 6 Kg. y utiliza una válvula de conexión denominada BS-341 y CGA 510 para alta pureza. Fórmula química La fórmula química del Acetileno es C2H2. Aplicaciones El Acetileno se utiliza en soldadura y corte.Como gas de alta pureza para equipos de espectrometría de masas. Características:
Flamable. Incoloro. Olor a ajo. Más ligero que el aire. Irritante. Velocidad de corte. Combustión limpia
Descripción La unión de piezas de aluminio se hace mediante soldaduras por arco eléctrico del tipo TIG o MIG. En estas soldaduras la zona de soldadura donde se coloca el material de aportación que efectuará la unión de las piezas a soldar está envuelta en una atmósfera de gas que la protege de la oxidación y de la contaminación Con agentes que puede haber en el ambiente. Estos gases aportados mediante una boquilla cercana al punto de soldadura. La soldadura TIG (“Tungsten Inert Gas”) es una soldadura por arco eléctrico y protección gaseosa por un gas inerte con un electrodo infusible, por lo que
El metal de aportación debe suministrarse aplicando una varilla del metal adecuado en el punto de soldadura. La soldadura MIG (“Metal Inert Gas”) es una soldadura Por arco eléctrico y protección gaseosa por un gas inerte con un electrodo que comprende una varilla que se funde para rellenar la unión. Un procedimiento de soldadura TIG o MIG para soldar un metal, y más particularmente para soldar Aluminio, comprende entonces los siguientes pasos: • Preparación de los bordes o las superficies De unión de las piezas a soldar. • Realización de la soldadura por el procedimiento Elegido. • Tratamiento térmico (solubilización o maduración). Este tratamiento no siempre es Necesario. • Limado del cordón de soldadura para eliminar Aristas, en las que se concentran las Tensiones. Es decir, la superficie del cordón De soldadura sigue de modo suave a la Superficie de las piezas sin discontinuidades. • Granallado (es decir, someter la soldadura A un chorro a alta velocidad de partículas Duras, generalmente granalla de acero) para Quitar tensiones residuales. Sin embargo, las piezas así soldadas y sometidas A estos tratamientos pueden presentar todavía algunos Defectos que pueden dar lugar a la aparición de grietas O a puntos de inicio de corrosión.
Aleaciones de bronce.
El bronce es una aleación de cobre y estaño en proporción del 80% del primero y 20% del segundo y también del 95% y 5% respectivamente. El estaño trasmite al cobre la resistencia y dureza. En construcción está muy generalizado su uso en cañerías, chapas de aplicación artística, herrajes artísticos, cierta carpintería metálica y en fabricación de elementos revestidos con un baño de níquel o de cromo. Si a la aleación de cobre y estaño se le agrega zinc, plomo, magnesio, aluminio, se obtiene un material maleable sin sopladuras. Otro tipo de aleación es la del bronce
fosforoso, compuesto por estaño hasta el 30% , desoxidado, con 0,5% o más de fósforo; es muy duro y tenaz , se usa para engranajes, motores, etc. En estado de fusión es muy fluido, no reteniendo oxígeno, lo que constituye una ventaja para las piezas fundidas por no presentar sopladuras o burbujas. Bronce de aluminio. Compuesto por el 90% de cobre y el 10% de aluminio, es muy parecido al oro y muy apreciado para los trabajos artísticos. Un ejemplo corriente de esta dosificación; son las monedas de 5, 10 y 20 centavos doradas de los años 1950; la proporción de los metales es de 92% de cobre y 8% de aluminio.
Soldadura Bronce - Aluminio (Complejos)
Introducción Los bronces - aluminio, son un grupo importante de las aleaciones a base de cobre en que el principal elemento aleante es el aluminio hasta 14%, cuando otros elementos de aleación se introducen en porcentajes significativos como el níquel, fierro, manganeso, silicio adquieren propiedades físicas, mecánicas o químicas de gran magnitud y que cumple con una gran variedad de requerimientos de ingeniería. Existen cuatro grupos importantes de bronces aluminio. Grupo 1 Las aleaciones que contienen menos de 7% de aluminio, presentan una fase simple, tienen buena ductilidad y son adecuados para trabajos en frío, pero son frágiles en caliente y difíciles de soldar. El conjunto de las partes soldadas en estas aleaciones puede agrietarse en la ZAC. Grupo 2 Las aleaciones de dos fases (duplex), que contienen de 8 a 11 % de aluminio, también con adiciones de fierro y níquel para incrementar la resistencia. Esta representa el tonelaje mayor, sean fundidas o forjadas para la ingeniería naval. Estas aleaciones y las de otros grupos que presentan dos o más fases, se consideran soldables cuando se emplean procesos y procedimientos de soldadura diseñados para evitar fragilidad y agrietamiento.
Grupo 3 Bronces aluminio-silicio, de menor permeabilidad magnética.
Grupo 4 Las aleaciones cobre-manganeso-níquel .aluminio, que son bien fundibles y que originalmente fueron desarrolladas para la fabricación de hélices. Las frecuentes reparaciones de piezas fundidas de aleación bronce .aluminio-níquelmanganeso, nos ha motivado a estudiar la soldabilidad de piezas fundidas en arena y examinar los efectos de los tratamientos térmicos, inhibidores de la corrosión sobre las propiedades de resistencia mecánica, corrosión y micro estructura evaluadas sobre un rango de contenido de aluminio y una relación níquel-fierro. Los bronces aluminio con níquel-fierro manganeso conforme a la especificación ASTM - B148, número UNS. C95800, son extensivamente empleadas para fabricar piezas fundidas que trabajarán en aguas marinas, debido a su alta resistencia mecánica, moderada ductilidad y razonable resistencia a la corrosión cuando se tienen en la correcta condición micro estructural. Estas aleaciones sin embargo están sujetas a un ataque selectivo de fase (desaluminización) especialmente en la zona afectada por el calor de la soldadura, cuando un tratamiento térmico de postsoldado no se ha aplicado. La desaluminización ocurre debido a la presencia de la fase 2. Muchos estudios de los bronces aluminio complejos, han demostrado el efecto de la composición sobre las propiedades así como el efecto del contenido de hierro y níquel sobre la formación, composición y morfología de la fase k rica en hierro (Fe3 Al) y rica en níquel (NiAl). En el presente trabajo se hace notar la influencia de la estructura de las fases + 2, que inducen a la corrosión, la cual se remueve por tratamientos térmicos inhibidores de la corrosión tratando las muestras entre 650º 700ºC durante 6 a 8 horas
Selección del proceso de soldadura. Para seleccionar el proceso de soldadura y el metal de relleno se considera las características básicas de las aleaciones de la experiencia dada, además en reparación debemos de tener en cuenta su forma, y su historia si es posible desde la fabricación hasta momentos antes de la determinación de reparación. La soldadura oxiacetilénica, casi sólo es practicable, para trabajos sencillos. La soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido se usa ocasionalmente para mantenimiento y reparación. Tanto en la soldadura por gas como la de arco eléctrico con electrodo, se requiere fluxes, capaces de entendérselas con la película refractaria de aluminio, y que al entrampar tales residuos, la producción de una soldadura satisfactoria puede resultar seriamente impedida.
Por estas razones se recomienda que, para obtener los mejores resultados, debe emplearse la soldadura por arco con protección de gas, donde el área de soldadura es protegida contra una oxidación significativa mediante una atmósfera de gas inerte. La acción del arco dispersa eficazmente todo óxido que pueda estar presente, la soldadura en posición plana, logra el mejor éxito. La selección entre el proceso TIG y MIG, o el posible uso de un amplio rango de técnicas como corriente pulsada o arco plasma, desarrolladas para suplementar estas técnicas básicas, queda sujeta al criterio individual basándose en el diseño original y la experiencia. En este sentido el proceso MIG es el más empleado, y una buena práctica normal es, asegurar una buena y controlable penetración en la raíz, con soldadura TIG, seguida por TIG o MIG para la soldadura subsecuente de construcción. La soldadura MIG, es más rápida y permite un control mayor, si aplicamos un proceso de MIG pulsada, este permite realizar pases de raíz satisfactorios con igual calidad como la mejor práctica manual con TIG.
Selección del gas protector. Para la soldadura MIG convencional, se recomienda la protección con gas argón con C.C y electrodo en polo positivo. Sin embargo, mezclas de argón - helio, hasta un 30% de helio, pueden mejorar la entrada de calor y lograr una soldadura más rápida, que es la razón principal para usar este proceso.
Tratamiento térmico posterior a la soldadura.
En muchos casos, no es necesario un tratamiento posterior a la soldadura. Pero cuando se requiere que el material tenga la máxima confiabilidad bajo condiciones de severa corrosión, es aconsejable un tratamiento térmico para asegurar que la soldadura y la zona afectada por el calor sean restauradas plenamente hasta una estructura de óptima resistencia a la corrosión, esto asegura a la vez el alivio de eventuales tensiones residuales internas retenidas después de la soldadura que, al no removerlas, podrían ocasionar el inicio de corrosión por fatiga. Se puede realizar un tratamiento de revenido para alivio de tensiones a 300º-350ºC durante el tiempo que depende del espesor de la sección (media hora a la temperatura por pulgada). El tratamiento térmico necesario para desarrollar una óptima resistencia a la corrosión dependerá de la aleación, la sección, el espesor y las propiedades requeridas y, por consiguiente, se determina generalmente por la experiencia. En algunos casos informaciones nos indican que en conexiones de tubos de fundición, a usarse en condiciones severas, se recomienda un tratamiento a 700º-730ºC durante 6 horas, seguido de una velocidad de enfriamiento que no exceda a 250ºC/hora, en el caso de hélices se requiere un tiempo de remojo de 20 a 30 minutos por cada 25 mm de espesor de la sección y velocidades de enfriamiento que no exceda 50ºC/hora hasta los 100ºC. Este es el caso que se acomoda más a nuestras exigencias que se ha practicado en las experiencias. Algunos tratamientos más exigentes, con resultados sumamente mejorados son, con tratamientos a 925º-950ºC durante 1 hora/ pulg. De espesor, y luego un enfriamiento rápido hasta 650º-700ºC en un medio como sales fundidas y luego un lento enfriamiento para restablecer la resistencia a la corrosión. No es muy práctico y por su elevado costo no es muy requerido, y el hecho que las propiedades existentes con el tratamiento anterior son frecuentemente más adecuadas. Pruebas y ensayos.- La especificación general que cubre tanto las pruebas destructivas como las no destructivas de soldadura por fusión en cobre y aleaciones de cobre es la BS-4206, pero en diferentes especificaciones se mencionan variaciones, de acuerdo a la severidad de las condiciones de operación a esperarse, como la norma DIN 8524, parte-1, defectos en uniones soldadas, o la norma ANSI/AWBI-11-88 de inspección de juntas soldadas. Además de la inspección visual con o sin auxiliares, se especifican las pruebas de tintes penetrantes, radiografía y ultrasonido. Los bronces aluminio, absorben los rayos X y rayos - g en mayor extensión que el acero, por lo tanto son diferentes las condiciones de la prueba. Los rayos-X, de 300 KV, pueden usarse hasta un espesor de 50 mm y los rayos-g Co60 hasta un espesor de 160 mm, en dependencia de los niveles mínimos acordados de porosidad y defectos a detectarse.
Conclusiones * Alambres de relleno con contenidos altos de aluminio son propensos a producir inclusiones oxidadas en la soldadura. * La resistencia a la tracción y la fluencia se incrementan y la elongación y resistencia al impacto disminuyen por el tratamiento térmico de postsoldado, especialmente al bajo aluminio final del rango de composición.
Conclusión
Bueno en este informe se trato de ondar lo mayor posible en la capacidad de soldadbilidad en las aleaciones, sus propiedades factores riesgos, dificultades con respecto al material y tipo de proceso conveniente a utilizar. Materiales apropiados para su pertinente proceso y como descubrí en un informe anterior el terreno me dira que proceso de soldadura adecuado aplicar según el terreno, zona donde se este trabajando, quizás clima adverso, seco a orillas del mar con fuertes corrientes salinas etc.
