Modulo 3 Procesos de Union y Corte de Metales

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales

MÓDULO 3 3

PR OCESOS D DE U UNIÓN Y Y C COR TE D DE M METALES

Debido a que el inspector de soldadura está interesado principalmente por la soldadura, pueden ser muy útiles los conocimientos conocimientos sobre los distintos procesos de unión y soldadura. Mientras que no es obligatorio que el inspector sea un soldador calificado, cualquier experiencia práctica en soldadura es un beneficio. En efecto, muchos inspectores de soldadura son seleccionados para esta posición luego de haber trabajado como soldador por algún tiempo. La experiencia ha mostrado que quienes antes fueron soldadores luego resultan buenos inspectores. Hay algunos aspectos de los distintos procesos de unión y soldadura que un inspector de soldadura exitoso debe comprender para desempeñarse en la forma más efectiva. Primero, el inspector debe reconocer las ventajas y limitaciones importantes de cada proceso. El inspector debe también estar en conocimiento de aquellas discontinuidades que pueden resultar cuando se usa un proceso en particular. Muchas discontinuidades ocurren sin tener en cuenta el proceso que se usa; sin embargo, hay otras que pueden ocurrir durante la aplicación de un proceso en particular. Esas serán discutidas para cada método y referidas como “problemas posibles”. El inspector de soldadura debe también tener conocimientos sobre los requerimientos del equipamiento para cada proceso, porque ocurren frecuentes discontinuidades a causa de deficiencias del equipo. El inspector debe estar algo familiarizado con los distintos controles de la máquina y que resultados tendrá su ajuste en la calidad de soldadura resultante. Cuando el inspector de soldadura tiene cierta comprensión de estos fundamentos de los procesos, el o ella está mejor preparado para realizar inspección visual de soldadura. Este conocimiento lo ayudará en el descubrimiento de problemas cuando ocurren antes que sea tarde, cuando el costo de la corrección es mayor. El inspector que es capaz de señalar problemas durante el proceso será capaz de control tanto de producción como como de calidad. calidad.

Otro beneficio de tener experiencia con estos métodos de soldadura es que los soldadores de producción tendrán un mayor respeto hacia el inspector y las decisiones resultantes. También, es más probable que el soldador lleve un problema a la consideración del inspector si sabe que éste conoce los aspectos prácticos del proceso. Entonces, tener éste conocimiento conocimiento ayudará al inspector a tener una mejor cooperación de los soldadores y otras personas involucradas con el proceso de fabricación. Los procesos discutidos aquí pueden ser divididos en tres grupos básicos: soldadura, brazing y corte. Soldadura y brazing describen métodos para unir metales, mientras que el corte tiene como resultado quitar o separar material. En la medida que cada uno de los procesos de unión y corte son discutidos, se intentará describir sus características importantes, incluyendo ventajas, limitaciones del proceso, requerimientos de equipo, electrodos/ metales de aporte, aplicaciones, y posibles problemas del proceso. Hay numerosos procesos de unión y corte disponibles para el uso en la fabricación de productos metálicos. Son mostrados por la "Esquema principal de procesos de Soldadura y Afines" de la American Welding Society, que se muestra en la Figura 3.1. Este cuadro separa los métodos de unión y corte en distintas categorías, esto es, Procesos de Soldadura y Procesos Afines. Los Procesos de Soldadura luego se dividen en siete grupos, Soldadura por Arco, Soldadura en Estado Sólido, Soldadura por Resistencia, Soldadura por Oxigas, Soldering, Brazing, Otras Soldaduras. Los Procesos Afines incluyen Spraying Térmico, Bonding (Adhesivo), Corte Térmico (Oxígeno, Arco y Otros Cortes). Con tantos procesos diferentes disponibles sería difícil describir cada uno dentro del alcance de este curso. Entonces, los procesos seleccionados para la discusión incluyen sólo aquellos que son aplicables para el examen de Inspector de Soldadura Certificado de AWS.

3-1


ESQUEMA PRINCIPAL DE PROCESOS DE SOLDADURA Y AFINES soldadura porhidrógeno atómico .................... AHW soldadura por arco con electrodo desnudo ... BMAW soldadura por arco con electrodo de grafito .. CAW -gas . .. .. .. .. .. .. . .... .. .. .. .. . .... .. .. . .... .. .. .. .. .. .. . CAW -G -G -prot -proteg egid ido o ............................. CAW-S CAW-S - do dob le . . .. .. . .... . .. .. . .. .. . .. .. . .... . .. .. . .. .. . .... . CA WW- T soldadura d adura por electrogas electrogas ........ ....... ....... ....... . EGW soldadura por arco con electrodo tubular ..... FCAW

soldadura por coextrusión ........... CEW sodadu sodadura en frio ....... ....... ........ ...... CW soldadura por difusión .................. DFW soldadura por explosión ................ EXW soldadura d adura por forja ....... ...... ....... .... FOW soldadura por fricción ................... FRW soldadura por presión en caliente.. HPW soldadura por rolado ..................... RW soldadura por ultrasonido .............. USW

soldering por inmersión ............ DS solderi d ering n g en horno horno ........ ...... ...... FS soldering por inducción ............. IS soldering por infrarrojo ............. IRS solding por soldador de cobre .. INS soldering por resistencia .......... RS soldering por soplete ................ TS soldering por ultrasonido trasonido ...... .... USS solderi d ering n g por por ola ....... ........ ....... . WS soldadura por chisporroteo ................... FS soldadura por proyección ..................... PW soldadura de costura por resistencia .. RSEW -alta frecuencia ............... RSEW-HF -inducc -inducción ión ............ ...... ..... RSEW-I RSEW-I soldadura por resistencia por punto ..... RSW soldadura por recalcado ...................... UW -alta t a f recuencia .. ...... ....... UW-HF UW-HF -inducc -inducción ión ............ ...... ..... USEW-I USEW-I

SOLDADURA POR ARCO (AW) SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SSW)

SOLDERING (S)

SOLDADURA POR RESISTENCIA (SW)

SPRAYING TERMICO (THSP)

BRAZING (B)

PROCESOS DE SOLDADURA

PROCESOS AFINES

soldadura aeroacetilénico ....................... AAW soldadura oxiacetilénica xiacetilénica ... ... .... .... ... .... ... . OAW soldadura por oxihidrógeno ..................... OHW soldadura por presión presión con gas .... ... ... .... P GW

CORTE POR ARCO (AC)

OTROS PROCESOS DE CORTE

soldadura por haz de electrones ............ EBW -alto vacío ......................... EBW-HV -vacío medio ..................... EBW-MV -sin vacío ........................... EBW-NV soldadura por electroescoria .................. ESW soldadura d adura por por flujo ...... ....... ....... ....... ....... FLB soldadura d adura por inducció inducción n .... ....... ....... ....... IW soldadura d adura por por láser láser .......... ...... ........ ....... .. LBW soldadura por percusión .......................... PEW soldadura aluminotérmica ....................... TW

SOLDADURA POR OXIGAS (OFW)

CORTE TERMICO (TC)

CORTE POR OXIGENO (OC)

brazing brazing por blo bloqu ques es ....... ....... ....... ....... ........ .. BB brazing brazing por difus difusión ión ............ ........ ....... ...... ..... CAB brazing brazing por inmersió n mersión n ....... ...... ........ ....... ....... DB brazing exotérmico ....................................... EXB brazing por flujo ............................................ FLB brazing en horno ........................................... FB brazing brazing por inducció n ducción ..... ........ ...... ....... ........ .. IB brazing brazing por infrarroj n frarrojo ..... ........ ....... ....... ....... ... IRB brazing brazing por por resistencia s tencia ........ ........ ....... ....... .... RB brazing por soplete ........................................ TB brazing brazing por arco con electrodo electrodo de grafito ... ... TCAB

OTROS PROCESOS DE SOLDADURA

spraying por arco ................ .ASP spraying por llama ............... FLSP spraying por plasma ............ PSP

corte con funde fundente nte ....... ....... . FOC corte con polvo metálico ...... POC corte por por oxiga oxigas .... ....... ....... . OFC -corte oxiacetilénico ............ OFC-A -corte -corte oxídrico oxídrico ........... ....... . . OFC-H -oxicorte con gas natural .... OFC-N -oxicorte con gas propano propano .. OFC-P

soldadura por arco con alambre y protección gaseosa ... GMAW -arco pulsante .............................................. GMA -arco en corto circuito ................................. GMAWsoldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa........................................................ GTA -arco pulsante .............................................. GTAW soldadura por plasma ....................................................... PAW soldadura por arco con electrodo revestido ...................... SMAW soldadura de espárrago ..................................................... SW soldadura d adura por por arco sumerg sumergido ido ........... ....... ....... ....... ....... .... SAW -serie -series ......................................................... ........................................................... SAW

corte por arc air .............................................. CACcorte por arco con electrodo de de carbono ..... ... CAC corte por arco con arco alambre y protección gaseosa ..................................... GMAC corte por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa ......................................... GTAC corte por plasma .............................................. PAC corte por arco con electrodo revestido ............ SMAC

corte por haz de electrones ................. EBC corte por láser ...................................... LBC -aire ................................ LBC-A -evapor -evaporativo ativo ...... ....... ...... LBC-EV LBC-EV -gas -gas inerte inerte ....... ....... ...... .. LBC-IG -oxígeno .......................... LBC-O

Figura 1.1 – Esquema principal de procesos de Soldadura y Afines

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ESQUEMA PRINCIPAL DE PROCESOS DE SOLDADURA Y AFINES soldadura porhidrógeno atómico .................... AHW soldadura por arco con electrodo desnudo ... BMAW soldadura por arco con electrodo de grafito .. CAW -gas . .. .. .. .. .. .. . .... .. .. .. .. . .... .. .. . .... .. .. .. .. .. .. . CAW -G -G -prot -proteg egid ido o ............................. CAW-S CAW-S - do dob le . . .. .. . .... . .. .. . .. .. . .. .. . .... . .. .. . .. .. . .... . CA WW- T soldadura d adura por electrogas electrogas ........ ....... ....... ....... . EGW soldadura por arco con electrodo tubular ..... FCAW

soldadura por coextrusión ........... CEW sodadu sodadura en frio ....... ....... ........ ...... CW soldadura por difusión .................. DFW soldadura por explosión ................ EXW soldadura d adura por forja ....... ...... ....... .... FOW soldadura por fricción ................... FRW soldadura por presión en caliente.. HPW soldadura por rolado ..................... RW soldadura por ultrasonido .............. USW

soldering por inmersión ............ DS solderi d ering n g en horno horno ........ ...... ...... FS soldering por inducción ............. IS soldering por infrarrojo ............. IRS solding por soldador de cobre .. INS soldering por resistencia .......... RS soldering por soplete ................ TS soldering por ultrasonido trasonido ...... .... USS solderi d ering n g por por ola ....... ........ ....... . WS soldadura por chisporroteo ................... FS soldadura por proyección ..................... PW soldadura de costura por resistencia .. RSEW -alta frecuencia ............... RSEW-HF -inducc -inducción ión ............ ...... ..... RSEW-I RSEW-I soldadura por resistencia por punto ..... RSW soldadura por recalcado ...................... UW -alta t a f recuencia .. ...... ....... UW-HF UW-HF -inducc -inducción ión ............ ...... ..... USEW-I USEW-I

SOLDADURA POR ARCO (AW) SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SSW)

SOLDERING (S)

SOLDADURA POR RESISTENCIA (SW)

SPRAYING TERMICO (THSP)

BRAZING (B)

PROCESOS DE SOLDADURA

PROCESOS AFINES

soldadura aeroacetilénico ....................... AAW soldadura oxiacetilénica xiacetilénica ... ... .... .... ... .... ... . OAW soldadura por oxihidrógeno ..................... OHW soldadura por presión presión con gas .... ... ... .... P GW

CORTE POR ARCO (AC)

OTROS PROCESOS DE CORTE

soldadura por haz de electrones ............ EBW -alto vacío ......................... EBW-HV -vacío medio ..................... EBW-MV -sin vacío ........................... EBW-NV soldadura por electroescoria .................. ESW soldadura d adura por por flujo ...... ....... ....... ....... ....... FLB soldadura d adura por inducció inducción n .... ....... ....... ....... IW soldadura d adura por por láser láser .......... ...... ........ ....... .. LBW soldadura por percusión .......................... PEW soldadura aluminotérmica ....................... TW

SOLDADURA POR OXIGAS (OFW)

CORTE TERMICO (TC)

CORTE POR OXIGENO (OC)

brazing brazing por blo bloqu ques es ....... ....... ....... ....... ........ .. BB brazing brazing por difus difusión ión ............ ........ ....... ...... ..... CAB brazing brazing por inmersió n mersión n ....... ...... ........ ....... ....... DB brazing exotérmico ....................................... EXB brazing por flujo ............................................ FLB brazing en horno ........................................... FB brazing brazing por inducció n ducción ..... ........ ...... ....... ........ .. IB brazing brazing por infrarroj n frarrojo ..... ........ ....... ....... ....... ... IRB brazing brazing por por resistencia s tencia ........ ........ ....... ....... .... RB brazing por soplete ........................................ TB brazing brazing por arco con electrodo electrodo de grafito ... ... TCAB

OTROS PROCESOS DE SOLDADURA

spraying por arco ................ .ASP spraying por llama ............... FLSP spraying por plasma ............ PSP

corte con funde fundente nte ....... ....... . FOC corte con polvo metálico ...... POC corte por por oxiga oxigas .... ....... ....... . OFC -corte oxiacetilénico ............ OFC-A -corte -corte oxídrico oxídrico ........... ....... . . OFC-H -oxicorte con gas natural .... OFC-N -oxicorte con gas propano propano .. OFC-P

soldadura por arco con alambre y protección gaseosa ... GMAW -arco pulsante .............................................. GMA -arco en corto circuito ................................. GMAWsoldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa........................................................ GTA -arco pulsante .............................................. GTAW soldadura por plasma ....................................................... PAW soldadura por arco con electrodo revestido ...................... SMAW soldadura de espárrago ..................................................... SW soldadura d adura por por arco sumerg sumergido ido ........... ....... ....... ....... ....... .... SAW -serie -series ......................................................... ........................................................... SAW

corte por arc air .............................................. CACcorte por arco con electrodo de de carbono ..... ... CAC corte por arco con arco alambre y protección gaseosa ..................................... GMAC corte por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa ......................................... GTAC corte por plasma .............................................. PAC corte por arco con electrodo revestido ............ SMAC

corte por haz de electrones ................. EBC corte por láser ...................................... LBC -aire ................................ LBC-A -evapor -evaporativo ativo ...... ....... ...... LBC-EV LBC-EV -gas -gas inerte inerte ....... ....... ...... .. LBC-IG -oxígeno .......................... LBC-O

Figura 1.1 – Esquema principal de procesos de Soldadura y Afines

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Sobre estas bases, se describirán los siguientes procesos:

“soldadura”. De acuerdo con AWS, una soldadura es, “una coalescencia localizada de metales o no metales producida tanto por calentamiento de los metales a la temperatura de soldadura, con o sin la aplicación de presión, o por la aplicación de presión solamente y con o sin el uso de material de aporte.” Coalescencia significa “unidos “unidos uno a otro entre si”. si ”. Por esa razón la soldadura se refiere a las operaciones usadas para llevar a cabo esta operación de unión. Esta sección presentará importantes características de algunos de los procesos de soldadura más comunes, todos los cuales emplean el uso del calor sin presión. A medida que cada uno de esos proceso es presentado, es importante notar que todos tienen ciertas características en común. Esto es que hay ciertos elementos los cuales deben ser provistos por el proceso de soldadura en orden a que estos sean capaces de producir soldaduras satisfactorias. Estas características incluyen una fuente de energía para proveer calentamiento, calentamiento, los medios de protección del metal fundido de la atmósfera, y el metal de aporte (opcional con algunos procesos y configuraciones de junta). Los procesos difieren de uno a otro porque disponen estas mismas características o elementos en varias formas. Entonces, cuando se introduce un proceso, explicamos como se satisfacen dichos r equerimientos. equerimientos.

Procesos de Soldadura  Soldadura por Arco con electrodo revestido  Soldadura por Arco con Alambre y Protección Gaseosa  Soldadura por Arco con Alambre Tubular  Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa  Soldadura por Arco Sumergido  Soldadura por Plasma  Soldadura por Electroescoria  Soldadura por Oxiacetileno  Soldadura de Espárrago  Soldadura por Haz de Electrones  Soldadura por Láser

Procesos de Brazing      

Brazing por Soplete Brazing en Horno Brazing por Inducción Brazing por Resistencia Brazing por Inmersión Brazing por Infrarrojo

Soldadura por Arco con Electrodo Revestido (SMAW) El primer proceso a ser discutido es la soldadura con electrodo revestido. A pesar de que este es el nombre correcto para el proceso, comúnmente oímos referirse a él como “stick welding”. Este proceso opera mediante el calentamiento del metal con un arco eléctrico entre un electrodo de metal recubierto, y los metales a ser unidos. La Figura 3.2 muestra los distintos elementos del proceso de soldadura por arco con electrodo revestido. Esta ilustración muestra que el arco es creado entre el electrodo y la pieza de trabajo debido al flujo de electricidad. Este arco provee calor, o energía, para fundir el metal base, metal de aporte y recubrimiento del electrodo. A medida que el arco de soldadura avanza hacia la

Procesos de Corte  

 

Corte por Oxigas Corte por Arc Air (con electrodo de Carbono Corte por Plasma Corte Mecánico

PROCESO DE SOLDADURA

Previo a nuestra discusión de los distintos procesos de soldadura, es apropiado definir que se quiere significar con el término

3-3


derecha, deja detrás metal de soldadura solidificado cubierto por una capa de fundente convertido, conocido como escoria. Esta escoria tiende a flotar fuera del metal debido a que solidifica después que el metal fundido haya solidificado, entonces hay menos posibilidad que sea atrapada dentro de la zona de soldadura resultando una inclusión de escoria. Otra característica que es de notar en la Figura 3.2 es la presencia de gas de protección, el que es producido cuando el recubrimien r ecubrimiento to del electrodo es calentado y se descompone. Estos gases ayudan al fundente en la protección del metal fundido en la región del arco. El elemento principal en el proceso de soldadura por arco con electrodo revestido es el electrodo en si mismo. Está hecho de un núcleo de metal sólido, alambre, cubierto con una capa de fundente granular que se mantiene en el lugar por algún tipo de agente aglutinante. Todos los electrodos de acero al carbono y baja aleación usan esencialmente el mismo tipo de alambre de núcleo de acero, de bajo carbono, acero efervescente. Cualquier aleación es provista por

el recubrimiento, debido a que es más económico agregar aleantes de esta manera. El recubrimiento del electrodo es la característica que clasifica a los distintos tipos de electrodos. Realmente sirven para cinco funciones diversas.

1. 2. 3. 4. 5.

Protección:

el recubrimiento de descompone para formar una protección gaseosa para el metal fundido. Desoxidación: el recubrimiento provee una acción de flujo para remover el oxígeno oxígeno y otros gases atmosféricos. Aleante: el recubrimiento provee elementos aleantes adicionales para el depósito de soldadura. Ionización: el recubrimiento mejora las características eléctricas para incrementar la estabilidad del arco. Aislación: la escoria solidificada provee una cobertura de aislación para disminuir la velocidad de enfriamiento del metal (el efecto menos importante).

Figura 3.2 – Soldadura por Arco con Electrodo Revestido Debido a que el electrodo es una característica tan importante del proceso de soldadura por arco con electrodo revestido, es necesario entender cómo se clasifican e identifican los distintos tipos. La American Welding Society ha desarrollado un sistema para la identificación de los electrodos de soldadura por arco con electrodo revestido. La Figura 3.3 ilustra las distintas partes de este sistema.

Las Especificaciones de la American Welding Society A5.1 y A5.5 describen los requerimientos para los electrodos de acero al carbono y de baja aleación respectivamente. Describen las distintas clasificaciones y características de esos electrodos POSICION

3-4


Figura 3.4 enumera el significado del último dígito del sistema de identificación de electrodos SMAW. Es importante notar que aquellos electrodos que terminan en “5”, “6” u “8” se clasifican como del tipo de “bajo hidrógeno”. Para mantener este bajo contenido de hidrógeno (humedad), deben ser almacenados en su envase original de fabricación o en un horno de almacenamiento aceptable. Este horno debe ser de calentamiento eléctrico y debe tener una capacidad de control de temperatura en un rango de 150 a 350 F. Debido a que este dispositivo ayuda a mantener el bajo contenido de humedad (menor al 0,2%), debe ser ventilado en forma adecuada. Cualquier tipo de electrodo de bajo hidrógeno que no será usado inmediatamente deberá ser colocado en el horno de mantenimiento, tan pronto como su contenedor hermético sea abierto. La mayor parte de los códigos requieren que los electrodos de bajo hidrógeno sean mantenidos a una temperatura mínima del horno de 120 C (250 F) luego de ser quitados del contenedor sellado correspondiente. De todas formas, es importante notar que los electrodos distintos a los arriba mencionados pueden dañarse si son colocados en el horno. Algunos tipos de electrodos son diseñados para tener algún nivel de humedad. Si esta humedad es eliminada, las características de operación del electrodo serán significativamente deterioradas.

EXXXX RESISTENCIA A LA TRACCION

REVESTIMIENTO CARACTERISTICAS DE OPERACION

Figura 3.3 - Sistema de Identificación de Electrodo SMAW

Se establece que para electrodo la identificación consiste de una “E”, seguida por cuatro o cinco dígitos. Los primeros dos o tres números se refieren a la mínima resistencia a la tracción del metal de soldadura depositado. Esos números expresan la resistencia mínima a la tracción en miles de libras por pulgada cuadrada. Por ejemplo, “70” significa que la resistencia del metal soldadura depositado es al menos 70000 psi. Los números siguientes se refieren a las posiciones en las cuales el electrodo puede ser usado. Una “1” indica un electrodo que es apto para ser usado en cualquier posición. Un “2” indica que el metal fundido es tan fluido que el electrodo sólo puede ser usado en las posiciones plana o filete horizontal. Un “4” significa que el electrodo es apto para soldar en progresión descendente. El número “3” no está asignado. El último número describe otras características que son determinadas por la composición del revestimiento presente en el electrodo. Este recubrimiento determinará las características de operación y corriente eléctrica recomendada: AC(corriente alterna), DCEP (corriente continua, electrodo positivo), DCEN (corriente continua, electrodo negativo). La Clasificación Corriente Arco Penetración Hierro F3 EXX10 DCEP Enérgico Profunda F3 EXXX1 AC y DCEP Enérgico Profunda F2 EXXX2 AC y DCEN Medio Media F2 EXXX3 AC y DC Suave Baja F2 EXXX4 AC y DC Suave Baja F4 EXXX5 DCEP Medio Media F4 EXXX6 AC o DCEP Medio Media F4 EXXX8 AC o DCEP Medio Media F1 EXX20 AC o DC Medio Media F1 EXX24 AC o DC Suave Baja F1 EXX27 AC o DC Medio Media F1 EXX28 AC o DCEP Medio Media

Revestimiento y Escoria

Polvo

Celulosa - sodio Celulosa - potasio Rutílico - sodio Rutílico - potasio Rutílico - polvo de hierro Bajo hidrógeno - sodio Bajo hidrógeno - potasio Bajo hidrógeno - polvo de hierro Oxido de hierro - sodio Rutílico - polvo de hierro Oxido de hierro - polvo de hierro Bajo hidrógeno - polvo de hierro

0  10 % 0% 0  10 % 0  10 % 25  40 % 0  10 % 0% 25  45 % 0% 50 % 50 % 50 %

Nota : El porcentaje de polvo de hierro está basado en el peso del revestimiento. Figura 3.4 - Significado del Ultimo Dígito de la Identificación de SMAW

3-5

de


Los electrodos SMAW usados para unir aceros de baja aleación deben tener un sufijo alfanumérico, el que se agrega a la designación estándar después de un guión. La Figura 3.5 muestra el significado de esas designaciones.

corriente del arco. Esto es significativo desde el punto de vista del control de proceso, porque el voltaje del arco está directamente relacionado con la longitud del arco (distancia del electrodo a la pieza de trabajo). Esto es, en la medida que el soldador mueve el electrodo acercándolo o alejándolo de la pieza de trabajo, el voltaje del arco está realmente disminuyendo o aumentando, respectivamente. Este cambio de voltaje se corresponde con cambios en la corriente del arco, o la cantidad de calor que se crea por el arco de soldadura. Entonces, cuando el soldador aleja el electrodo de la pieza de trabajo, se incrementa la longitud del arco que reduce la corriente, y en consecuencia, reduce el calor introducido a la soldadura. Un arco de soldadura más corto resulta en una mayor corriente del arco, y entonces se incrementa el calentamiento. Por esto, a pesar que hay un control en la corriente de la máquina de soldar, el soldador tiene cierta capacidad de alterar la corriente del arco, manipulando el electrodo para obtener longitudes de arco mayores o menores. La Figura 3.7 también ilustra como dos curvas V-A diferentes pueden producir distintas respuestas de corriente. Porque la curva más baja tiene menor inclinación que la superior, se obtiene un cambio mayor de la corriente del arco para una longitud de arco dada (voltaje). Las fuentes de potencia modernas tienen controles que varían el voltaje del circuito abierto (OCV) y la inclinación para producir una corriente de soldadura que tenga un buen control del operador y una magnitud apropiada.

Subfijo Principal(es) Elemento(s) de Aleación

A1 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 D1 D2 G*

0.5% Molibdeno 0.5% Molibdeno – 0.5% Cromo 0.5% Molibdeno – 1.25% Cromo 1.0% Molibdeno – 2.25% Cromo 0.5% Molibdeno – 2.0% Cromo 2.5% Níquel 3.5% Níquel 1.0% Níquel 0.3% Molibdeno – 1.5% Manganeso 0.3% Molibdeno – 1.75% Manganeso 0.2% Molibdeno, 0.3% Cromo, 0.5% Níquel; 1.0% Manganeso; 0.1% Vanadio

*Necesita tener mínimo contenido de un solo elemento. Figura 3.5 – Subfijos de Aceros Aleados para Electrodos SMAW El equipo para soldadura por arco con electrodo revestido es relativamente simple, como se puede ver en la Figura 3.6. Un borne de la fuente de potencia es conectado a la pieza a ser soldada y el borne opuesto va a la pinza porta de electrodo en la cual el soldador ubica el electrodo a ser consumido. El electrodo y el metal base son fundidos por el calor producido por el arco eléctrico de soldadura creado entre la punta del electrodo y la pieza de trabajo cuando son llevados cerca uno del otro. La fuente de potencia para la soldadura por arco con electrodo revestido es tomada como una fuente de suministro de corriente constante, que tiene una característica descendente. Esta terminología puede ser más fácilmente comprendida observando la curva característica voltaje-amperaje (V-A) de este tipo de fuente de potencia. Como se puede ver en las curvas típicas voltaje-amperaje de la Figura 3.7, un decrecimiento en el voltaje del arco dará como resultado un incremento correspondiente en la

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de tipos de electrodos, el proceso es considerado muy versátil. Finalmente, con los equipos y electrodos mejorados que se pueden conseguir hoy en día, la calidad de la soldadura puede ser consistentemente alta. Una de las limitaciones de la soldadura por arco con electrodo revestido es la velocidad. La velocidad es afectada negativamente por el hecho que el soldador debe detener periódicamente la soldadura y reemplazar el electrodo consumido con uno nuevo, debido a que tienen una longitud típica de no más que 355 a 460 mm(14 a 18 in.) SMAW fue reemplazado por otros procesos semiautomáticos, mecánicos o automáticos en muchas aplicaciones, simplemente porque ofrecen una mayor productividad cuando son comparados con la soldadura por arco con electrodo revestido manual. Otra desventaja, que también afecta a la productividad, es el hecho que luego de la soldadura, hay una capa de escoria solidificada que debe ser removida. Otra limitación, cuando se usan electrodos de bajo hidrógeno, es que requieren almacenamiento en un horno de mantenimiento apropiado, que ayudará a mantener el bajo nivel de humedad de estos. Ahora que los principios básicos fueron presentados, es momento de discutir algunas de las discontinuidades que resultan durante el proceso de soldadura por arco con electrodo revestido. Mientras que éstas no son las únicas discontinuidades que podemos esperar, pueden resultar debido a una mala aplicación de este proceso en particular. Uno de esos problemas es la presencia de porosidad en la soldadura terminada. Cuando se encuentra porosidad, es normalmente el resultado de la presencia de humedad o contaminación en la región de soldadura. Puede estar presente en el recubrimiento del electrodo, o en la superficie del material, o proveniente de la atmósfera que rodea la operación de soldadura. La porosidad puede ocurrir también cuando el soldador usa una longitud de arco demasiado grande. Este problema de arco largo es especialmente probable cuando se usan electrodos de bajo hidrógeno. Por esto, se prefiere el uso de una menor longitud de arco que no solo aumenta la cantidad de calor producido,

Figura 3.6 – Equipo de Soldadura por Arco con Electrodo Revestido

Figura 3.7 Curva de Voltaje – Amperaje para una Fuente de Corriente Constante La soldadura por arco con electrodo revestido es usada en la mayoría de las empresas para numerosas aplicaciones. Es usada para la mayoría de los materiales a excepción de algunas aleaciones más exóticas. A pesar que es un método relativamente antiguo y procesos más nuevos lo han reemplazado en algunas aplicaciones, la soldadura por arco con electrodo revestido se mantiene como un proceso popular que continuará siendo muy usado por la industria de la soldadura. Hay varias razones por las que este proceso continúa siendo tan popular. Primero, el equipamiento es relativamente simple y económico. Esto ayuda a hacer el proceso muy portátil. En efecto, hay numerosos que tienen potencia de motores de combustión interna (diesel o naftero), los que no dependen de una fuente eléctrica externa, por esto, la soldadura por arco con electrodo revestido puede ser llevada a cabo en ubicaciones remotas. También, algunas de las fuentes de potencia más nuevas en estado sólido, son tan pequeñas y de bajo peso que pueden ser llevadas por el soldador hasta el trabajo. Y debido a la numerosa disponibilidad

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sino también ayuda a la eliminación de la porosidad en el metal de soldadura. La porosidad puede resultar por la presencia de un fenómeno conocido como soplo de arco. A pesar de que este fenómeno ocurre en cualquier proceso de soldadura por arco, será discutido aquí debido a que es un problema común que molesta a los soldadores manuales. Para entender el soplo de arco, se debe entender que hay un campo magnético que se desarrolla siempre que pasa una corriente eléctrica por el conductor. Este campo magnético es perpendicular a la dirección de la corriente eléctrica, y puede visualizarse como una serie de círculos concéntricos que rodean al conductor, como se muestra en la Figura 3.8. Este campo magnético es más fuerte cuando es enteramente contenido dentro de un material magnético. En consecuencia, cuando se suelda un material magnético, como el acero, el campo puede ser distorsionado cuando el arco se aproxime al extremo de una chapa, el final de una soldadura o algún cambio brusco en el contorno (perfil) de la parte que está siendo soldada. Esto se muestra en la Figura 3.9.

Figura 3.9 – Campos Magnéticos Distorsionados en los Extremos de la Soldadura Para reducir los efectos del soplo de arco, se pueden probar algunas alternativas. Estas incluyen:

1) 2) 3) 4)

Cambiar de DC a AC Mantener un arco tan corto como sea posible. Reducir la corriente de soldadura. El ángulo del electrodo en dirección opuesta al soplo de arco. 5) Usar soldadura de punteo importante en cada extremo de la junta, con soldaduras de punteo intermitentes a lo largo de la junta. 6) Soldar a través de la soldadura de punteo o de la soldadura terminada 7) Usar técnica de paso peregrino. 8) Soldar apartado de tierra para reducir el soplo hacia atrás; soldar sobre tierra para reducir el soplo hacia adelante. 9) Conectar a tierra la pieza de trabajo en ambos extremos de la junta a ser soldada. 10)Enrollar el cable de tierra alrededor de la pieza de trabajo y pasar la corriente a tierra en la dirección tal que la disposición del campo magnético tenderá a neutralizar el campo magnético que causa el soplo de arco. 11)Extender el final de la junta fijándole placas en la salida de la soldadura. Sumado a la porosidad el soplo de arco, puede causar también salpicaduras, socavación, perfil de soldadura inapropiado, y penetración disminuida. Con SMAW pueden ocurrir inclusiones de escoria simplemente porque este se basa en un sistema de fundentes para la protección de la soldadura. Con cualquier proceso que incorpora fundentes, es relevante la posibilidad que quede atrapada escoria dentro del depósito de soldadura. El soldador puede reducir ésta tendencia usando técnicas que permiten a la escoria fundida fluir libremente a la superficie del metal. Una profunda limpieza de la escoria de cada pasada previo a las pasadas adicionales también reducirá la frecuencia de los casos de inclusiones de escoria en soldaduras de pasadas múltiples. Debido a que la soldadura por arco con electrodo revestido es realizada principalmente en forma manual, pueden producirse numerosas discontinuidades por una manipulación

Figura 3.8 – Campo Magnético Alrededor de un Conductor

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inapropiada del electrodo. Algunas de estas son, fusión incompleta, socavación, solapado, tamaño de soldadura incorrecto, y perfil de soldadura inapropiado.

como un proceso semiautomático; sin embargo, es usado también en aplicaciones mecanizadas y aplicaciones automáticas. En consecuencia, es muy adecuable a aplicaciones de soldaduras robotizadas. La soldadura por arco con alambre y protección gaseosa se caracteriza por un electrodo sólido de alambre el que es alimentado en forma continua a través de la pistola de soldadura. Se crea un arco entre este alambre y la pieza de trabajo para calentar y fundir el metal base y los metales de aporte. Una vez fundido, el alambre se deposita en la junta soldada. La Figura 3.10 ilustra los elementos esenciales del proceso.

Soldadura por arco con alambre y protección gaseosa (GMAW) El siguiente proceso a se discutido es la soldadura por arco con alambre y protección gaseosa, GMAW. Mientras que soldadura por arco con alambre y protección gaseosa es la designación del AWS para el proceso, comúnmente escuchamos referirse a él como soldadura “MIG”. Es más comúnmente usado

Figura 3.10 - Soldadura por arco con alambre y protección gaseosa soldadura por arco con alambre y protección Una característica importante para gaseosa aprobado por la American Welding GMAW es que toda la protección para la Society. Se distinguen por las letras “ER” soldadura es provista por una atmósfera de gas seguidas por dos o tres números, la letra “S”, un protector que también es suministrado a través de guión, y finalmente otro número, como se la pistola de soldadura desde alguna fuente muestra en la Figura 3.11. externa. Los gases usados incluyen los del tipo “ER” designa al alambre que es a la vez inerte y los reactivos. Para algunas aplicaciones electrodo y varilla, esto significa que puede se usan gases inertes tales como el argón y el conducir electricidad (electrodo), o ser helio. Puede usarse uno sólo, en combinación con simplemente aplicado como metal de aporte el otro, o mezclado con otros gases reactivos (varilla) cuando es usado con otro proceso de como el oxígeno o el dióxido de carbono. soldadura. Los próximos dos o tres números Muchas aplicaciones de la soldadura por arco expresan la mínima resistencia a la tracción del con alambre y protección gaseosa usan sólo depósito de metal de soldadura en miles de libras protección de dióxido de carbono, por su costo por pulgadas al cuadrado. Entonces, como los relativamente bajo con respecto a los gases tipos SMAW, “70” significa un metal cuya inertes. resistencia a la tracción es al menos 70.000 psi. Los electrodos usados en este proceso La letra “S” expresa que se trata de un alambre son alambres sólidos que se proveen en bobinas o sólido. Finalmente el número luego del guión se rollos de distintos tamaños. Como en el caso de refiere a la composición química particular del soldadura por arco con electrodo revestido, hay electrodo. Esto determinará tanto la característica un método de identificación de los electrodos de de operación como las propiedades esperables

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del depósito de soldadura. Los electrodos de soldadura por arco con alambre y protección gaseosa tienen comúnmente importante cantidad de desoxidantes, tales como magnesio, silicio, y aluminio para ayudar a evitar la formación de porosidad. RESISTENCIA A LA TRACCION

COMPOSICIÓN QUIMICA

ERXXS-X ELECTRODO DE ALAMBRE

ALAMBRE SÓLIDO

Figura 3.11 - Sistema de Identificación de Electrodo GMAW

A pesar que el alambre no tiene un fundente de recubrimiento, es importante almacenar adecuadamente el material cuando este no se usa. El factor más crítico es que el alambre debe conservarse limpio. Si se permite que permanezca fuera a la intemperie, puede contaminarse con herrumbre, aceite, humedad, partículas de polvo, u otros materiales presentes en el ambiente del taller de soldadura. Por esto, cuando no se usa, el alambre debe conservarse en su envase plástico original, y/o contenedor de transporte. Incluso cuando un rollo de alambre está ubicado en el alimentador, debe estar cubierto con alguna protección cuando no se usa por períodos prolongados.

Figura 3.12 Equipo de Soldadura por Arco con Alambre y Protección Gaseosa La soldadura por arco con alambre y protección gaseosa normalmente se realiza con corriente continua, electrodo positivo (DCEP). Cuando este tipo de fuente de potencia se combina con un alimentador de alambre, el resultado es un proceso de soldadura que puede ser tanto semiautomático, mecanizado, o totalmente automatizado. La Figura 3.12 muestra un equipo típico de soldadura por arco con alambre y protección gaseosa. Como se puede ver, el equipo es un poco más complejo que uno usado para soldadura por arco con electrodo revestido. Un equipo típico incluye una fuente de potencia, alimentador de alambre, fuente de gas, y pistola de soldar fijada al alimentador por un cable flexible a través del cual pasan el gas y el alambre. Para poner a punto la soldadura, el soldador ajustará el voltaje en la fuente de potencia y la velocidad del alimentador de alambre. Cuando la velocidad de alimentación de alambre aumenta, también aumenta la corriente de soldadura. La velocidad de fusión del electrodo es proporcional a la corriente del arco, entonces la velocidad de alimentación del alambre en realidad controla también ésta característica.

La fuente de potencia usada para soldadura por arco con alambre y protección gaseosa es muy distinta del tipo empleado por la soldadura por arco con electrodo revestido. En lugar de una fuente de corriente constante, la soldadura por arco con alambre y protección gaseosa usa una fuente del tipo de las conocidas como de voltaje constante, o potencial constante. Esto es, la soldadura se lleva a cabo usando un valor preseteado de voltaje sobre un rango de corrientes de soldadura.

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Figura 3.13 Curva V – A Típica de Potencial Constante Se mencionó que la fuente de potencia es del tipo de potencial constante, de todas formas observando la curva V-A típica, Figura 3.13, muestra que la línea no es plana sino que tiene una suave pendiente. Esta característica permite que el proceso funcione como un proceso del tipo semiautomático, esto significa que el soldador no tiene que controlar la alimentación del metal de aporte como en el caso de soldadura por arco con electrodo revestido manual. Otra manera de describir el sistema el llamarlo sistema con “Auto regulación de Potencial Constante”. Observando la Figura 3.13, puede verse que la disminución del voltaje del arco (la pistola alejada de la pieza de trabajo) hace disminuir la corriente y en consecuencia la velocidad de fusión del electrodo. El alambre continúa siendo alimentado a su velocidad preestablecida para dar nuevamente el valor original de voltaje del arco. Esto reduce el efecto de la manipulación del operador en las características de soldadura, para hacer al proceso menos sensible al operador y entonces más fácil de ser aprendido. Cuando se cambian los ajustes de la máquina, el resultado es que las características de operación se alterarán drásticamente. Es de relevante importancia la manera en que el metal fundido es transferido desde extremo del electrodo, a través de la región del arco, al metal base. Con soldadura por arco con alambre y protección gaseosa hay cuatro modos básicos de

transferencia de metal. Estos son, spray, globular, arco pulsante, y en corto circuito. La Figura 3.14 muestra tres de los cuatro métodos. Sus características son tan diferentes que es casi como si se tratara de cuatro procesos de soldadura distintos. Cada tipo específico tiene ventajas y limitaciones definidas que los hacen mejores para algunas aplicaciones y peores para otras. El tipo de transferencia del metal depende de distintos factores, incluyendo el gas de protección, corriente y niveles de voltaje y características del suministro de potencia. Una de las formas básicas en las cuales dichos procesos se diferencian es que suministran distintas cantidades de calor a la pieza de trabajo. La transferencia de spray es considerada como la de mayor temperatura, seguida por globular, arco pulsante y finalmente corto circuito. Por esto, la transferencia por spray es la mejor para secciones de gran espesor y juntas con soldaduras de penetración total, en cuanto puedan ser posicionados en posición plana. La transferencia globular provee tanto calentamiento como buena deposición del material, pero sus características de operación tienden a ser menos estables, incrementado las salpicaduras. La soldadura por arco con alambre y protección gaseosa pulsante requiere una fuente de potencia capaz de producir una salida de corriente continua pulsante que permite al soldador programar la combinación exacta de

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corriente alta y baja para lograr un buen control del calor entregado y flexibilidad del proceso. El soldador puede setear tanto la cantidad como la duración del pulso de corriente alta. Entonces, durante la operación la corriente varía entre el pulso de alta corriente y el pulso de baja corriente, ambos pueden ser seteados con los controles de la máquina. La transferencia en corto circuito da una menor cantidad de calor sobre el metal base, haciéndolo una opción excelente para la soldadura de hojas de metal y juntas que tienen separaciones excesivas debido a un mal ajuste. El método de transferencia en contocircuito tiene como característica ser más frío debido a que el electrodo en realidad está en contacto con el metal base, creando un corto circuito por una porción del ciclo de soldadura. Entonces el arco opera y se extingue en forma intermitente. Los cortos períodos durante el cual el arco se extingue, permite cierto enfriamiento que redunda en una reducción de la tendencia a quemarse de los materiales de poco espesor. Se debe tener cuidado cuando se usa la transferencia en corto circuito para soldar secciones de mayor espesor, debido a que se puede presentar fusión incompleta a causa de un calentamiento insuficiente del metal base. Como se mencionó, el gas de protección tiene un efecto significativo en el tipo de transferencia del metal. La transferencia tipo spray puede lograrse sólo donde hay una presencia de un 80% de argón en la mezcla de

gases. CO2 es probablemente uno de los gases más populares para GMAW de acero al carbono, principalmente debido a su bajo costo y a sus excelentes características de penetración. Una desventaja, sin embargo, es que habrá más salpicadura que puede requerir ser quitada, reduciendo la productividad del soldador. La versatilidad que ofrece este proceso hizo que sea usado en muchas aplicaciones industriales. GMAW puede ser usada efectivamente para unir o cubrir muchos tipos de metales ferrosos o no ferrosos. El uso de gas de protección, en vez de un fundente, el cual puede ser más contaminado, puede reducir la posibilidad de introducir hidrógeno dentro de la zona de soldadura, entonces GMAW puede ser usado satisfactoriamente en situaciones donde la presencia de hidrógeno puede causar problemas. Debido a la ausencia de la capa de escoria que debería ser quitada después de soldar, La GMAW está bien situada para soldadura automática y robotizada. Esta es una de las mayores ventajas del proceso. Debido a que apenas es necesaria o no es necesaria en absoluto la limpieza luego de la soldadura, la productividad global del proceso se ve altamente incrementada. Esta eficiencia es incrementada en mayor medida por el hecho que el rollo de alambre continuo no requiere recambio tan frecuente como los electrodos individuales de SMAW. Todo esto incrementa la cantidad de tiempo en que se puede realizar realmente la soldadura.

Figura 3.14 – Modos de Transferencia del Metal; (a) Spray, (b) Globular, y (c) Corto Circuito. (No se muestra arco pulsante) La principal ventaja de la GMAW son gaseosa es que se trata de un proceso las lbs/hr (kg/hr) de metal depositado que reduce relativamente limpio, principalmente debido a el costo de mano de obra. Otro beneficio de la que no hay fundente presente en el proceso. En soldadura por arco con alambre y protección los locales con problemas de ventilación pueden

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verse aliviados cambiando a soldadura por arco con alambre y protección gaseosa donde se usaba soldadura por arco con electrodo revestido o soldadura por arco con alambre tubular, porque se genera menor cantidad de humos. Con la existencia de numerosos tipos de electrodos y equipos que se han transformado más portátiles, se continúa mejorando la versatibilidad de la soldadura por arco con alambre y protección gaseosa. Un beneficio adicional se relaciona con la visibilidad del proceso. Debido a que no hay presencia de escoria, el soldador puede ver más fácilmente la acción del arco y de la pileta líquida para mejorar el control. Mientras que el uso de gas de protección en lugar de fundente trae algunos beneficios, puede ser también pensado como una limitación, debido a que ésta es la principal forma en que el metal fundido es protegido y limpiado durante la soldadura. Si el metal base está excesivamente contaminado, el gas de protección sólo puede no ser suficiente para prevenir la aparición de porosidad. GMAW es también muy sensible a ráfagas o vientos, que tienden a desviar el gas de protección fuera y dejar al metal sin protección. Por esta razón, soldadura por arco con alambre y protección gaseosa no es recomendable para soldadura de campo. Es importante notar que el simple incremento de la velocidad del flujo de gas de protección más allá de los límites recomendados no necesariamente garantiza que se proveerá una protección adecuada. En efecto, las altas velocidades de flujo causan turbulencia y pueden tender a incrementar la posibilidad de porosidad porque estas velocidades de flujo incrementadas pueden en realidad llevar gases atmosféricos dentro de la zona de soldadura. Otra desventaja es que el equipo requerido es más complejo que los usados para soldadura por arco con electrodo revestido. Esto incrementa la posibilidad de problemas mecánicos que causen problemas de calidad. Cuestiones como guías de pistolas y conectores de tubos desgastadas pueden alterar las características eléctricas al punto de producir soldaduras defectuosas. Los principales problemas inherentes ya fueron discutidos. Estos son, porosidad debido

a la contaminación o pérdida de protección, fusión incompleta debido al uso de transferencia en corto circuito en secciones de gran espesor, e inestabilidad del arco debido a guías y extremos de conectores desgastados. A pesar de que tales problemas pueden ser muy perjudiciales para la calidad de la soldadura, pueden aliviarse si se toman ciertas precauciones. Para reducir la posibilidad de porosidad, las partes deben ser limpiadas previo a la soldadura, y la zona de soldadura debe protejerse de un viento excesivo encerrándola o usando rompevientos. Si la porosidad persiste, debe controlarse el suministro de gas para asegurar que no hay una excesiva presencia de humedad. El verdadero problema de GMAW es la fusión incompleta, especialmente cuando se usa transferencia en corto circuito. Esto se debe en parte al hecho de que es un proceso de arco abierto, dado que no utiliza fundente. Sin esta capa de protección del arco, el incremento de la intensidad del calor puede llevar al soldador a creer que hay una tremenda cantidad de calor en el metal base. Esta sensación puede ser errónea, y el soldador debe estar al tanto de esta condición y asegurar que el arco está siendo dirigido para garantizar la fusión del metal base.

Figura 3.15 – Denominaciones de la Pistola de Soldadura por Arco con Alambre y Protección Gaseosa Finalmente, el equipo debe estar bien mantenido para aliviar los problemas asociados con la alimentación del alambre. Cada vez que se reemplaza un rollo de alambre la guía debe ser limpiada sopleteándola con aire comprimido para quitar las partículas que pueden causar

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obstrucciones. Si persiste el problema, la guía debe reemplazarse. El tubo de contacto además, debe reemplazarse periódicamente. Cuando se desgasta, cambia el punto de contacto eléctrico de manera que se incrementa la “extensión el electrodo” sin que lo sepa el soldador. La extensión del electrodo se toma también desde el tubo de contacto hasta el extremo del electrodo, como se ilustra en la Figura 3.15.

a la tracción del metal de soldadura depositado en diez mil libras por pulgadas cuadradas, de manera que “7” significa que la resistencia a la tracción del metal de soldadura es al menos 70000 psi. El segundo dígito será tanto “0” o “1”. Un “0” significa que el electrodo es adecuado para el uso sólo en posición plana o filete horizontal, mientras que un “1” describe un electrodo que puede ser usado en cualquier posición. Siguiendo a estos números está la letra “T”, que se refiere a un electrodo tubular. A esto sigue un guión y luego otro número que denota el grupo particular basado en la composición química del metal de soldadura, tipo de corriente, polaridad de la operación, además si requiere protección gaseosa, y otras informaciones para la categoría.

Soldadura por arco con Alambre Tubular (FCAW) El siguiente proceso a describir es la soldadura por arco con alambre tubular. Este es muy similar a la soldadura por arco con alambre y protección gaseosa excepto que el electrodo es tubular y contiene un fundente granular en vez de un alambre sólido como en soldadura por arco con alambre y protección gaseosa. La diferencia puede notarse en la Figura 3.16 que muestra un conjunto soldado mediante un proceso FCAW auto protegido y una vista en detalle de la región del arco durante la soldadura. Se muestra al electrodo tubular que es alimentado a través del tubo de contacto de la pistola de soldadura, para producir un arco entre el electrodo y la pieza de trabajo. En tanto la soldadura progresa, se deposita un cordón de metal de soldadura. Cubriendo éste metal de soldadura solidificado se encuentra una capa de escoria, como el caso de la soldadura por arco con electrodo revestido. Con soldadura por arco con alambre tubular, puede haber o no protección gaseosa, dependiendo en que tipo de electrodo se use. Algunos electrodos son designados como proveyendo toda la protección necesaria del fundente interno, y se los conoce como “auto protegidos”. Otros electrodos requieren protección adicional de un gas de protección adicional. Con FCAW, como con otros procesos, hay un sistema de identificación para los distintos tipos de electrodos de soldadura, ilustrado en la Figura 3.17. Una revisión de los tipos de electrodos muestra que las designaciones se refieren a la polaridad, número de pasadas, y posición de soldadura. Una identificación comienza con una “E”, la que expresa que es un electrodo. El primer número se refiere a la mínima resistencia

Figura 3.16 – Soldadura por Arco con Alambre Tubular Autoprotegida

RESISTENCIA A LA TREACCIÓN

TUBULAR

EXXT-X 3-14

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales ELECTRODO

o 75% Argón - 25 % CO 2, pero se dispone de otras combinaciones de gases. El equipo utilizado para FCAW es esencialmente idéntico a aquel de GMAW, como se muestra en la Figura 3.19. Algunas diferencias pueden ser pistolas con capacidad para corrientes mayores y fuentes de potencia mayores, la ausencia del equipo de gas para electrodos autoprotegidos, rollos de alimentación de alambre bobinado. Como GMAW, FCAW usa un suministro de energía de voltaje constante y corriente continua. Dependiendo del tipo de electrodo, la operación puede ser, DCEP (1, 2, 3, 4, 5, 6 y 8) o DCEN (7). El proceso de soldadura por arco con alambre tubular está ganando rápidamente aceptación como una alternativa de proceso de soldadura en algunas industrias. Sus relativamente buenos resultados en superficies contaminadas, y sus velocidades de deposición incrementadas, ayudaron a la soldadura por arco con alambre tubular a reemplazar a SMAW y a GMAW en muchas aplicaciones. El proceso es usado en muchas industrias donde los materiales predominantes son ferrosos. Puede ser usado con resultados satisfactorios tanto en aplicaciones de taller como de campo. A pesar de que la mayor parte de los electrodos producidos son ferrosos (tanto para aceros al carbono como inoxidables), se consiguen también algunos no ferrosos. Algunos del tipo de los de acero inoxidables usan realmente una vaina de acero al carbono que rodea el fundente interno que contiene los elementos aleantes granulares tales como cromo y níquel.

POSICION COMPOSICI N QUIMICA CARACTERISTICAS DE OPERACIOON

Figura 3.17 - Sistema de Identificación de Electrodo FCAW

Figura 3.18 - Pistolas FCAW para Electrodos con Protección Gaseosa (arriba) y Auto protegidos (abajo). Con este sistema de identificación, puede determinarse si una clasificación de electrodo requiere o no gas de protección auxiliar. Esto es importante para el inspector de soldadura, debido a que la soldadura por arco con alambre tubular puede realizarse o no un gas de protección externo. La Figura 3.18 muestra los dos tipos de picos. Algunos electrodos están formulados para ser usados sin ningún gas de protección adicional distinto al contenido dentro del electrodo. Estos tienen los números 3, 4, 6, 7, 8, 10 y 11. Mientras que los electrodos que tienen los sufijos 1, 2 y 5, requieren alguna protección externa para ayudar en la protección del metal fundido. Ambos tipos ofrecen ventajas, dependiendo de la aplicación. Adicionalmente los sufijos G y GS se refieren a pasadas múltiples y pasada única respectivamente. Por ejemplo los autoprotegidos se adecuan mejor para soldaduras de campo, donde el viento puede tener como consecuencia una pérdida de la protección gaseosa. Los electrodos del tipo de los de protección gaseosa, son usados cuando la necesidad de propiedades mejoradas del metal de soldadura justifican el costo adicional. Los gases usados normalmente para soldadura por arco con alambre tubular son CO 2,

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situaciones de campo donde la pérdida del gas de protección debido a los vientos afectaría negativamente la calidad de GMAW. Es importante notar que este proceso tiene algunas limitaciones, las cuales el inspector tiene que conocer. Primero, debido a que hay presente un fundente, hay una capa de escoria solidificada que se debe quitar previo a depositar pasadas de soldadura adicionales o de que se pueda realizar una inspección visual. Debido a la presencia de este fundente, durante la soldadura se genera una cantidad significativa de humo. Una exposición prolongada en áreas no ventiladas puede provocar un efecto nocivo a la salud del soldador. Este humo también reduce la visibilidad al punto donde puede hacer difícil manipular apropiadamente el arco en la junta. A pesar de que se dispone de sistemas extractores de humo, tienden a aumentar el tamaño de la pistola, que aumenta el peso y disminuye la visibilidad. También puede perturbar la protección si se está usando un gas protector. A pesar de que FCAW se considera como un proceso que genera humo, no es tan malo como es SMAW, en función de la cantidad de humo generado por la cantidad de metal de soldadura depositado. El equipo requerido para FCAW es más complejo que el correspondiente a SMAW, entonces el costo inicial y la posibilidad de problemas de maquinaria pueden limitar su aceptabilidad para algunas situaciones. Como con cualquier proceso, FCAW tiene algunos problemas inherentes. El primero tiene que ver con el fundente. Debido a que no está presente, existe la posibilidad que en la soldadura final, quede atrapada escoria

Figura 3.19 – Equipo de Soldadura por Arco con Alambre Tubular con Protección Gaseosa

Figura 3.19 (continuación) – Equipo de Soldadura por Arco con Alambre Tubular con Protección Gaseosa FCAW ganó una gran aceptación debido a la gran cantidad de ventajas que ofrece. Probablemente la ventaja más significativa es que provee una alta productividad en términos de la cantidad de metal de soldadura que puede ser depositado en un período de tiempo dado. Es de las más altas para un proceso manual. Esto se ve favorecido por el hecho que el electrodo viene en rollos continuos lo cual incrementa el “tiempo de arco”, como con soldadura por arco con alambre y protección gaseosa. El proceso se caracteriza también por un arco agresivo, de penetración profunda, el cual tiende a reducir la posibilidad de discontinuidades del tipo de los problemas de fusión. Debido a que es usado normalmente como un proceso semiautomático, la habilidad requerida para la operación es algo menor que en el caso de ser un proceso manual. Con la presencia de fundente, tanto asistida por una protección gaseosa o no, FCAW es capaz de tolerar un mayor grado de contaminación del metal base que en el caso de GMAW. Por esta misma razón, FCAW se ubica bien para

solidificada. Esto puede deberse tanto a una limpieza inadecuada entre pasadas o técnica inapropiada. Con FCAW, es crítico que la velocidad de avance sea suficientemente grande para mantener el límite de avance, de la pileta líquida. Cuando la velocidad de avance es suficientemente lenta como para permitir que el arco vaya hacia el medio o a la parte de atrás de la pileta líquida, la escoria fundida puede adelantarse en la pileta y quedar atrapada. Otro problema inherente involucra el aparato de

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alimentación de alambre. Como en el caso de GMAW, la falta de mantenimiento puede afectar la calidad de la soldadura.

Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa (GTAW). El próximo proceso a ser discutido es la soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa, que tiene varias diferencias interesantes cuando se comparan con los aquellos discutidos anteriormente. La Figura 3.20 muestra los elementos básicos del proceso. La característica más importante de GTAW es que el electrodo usado no se consume durante la operación de soldadura. Está hecho con tungsteno puro o aleado, que tiene la capacidad de soportar temperaturas muy altas, incluso aquellas del arco de soldadura. Por esto, cuando pasa la corriente, se crea un arco entre el electrodo de tungsteno y la pieza. Cuando se requiere metal de aporte, se debe agregar en forma externa, usualmente manual, o usando algún sistema de alimentación mecánica. La totalidad de la protección del arco y del metal se alcanza a través del uso de gases inertes que fluyen fuera de la buza rodeando al electrodo de tungsteno. El cordón de soldadura depositado no tiene escoria que quitar debido a que no se usa fundente. Como con los otros procesos, hay un sistema donde distintos tipos de electrodos de tungsteno pueden identificarse fácilmente. Las denominaciones consisten en una serie de letras comenzando con una “E” que se pone por electrodo. Luego viene una “W" que es la designación química para el tungsteno. Estas letras están seguidas por letras y números que describen el tipo de aleación. Debido a que sólo hay cinco clasificaciones diferentes, se diferencian comúnmente usando un sistema de códigos de colores. La tabla de abajo muestra las clasificaciones y el código de colores apropiado.

Figura 3.20 – Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa La presencia de torio y circonio ayuda en mejorar las características eléctricas, haciendo al tungsteno ligeramente más emisor. Esto significa únicamente que es más fácil iniciar el arco con estos electrodos con torio y circonio que en los casos de electrodos de tungsteno puro. El tungsteno puro es más frecuentemente usado para soldar aluminio, debido a su habilidad para formar una terminación con forma esférica en el extremo cuando es calentado. Con una terminación esférica en lugar de aguda, hay una concentración más baja de corriente que reduce la posibilidad de dañar el tungsteno. El tipo EWTh-2 es el más comúnmente usado para la unión de materiales ferrosos. Clasificación de Electrodo de Tungsteno AWS

Clase

EWP EWCe-2 EWLa-1 EWTh-1 EWTh-2 EWZr

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Aleante

Tungsteno Puro 1.8-2.2 %cerio 1% óxido de lantano 0.8-1.2% torio 1.7-2.2% torio 0.15-0.40%circonio

Color

Verde Naranga Negro Amarillo Rojo Marrón


cantidad de hidrógeno, pero representa una mínima porción de la soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa realizada. El equipo requerido para GTAW tiene como elemento principal una fuente de potencia como la utilizada para SMAW, esto es, del tipo de corriente constante. Debido a que hay un gas presente, ahora es muy necesario tener un aparato para su control y transmisión. La Figura 3.22 muestra una configuración típica de soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa. Una característica agregada a este sistema de soldadura, que no se muestra, es un generador de alta frecuencia que ayuda a la iniciación del arco de soldadura. En orden a alterar el calentamiento durante la operación de soldadura, también se le puede fijar un sistema de control de corriente remoto. Puede ser operado mediante el pie, o controlado por algún dispositivo fijado en la misma torcha. Esto es particularmente útil para soldar poco espesor o juntas en tubos con abertura de raíz, donde se necesita un control instantáneo.

El GTAW puede realizase con DCEP, DCEN o AC. La DCEP dará un mayor calentamiento del electrodo, mientras que DCEN tenderá a calentar más el metal base. La AC calienta alternativamente el electrodo y el metal base. La AC se usa típicamente para soldar aluminio debido a que la corriente alterna incrementará la acción de limpieza para mejorar la calidad de la soldadura. La DCEN se usa más comúnmente para soldar aceros. La Figura 3.21 ilustra los efectos de esos tipos de corriente distintos y la polaridad en términos de la capacidad de penetración, acción de limpieza de óxido, balance térmico del arco, y capacidad de portar corriente del electrodo. Como se mencionó, GTAW usa gases inertes para la protección. Por inerte, queremos decir que los gases no se combinaran con el metal, pero lo protegerá de contaminantes. Los gases inertes más comúnmente utilizados son el argón y el Helio, basado en sus costos relativos y disponibilidad comparado con otros tipos de gases inertes. Algunas aplicaciones de soldadura de aceros inoxidables mecanizados usan gas protector que consiste en argón y una pequeña CORRIENTE-TIPO POLARIDAD DEL ELECTRODO FLUJO DE LOS ELECTRONES E IONES

DC Negativa

DC Positiva

AC (Balanceada)

NO

SI

SI – Una vez cada medio ciclo

CARACTERISTICAS DE PENETRACION

ACCION DE LIMPIEZA DE OXIDO CALENTAMIENTO BALANCEADO EN EL ARCO PENETRACION CAPACIDAD DEL ELECTRODO

70% En el extremo de la pieza 30% En el extremo del electrodo Profunda, Estrecha Excelente (e.g., 3.18 mm [1/8 in.]-400ª)

30% En el extremo de la pieza 50% En el extremo de la pieza 70% En el extremo del 50% En el extremo del electrodo electrodo Poco profunda Pobre (e.g. 6.35 mm[1/4 in.]-120ª)

media Buena (e.g. 3.18 mm [1/8 in.]-225ª)

Figura 3.21 – Efecto del Tipo de Corriente de Soldadura en la Penetración de la Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa

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metales, muchos de los cuales no son fácilmente soldables usando otros procesos de soldadura. Si lo permite el diseño de la junta, se pueden soldar los materiales sin uso de metal de aporte adicional. Cuando se requiere, existen numerosos tipos de metal de aporte en forma de alambre para un amplio rango de aleaciones metálicas. En el caso donde no se encuentre alambre disponible comercialmente para una aleación metálica particular, es posible producir un metal de aporte adecuado simplemente cortando una pieza idéntica al metal base para producir una pieza delgada y puede ser manipulado dentro de la zona de soldadura como si fuera un alambre. Contrastando con dichas ventajas hay varias desventajas. Primero, GTAW está entre los procesos de soldadura más lentos disponibles. Mientras que produce un depósito de soldadura limpio, también se caracteriza por tener baja tolerancia a la contaminación. Por esto, los metales de aporte y base, deben estar extremadamente limpios previo a la soldadura. Cuando se usan procesos manuales, la soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa requiere alto nivel de habilidad; el soldador debe coordinar el arco con una mano mientras que alimenta el metal de aporte con la otra. GTAW se selecciona normalmente en situaciones donde la necesidad de muy alta calidad garantiza el costo adicional de superar dichas limitaciones. Uno de los problemas inherentes asociados con este método tiene relación con la incapacidad de tolerar contaminación. Si se encuentra contaminación o humedad, tanto del metal base, metal de aporte o gas de protección, el resultado puede ser porosidad en la soldadura depositada. Cuando se nota porosidad, esto es signo que el proceso está fuera de control y se necesitan medidas preventivas. Deben hacerse verificaciones para determinar la fuente de la contaminación para poder eliminarla. Otro problema inherente que está totalmente confinado al proceso de GTAW es el de las inclusiones de tungsteno. Como el nombre lo implica, estas discontinuidades ocurren cuando partes del electrodo de tungsteno se incluyen en el depósito de soldadura. Las inclusiones de tungsteno pueden ocurrir debido a un número de

Figura 3.22 – Equipo de Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa Hay numerosas aplicaciones de GTAW en muchas industrias. Puede ser operado con el pie, o controlado por algún dispositivo montado en la misma torcha. Este es capaz de soldar virtualmente todos los materiales, porque el electrodo no se funde durante la operación de soldadura. Su capacidad de soldar con corrientes extremadamente bajas, hace del proceso de soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa adecuado para el uso con los materiales más delgados (hasta 0.005 in., o 0,0127 mm). Su operación típicamente limpia y controlable lo hace la opción perfecta para aplicaciones extremadamente críticas tales como aquellas encontradas en la industria aerospacial, alimentos, procesamiento de drogas, petroquímicas, cañerías de presión. La principal ventaja de GTAW se basa en el hecho que pueden producir soldaduras de excelente calidad y excelente apariencia visual. También, debido a que no se usa fundente, el proceso es muy limpio y no hay que remover escoria luego de la soldadura. Como se mencionó antes, pueden soldarse secciones de muy bajo espesor. Debido a la naturaleza de su operación, es adecuado para soldar la mayoría de los

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razones, y muchas están enumeradas en la siguiente tabla.

electrodo para facilitar la protección del metal fundido. En la medida que progresa la soldadura, hay una capa de escoria formada, agregado al cordón de soldadura, y fundente todavía granular que cubre el metal de soldadura solidificado. Se debe quitar la escoria y usualmente se descarta, a pesar que hay algunas técnicas de recombinación de una porción de aquella con nuevo fundente para ser usada nuevamente en algunas aplicaciones. El fundente que todavía es granular puede ser usado nuevamente si se tiene cuidado de evitar la contaminación. En algunos casos donde el fundente debe proveer aleantes, puede no ser aconsejable el reciclado. Debido a que SAW usa el electrodo y el fundente separados, hay numerosas combinaciones posibles para aplicaciones específicas. Hay dos tipos generales de combinaciones que pueden usarse para proveer un depósito de soldadura aleado; un electrodo aleado con fundente neutro, o un electrodo de acero dulce con un fundente aleante. Por esto para describir apropiadamente el metal de aporte de SAW, el sistema de identificación de AWS consiste en denominaciones tanto para fundente como para metales. La Figura 3.24 muestra que significan realmente las distintas partes de la clasificación electrodo / fundente, con un ejemplo real. El equipo usado para soldadura por arco sumergido consiste en distintos componentes, como se muestra en la Figura 3.25. Debido a que este proceso puede utilizarse totalmente mecanizado o método semiautomático, el equipo usado para cada uno es ligeramente diferente. En cada caso, sin embargo, se requiere una fuente de potencia. A pesar que la mayor parte de la soldadura por arco sumergido se realiza con una fuente de potencia de tensión constante, hay algunas aplicaciones donde se prefiere una de tipo de corriente constante. Como en el caso de la soldadura por arco con alambre tubular, un alimentador de alambre fuerza al alambre a través del cable guía hasta la torcha de soldadura.

Razones para las Inclusiones de Tungsteno. 1) Contacto de la punta del electrodo con metal fundido 2) Contacto de metal de aporte con la punta caliente del electrodo; 3) Contaminación de la punta del electrodo con salpicaduras; 4) La corriente que excede el límite para un dado diámetro o tipo de electrodo; 5) Extensión de los electrodo más allá de las distancias normales de la boquilla, resultando en un sobrecalentamiento del electrodo; 6) Ajuste inadecuado de la boquilla; 7) Velocidades inadecuadas de flujo de gas de protección o excesivas ráfagas de viento que hacen oxidar la punta del electrodo; 8) Defectos tales como rajaduras o fisuras en el electrodo; 9) Usando gases de protección inadecuados; y 10) Amolado inapropiado de la punta. Soldadura por Arco Sumergido (SAW) El último de los procesos de soldadura más comunes a ser discutidos es la soldadura por arco sumergido. Este método es típicamente el más eficiente mencionado por lejos en términos de la relación de deposición de metal de soldadura. SAW se caracteriza por el uso de una alimentación continua de alambre sólido que provee un arco que está totalmente cubierto por una capa de fundente granular; de aquí el nombre de arco “sumergido”. La Figura 3.23 muestra como se produce una soldadura usando dicho proceso. Como se mencionó, el alambre se alimenta dentro de la zona de soldadura en forma bastante parecida a soldadura por arco con alambre y protección gaseosa o soldadura por arco con alambre tubular. La mayor diferencia, sin embargo, es el método de protección. Con soldadura por arco sumergido, se distribuye fundente granular adelante o alrededor del

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Figura 3.23 sumergido

– Soldadura

por

arco

Indica fundente Indica la resistencia mínima a la tracción (por 69 MPa (10000psi) de metal de soldadura de acuerdo con las condiciones de soldadura, y usando el fundente que se clasificó y la clasificación específica de electrodo indicada Designa la condición de tratamiento térmico en la que se realiza el ensayo:  A para el caso sin tratamiento y P para tratamiento térmico posterior a la soldadura. El tiempo y temperatura del PWHT son de acuerdo a lo especificado. Indica la menor temperatura a la cual la resistencia al impacto del metal de soldadura referido arriba alcanza o excede los 27J (20 ft  lb). E indica un electrodo sólido; EC indica un electrodo de material compuesto FXXX - EXXX

Clasificación del electrodo usado para producir la soldadura referida arriba. F7A6-EM12K es una designación completa. Se refiere a un fundente que producirá un metal de soldadura con, en una condición sin tratamiento térmico posterior a la soldadura, tendrá una resistencia a la tracción no menor a 480 MPa (70000 psi) y una resistencia al impacto de Charpy con entallas en V de al menos 27J (20 ft  lb). a –51°C (-60°F) cuando se produce con un electrodo EM12K bajo las condiciones citadas en la especificación F7A4-EC1 es una designación completa para un fundente cuando se usa el nombre comercial del electrodo en la clasificación. Se refiere a un fundente que producirá el metal de soldadura con tal electrodo, el que en la condición sin tratamiento posterior de soldadura, tendrá una resistencia a la tracción no menor que 480MPa (70000psi) y una resistencia al impacto de Charpy con entallas en V de al menos 27J (20 ft  lb). a –40°C (-40°F) bajo las condiciones citadas en l a especificación

Figura 3.24 Sistema de Identificación de los Electrodos SAW

Figura 3.25 Equipo de Soldadura por Arco Sumergido

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En los sistemas mecánicos se debe mover el fundente a la zona de soldadura. El fundente generalmente se ubica en una tolva arriba del cabezal de soldadura y se alimenta por gravedad, de manera que se distribuye tanto ligeramente adelante del arco o alrededor del arco desde un pico que rodea la punta de contacto. En el caso de soldadura por arco sumergido semiautomática, se fuerza al fundente dentro de la pistola usando aire comprimido que ‘fluidiza’ el fundente granular, haciendo que fluya con facilidad, o hay una tolva conectada directamente a la empuñadura de la pistola. Otra variante del equipo es la posibilidad de corriente alterna o continua de cualquier polaridad. El tipo de corriente de soldadura afectará tanto a la penetración como al contorno del cordón de soldadura. Para algunas aplicaciones, pueden usarse electrodos múltiples. Los electrodos pueden energizarse por una sola fuente de potencia, o pueden ser necesarias varias fuentes de potencia. El uso de electrodos múltiples proveen aún mayor versatilidad al proceso. El proceso de soldadura por arco con electrodo revestido se encontró aceptable en muchas industrias, y se puede realizar en muchos metales. Debido a la alta relación de deposición, se mostró muy efectivo para recubrimiento o revestimiento de superficie del material. En situaciones donde la superficie necesita mejorar la resistencia a la corrosión o al desgaste, es más económico cubrir un metal base susceptible con una capa de soldadura resistente. Si se puede automatizar esta operación, la soldadura por arco sumergido es una posibilidad excelente. Probablemente la mayor ventaja de SAW es su alta relación de deposición. Normalmente puede depositar metal de soldadura más eficientemente que cualquier otro proceso común. El proceso de soldadura por arco sumergido tiene gran atractivo para el operador, primero porque debido a la falta de arco visible permite al operador controlar la soldadura sin la necesidad de lentes filtrantes y otra ropa de protección pesada. Otra característica beneficiosa es que genera menos humos que algunos de los otros procesos. Otra característica de este proceso que lo hace deseable para muchas

aplicaciones es su capacidad de penetrar profundamente. La mayor limitación de SAW es que sólo se puede realizar en una posición donde el fundente pueda mantenerse en la junta. Cuando se suelda en una posición distinta de la bajo mano normalmente usada, se requiere algún dispositivo para mantener el fundente en su lugar para que se pueda realizar el trabajo. Otra desventaja es, como en otros procesos automatizado, puede existir la necesidad de equipamiento para posicionar y presentar. Como en otros procesos que utilizan fundente, las soldaduras terminadas tendrán una capa de escoria solidificada que debe ser quitada. Si los parámetros de soldadura son inapropiados, los contornos de la soldadura serán tales que ese trabajo de remoción de la escoria aún es más dificultoso. La última desventaja se relaciona con el fundente que cubre el arco durante la soldadura. Mientras que hace un buen trabajo protegiendo al soldador de los efectos del arco, también impide al soldador ver exactamente donde se posiciona el arco con respecto a la junta. Con un ajuste automatizado, es aconsejable realizar la longitud total de la junta sin una verificación de la alineación del fundente o del arco. Si el arco no es dirigido adecuadamente, puede haber fusión incompleta. Hay algunos problemas inherentes a la SAW. El primero tiene que ver con el fundente granular. Igual que los electrodos de bajo hidrógeno para SMAW, es necesario proteger el fundente de soldadura por arco sumergido de la humedad. Puede ser necesario almacenar el fundente en contenedores calentados antes de su uso. Si el fundente se humedece, puede aparecer porosidad y fisuración en frío. Otro problema característico de SAW es la fisuración por solidificación. Esto ocurre cuando las condiciones de soldadura proveen un cordón de soldadura que tiene una relación ancho profundidad extrema. Esto es si el ancho del cordón es mucho mayor que su profundidad o viceversa, pude aparecer una fisuración por contracciones en la línea de centros durante la solidificación. La Figura 3.26 muestra algunas condiciones que pueden causar las fisuras.

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Figura 3.26 – Fisura de Solidificación debido al Perfil de la Soldadura en la cantidad de calentamiento, y debido a esto Soldadura por Plasma (PAW) de penetración, que ocurrirá. El siguiente proceso a discutir es el de desoldadura por plasma. Un plasma es definido como un gas ionizado. Con cualquier proceso que usa un arco, se crea plasma. Sin embargo, (PAW) es así llamado debido a la intensidad de esta región de plasma. A primera vista puede ser fácilmente confundido con GTAW porque el equipo requerido es muy parecido. En la Figura 3.27 se muestra una configuración típica. Ambos GTAW y PAW usan el mismo tipo de fuente de potencia. Sin embargo, si observamos atentamente la torcha en si misma, la diferencia se torna más obvia. La Figura 3.28 muestra una comparación gráfica de los dos tipos de torchas de soldadura y la diferencia resultante

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calor aportado a la pieza de trabajo. El arco no transferido se prefiere para el corte de materiales no conductivos y para soldadura de los materiales cuando la cantidad de calor de la pieza de trabajo debe ser minimizado. Las similitudes entre GTAW y PAW se extiende también a los equipos. Las fuentes de potencia son idénticas en la mayoría de los aspectos. Sin embargo, como se muestra en la Figura 3.30, hay algunos elementos adicionales necesarios, incluyendo la consola de control de plasma y la fuente de plasma.

Figura 3.27 - Soldadura por Plasma

Figura 3.28 - Comparación de las Torchas de GTAW y PAW. Tanto para PAW como GTAW se usa

electrodo de tungsteno para la creación del arco. Sin embargo, con la torcha de PAW, hay un orificio de cobre dentro de la buza cerámica. Hay un gas de “plasma” de alta velocidad el que es forzado a través de dicho orificio y pasa el arco de soldadura dando como resultado una constricción de este arco. Esta constricción, o estrechamiento, del arco hace que este sea más concentrado, y entonces más intenso. Una forma de ilustrar la diferencia en la intensidad del arco entre GMAW y PAW sería usar la analogía de un pico ajustable de una manguera. El arco de GTAW sería comparable a una forma de llovizna tranquila, mientras el arco de PAW se comportaría más como una forma que provee un vapor de agua concentrado teniendo una fuerza mayor. Hay dos categorías de operación de arco por plasma, el arco transferido y no transferido. Son mostrados en la Figura 3.29. Con el arco transferido, el arco es creado entre el electrodo de tungsteno y la pieza de trabajo. El arco no transferido, por otra parte, ocurre entre el arco y el orificio de cobre. El arco transferido es usado generalmente tanto para soldadura como para corte de materiales conductivos, porque tiene una mayor cantidad de

Figura 3.29 – Comparación entre PAW Transferido y No Transferido La torcha, como se discutió arriba, difiere levemente; sin embargo, debe hacerse una observación cuidadosa de la configuración interna para tener certeza. La Figura 3.31 ilustra la torcha. Como se indicó, se requieren dos gases separados: El gas de protección y el gas del orificio (de plasma). El argón es empleado comúnmente para ambos tipos de gas. Sin embargo, la soldadura de distintos metales puede requerir el uso de helio o combinaciones argón/helio o argón/hidrógeno para uno u otro gas.

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Figura 3.30 – Equipo de Soldadura por Plasma fundiendo los bordes del metal base que luego fluyen juntos y solidifican luego que pasa el arco de soldadura. Esto crea una soldadura de alta calidad, sin la preparación de una junta elaborada y velocidades de avance rápidas comparadas con GMAW. Otra ventaja de PAW, que fue mencionada antes, es que provee una fuente de calor muy localizada. Esto permite velocidades de soldadura más elevadas y entonces una menor distorsión. Debido a que la distancia entre la torcha y la pieza de trabajo es típicamente bastante larga, el soldador tiene mejor visibilidad de la soldadura que se está realizando. También, debido a que el electrodo se mantiene dentro de la torcha, es menos probable que el soldador lo introduzca dentro del metal fundido y produzca inclusión de tungsteno.

Figura 3.31 – Estructura Interna de una Torcha Manual de Soldadura por Plasma Típica Las principales aplicaciones de PAW son similares a aquellas de GTAW. El PAW es usado para algunos materiales y espesores. PAW se torna como una opción donde las aplicaciones requieren el uso de una fuente de calor más localizada. Es usada en forma extensiva para soldaduras con penetración total en el materiales de hasta 1/2 pulgada de espesor empleando la técnica conocida como "soldadura con ojo de cerradura (keyhole)". La Figura 3.32 muestra el aspecto típico de una soldadura con ojo de cerradura. La soldadura con ojo de cerradura se realiza en una junta a tope con bordes rectos sin abertura de raíz. El calor concentrado del arco penetra a través del espesor del material para formar un pequeño de ojo de cerradura. A medida que avanza la soldadura, el ojo de cerradura se mueve a lo largo de la junta

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tungsteno pueden darse a causa de muy altos niveles de corriente; sin embargo el hecho que el tungsteno se mantiene dentro ayuda a prevenir que esto se ocurra. Una corriente muy alta puede también traer como consecuencia la fusión del orificio de cobre y su depósito en el metal de soldadura. Otro problema que puede encontrarse cuando se realiza soldadura de ojo de cerradura es conocido como "tunneling". Esto ocurre cuando el ojo de cerradura no está completamente lleno en el final de la soldadura, dejando un vacío cilíndrico el cual se puede extender enteramente a través de la garganta de soldadura. Cuando se usa la técnica de ojo de cerradura, también existe la posibilidad de tener fusión incompleta debido a que el arco y la junta son tan angostas. Por esto, pueden producir fusión incompleta a lo largo de la j unta.

Soldadura por Electroescoria (ESW) El siguiente proceso de interés es la soldadura por electroescoria, pero no es ni cercanamente tan comúnmente usada como los procesos mencionados previamente. Este exhibe típicamente la mayor cantidad de material depositado de cualquiera de los procesos de soldadura. ESW se caracteriza por la unión de componentes que están ubicados borde a borde de manera que la junta está vertical. La soldadura se realiza en una única pasada tal que la progresión es desde abajo hacia la parte superior de la junta, sin interrupción. A pesar que la soldadura progresa verticalmente, hacia arriba en la junta, la posición de soldadura es considerada plana debido a la ubicación del electrodo con respecto a la pileta de soldadura. Durante la soldadura, el metal fundido es sostenido por zapatas enfriadas por agua. Ver Figura 3.33. Un carácter interesante de ESW es que no se considera siendo un proceso de soldadura por arco. Se basa en el calentamiento de la resistencia del fundente fundido para fundir el metal base y el metal de aporte. Los procesos usan un arco para iniciar la operación; sin embargo, este arco se extingüe una vez que hay suficiente fundente fundido para proveer el calor que mantiene las condiciones de soldadura en la medida que progresa hacia arriba a lo largo de la junta

Figura 3.31 – Técnica de ojo de cerradura para Soldadura por Plasma (Superficie – Arriba y Raíz – Abajo) La habilidad para usar este proceso en el modo de ojo de cerradura es también deseable. El ojo de cerradura es una indicación positiva de una penetración completa y uniformidad de la soldadura. Esta uniformidad de la soldadura es en parte debida al hecho que la soldadura por plasma es menos sensible a cambios en la longitud del arco. La presencia de su arco colimado permitirá relativamente grandes cambios en la distancia torcha - pieza sin ningún cambio en la capacidad de fusión. PAW está limitado a la unión efectiva de materiales de 1 pulgada (25.4 mm) o menos de espesor. El costo inicial del equipo es mayor que el relativo a GTAW, principalmente debido a que se requieren equipos adicionales. Finalmente, el uso de PAW puede requerir mayor habilidad del operador que la que requerida en el caso para GTAW debido a la mayor complejidad de la puesta a punto del equipo. Entre los problemas que pueden encontrarse con este proceso están dos tipos de inclusiones metálicas. Las inclusiones de

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metal en lugar de un alambre para aumentar la relación de material depositado aún más. Otro beneficio es que no se requiere preparación especial de la junta. En efecto, una superficie rugosa cortada a llama es satisfactoria para este método. Debido a que la totalidad del espesor de la junta es fundido en una pasada única, no hay tendencia a una distorsión angular durante o después de la soldadura, entonces se mantiene fácilmente la alineación. La principal limitación de ESW es el tiempo extenso requerido para armar y dejar listo para soldar. Hay una tremenda cantidad de tiempo y esfuerzo requerido para posicionar las piezas de trabajo y las guías antes que se pueda realizar la soldadura. Por esto ESW no es económico para secciones más delgadas, a pesar que la relación de material depositado es muy elevada. El proceso de ESW tiene asociado a el algunos problemas inherentes. Cuando aparecen estos problemas, pueden ser de proporciones mayores. Puede aparecer porosidad gruesa debido a fundente húmedo o la presencia de pérdidas en una de las zapatas refrigeradas por agua. Debido a que la soldadura por electroescoria se asemeja en muchos aspectos a un proceso de fundición, hay una posibilidad de tener fisuras en la línea de centros debido a contracción del metal de soldadura. También debido a una gran cantidad de calor aportado, hay una tendencia a crecimiento de grano en el metal de soldadura. Los granos grandes pueden dar una degradación de las propiedades mecánicas de las construcciones soldadas.

Figura 3.33, Soldadura por Electroescoria

Figura 3.34, Equipos de Soldadura por Electroescoria ESW se usa para unir grandes secciones. Está limitado esencialmente a la soldadura de aceros al carbono en espesores mayores a ¾ de pulgada (19 mm). Por esto, sólo industrias que trabajan con construcciones soldadas pesadas tienen interés real en ESW. La Figura 3.34 muestra la disposición de un equipo de ESW. La mayor ventaja de ESW es su alta relación de material depositado. Si la soldadura por un único electrodo no es suficientemente rápida, entonces pueden usarse electrodos múltiples. En efecto, puede usarse una tira de

Soldadura Oxiacetilenica (OAW) El siguiente proceso es la soldadura oxiacetilenica. Mientras que también se usa el término ‘soldadura por oxigas’, el acetileno es el único gas combustible capaz de producir temperaturas suficientemente altas para soldadura efectiva. con OAW, la energía para la soldadura es creada por una llama, por esto se considera como un método de soldadura química. Como el calentamiento es provisto por una reacción química, la protección para la soldadura oxiacetilenica es realizada también por esta llama. Por esto no se necesita protección interna. La Figura 3.35 ilustra el proceso siendo aplicado

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para el metal de aporte agregado de una fuente externa. El equipo para soldadura oxiacetilenica es relativamente simple. En la Figura 3.36 se muestra un equipo típico. Este consiste en varias partes: tanque de oxígeno, tanque de acetileno, reguladores de presión, torcha, mangueras de conexión. El cilindro de oxígeno es un contenedor hueco de alta presión, capaz de soportar una presión de aproximadamente 2200 psi. El cilindro de acetileno por otra parte, esta lleno con un material poroso similar al cemento. El acetileno se encuentra en el cilindro disuelto en acetona líquida. Debe tenerse cuidado debido a que el acetileno gaseoso es extremadamente inestable a presiones que exceden los 15 psi y puede ocurrir incluso una explosión sin la presencia de oxígeno. Debido a que el cilindro de acetileno contiene un líquido, es importante que se mantenga parado para evitar que se desparrame. Cada cilindro tiene fijado en su parte superior un regulador que reduce la alta presión interior hasta presiones de trabajo. Luego las mangueras conectan dichos reguladores a la torcha. La torcha incluye una sección donde el oxígeno y el acetileno se combinan para proveer la mezcla necesaria. La proporción de estos dos gases puede ser alterada por el ajuste de dos válvulas de control separadas. Normalmente, para soldar aceros al carbono, son ajustadas para proveer una mezcla que se conoce como llama neutra. Una mayor cantidad de oxígeno creará una llama oxidante y una mayor cantidad acetileno producirá una llama carburante. Luego que los gases se mezclan, fluyen a través de un pico desmontable.

Figura 3.36 oxiacetilenica

Equipo

de

soldadura

Los picos están hechos en una variedad de tamaños para permitir soldadura de distintos espesores de metal. El material de aporte usado por OAW en aceros tiene un sistema de identificación simple. Dos ejemplos son RG-45 y RG-60. La “R” lo designa como varilla, “G” indica el gas y los números 45 y 60 relaciona la mínima resistencia a la tracción del depósito en miles de libras por pulgadas cuadradas (psi). Entonces 45 designa el depósito de soldadura que tiene un depósito con una resistencia a la tracción de al menos 45000 psi. A pesar que no es usado tan extensivamente como lo fue alguna vez, OAW todavía tiente algún uso. Su principal tarea incluye la soldadura de hojas de acero de poco

Figura 3.35 – Soldadura oxiacetilenica

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espesor y cañerías de poco diámetro. También se aplica en muchas situaciones de mantenimiento. Las ventajas de OAW incluyen algunas características deseables en el mismo equipo. Primero es relativamente barato y puede ser hecho muy portátil. La portabilidad se relaciona no sólo por su tamaño compacto, sino debido a la inexistencia de una fuente de alimentación eléctrica. Debe tenerse precaución cuando se mueve el equipo de manera que no se dañen las válvulas principales de los cilindros. Si se rompen, un cilindro puede transformarse en un misil letal. Entonces, cuando se transportan, los reguladores deben quitarse y las válvulas deben ser cubiertas con capuchones roscados especiales para la protección contra impacto. El proceso tiene algunas limitaciones. Por un lado, la llama no provee una fuente de calor tan concentrada como puede ser alcanzada por un arco. Entonces si se está realizando una soldadura con bisel, la preparación de la junta debe exhibir un filo delgado para asegurar que se obtenga la fusión completa hasta la raíz de la junta. Esta baja concentración de calor también resulta en un proceso relativamente lento, entonces se considera típicamente a OAW como adecuada para secciones de bajo espesor. Como con cualquier proceso de soldadura que requiere que el metal de aporte sea alimentado manualmente, OAW requiere un nivel de habilidad para obtener buenos resultados. Hay ciertos problemas inherentes asociados con OAW. Están relacionados principalmente tanto a una manipulación inapropiada o al ajuste de la llama. Debido a que la fuente de calor no está concentrada, debe tenerse cuidado de dirigir la llama correctamente para asegurar la fusión adecuada. Si la llama se ajusta de manera que se produzca una llama oxidante o carburante, puede producirse una degradación de las propiedades del metal de soldadura, entonces es importante tener un equipo capaz de producir un flujo de gas uniforme.

fijaciones, a la superficie del metal. SW se considera como un proceso de soldadura por arco porque el calor para la soldadura es generado por un arco entre el espárrago y el metal base. El proceso es controlado por una pistola mecánica la cuál está fijada a la fuente de potencia a través del panel de control. Entonces, la soldadura se realiza muy fácilmente y en forma repetida. El proceso se realiza en cuatro ciclos, los cuales están temporizados y secuenciados por la caja de control una vez que el espárrago es posicionado y se empuja el gatillo. La Figura ilustra esta secuencia. El esquema (a) muestra la pistola de espárrago y el cartucho en posición, y después en (b) siendo posicionado contra la pieza de trabajo. En (c), el gatillo ha sido presionado para iniciar el flujo de corriente, y la pistola luego levanta el espárrago para establecer el arco. En (d), el arco funde rápidamente el extremo del espárrago y un botón en la pieza de trabajo debajo del espárrago. Un temporizador en la pistola luego corta la corriente y el resorte principal sumerge el espárrago en la pieza de trabajo (e). El espárrago terminado se muestra en (f). Cuando se hace en forma apropiada, la soldadura de espárrago, muestra una fusión completa a través de la sección transversal del espárrago tanto como un filete de refuerzo, o charco, alrededor de la totalidad de la circunferencia de la base del espárrago.

Soldadura de Espárrago (SW) El último proceso de soldadura a ser discutido es la soldadura de espárragos. Este método se usa para soldar espárragos, o

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en muchas empresas para una gran variedad de metales. La Figura 3.39 muestra algo de la gran variedad de perfiles y tamaños de espárragos disponibles. La industria de la construcción y puentes usan SW en forma extensa como transmisores de corte para componentes estructurales de acero. Una vez que el concreto es vertido, cubriendo los espárragos fijados a las vigas, la unión mecánica obtenida permite al acero y al concreto actuar como una unidad compuesta debido a la mejora de la resistencia total y la rigidez de la estructura.

Figura 3.37 – Ciclo de Soldadura de Espárrago. Un equipo de SW típico se muestra en la Figura 3.38. Un equipo de soldadura de espárragos consiste en una fuente de potencia de corriente continua, unidad de control, y pistola de soldadura de espárrago. Las variantes pueden incluir un aparato de alimentación automática de espárragos, tanto como protección gaseosa para usar en la soldadura de espárragos de aluminio. Debido a la conveniencia y la simplicidad ofrecida por SW, ha sido de gran uso

Figura .38 – Equipo de Soldadura de Espárragos efectivo para soldar muchas fijaciones a la superficie. Su uso elimina la necesidad de taladrar agujeros, recortados, o soldadura manual tediosa usando algún otro proceso. Una vez soldado, un espárrago puede ser inspeccionado fácilmente. En primer lugar se realiza una inspección visual para asegurar la presencia de un charco de 360º. Entonces el espárrago puede ser tanto golpeado con un martillo o arrancarlo, para juzgar su aceptabilidad. Cuando se golpea con un martillo, una buena soldadura de espárrago sonará como campana mientras que una junta mala resultará en un sonido hueco. Debido a que el proceso es controlado en forma eléctrica y mecánica, su principal limitación se relaciona con este equipo. Un mal funcionamiento eléctrico o mecánico puede producir una soldadura de mala calidad. El perfil del espárrago está limitado a algunas configuraciones que pueden ser tomadas en el mandril de la pistola. SW tiene dos discontinuidades posibles. Estas son que no haya charco en los 360º, y fusión incompleta en la interface. Ambas son causadas por una puesta a punto inapropiada de

Figura 3.39 – Algunas Configuraciones Típicas de Espárragos y Presentadores Disponibles para la Soldadura de Espárragos El gran rango de aplicaciones es debido al gran número de ventajas que se ofrecen. Primero, debido a que el proceso es controlado esencialmente por la unidad de control eléctrico y fijada a la pistola, y una vez que se realizan la puesta a punto de la unidad de control, no se requiere gran habilidad del operador. También, SW es un método tremendamente económico y

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la máquina o una conexión a tierra insuficiente. La presencia de agua o herrumbre pesada, cascarilla de laminación en la superficie del metal base también puede afectar la calidad de la soldadura resultante.

de baja potencia como de alta potencia tienen un ángulo de divergencia muy bajo. Por esto pueden ser transportados sobre distancias relativamente grandes antes de ser altamente concentrados (a través del uso tanto de enfoque óptico tanto transmisivo como tipo reflexivo) para proveer el nivel de densidad de potencia del haz necesitada para hacer una variedad de tareas de procesamiento de material tales como soldadura, corte, y tratamiento térmico. El primer rayo láser se produjo en 1960 usando un cristal de rubí bombeado por una lámpara destellante. Los láser de estado sólido de este tipo producen sólo pulsos cortos de energía lumínica, y a frecuencias de repetición limitadas por la capacidad térmica del cristal. En consecuencia, a pesar que los pulsos individuales exhiben picos instantáneos de niveles de potencia en el rango de los megawatt, los láser de pulso de rubí están limitados a bajos niveles de potencia de salida promedio. Tanto los lásers operados en forma pulsante o continua en estado sólido, que son capaces de soldar y cortar hojas de metal de poco espesor, se pueden obtener en forma comercial. Muchos de los últimos utilizan dopaje con neodimio, varillas de cristal itrio de aluminio granate (Nd-YAG), para producir salida de rayo monocromático, continuo en un rango de potencia de 1 a 2kW.

Soldadura por Láser (LBW) El láser es un dispositivo que produce un haz de luz coherente concentrado por estimulación electrónica o molecular de transiciones a niveles de energía menores. El láser es la luz amplificada por una emisión estimulada de radiación (light amplification by stimulated emssion of radiation). Coherente significa que todas las ondas de luz están en fase. En la práctica un dispositivo de láser consiste de un medio ubicado entre el extremo de los espejos de una cavidad de resonador óptico. Cuando este medio es "bombeado (i.e., excitado), hasta el punto donde ocurre una inversión de la población, una condición donde la mayoría de los átomos (o moléculas) en el medio son puestos en un estado de energía más alto del normal, se proveerá una fuente de luz coherente que puede luego reflejarse hacia atrás y hacia delante entre los extremos de espejos de la cavidad. Esto resulta en un efecto cascada inducido, que causará el nivel de esta luz coherente, para alcanzar un punto de umbral (i.e., el punto en el cual la ganancia en amplificación de la luz producida comienza a exceder cualquier pérdida en luz que pueda estar ocurriendo simultáneamente); con lo que permite al dispositivo empezar a emitir un haz de luz láser. Desde un punto de vista de la ingeniería, un láser es un dispositivo de conversión de energía que transforma simplemente la energía de una fuente primaria (eléctrica, química, térmica, óptica, o nuclear) en un haz de radiación electromagnética a alguna frecuencia específica (ultravioleta, visible o infrarrojo). Esta transformación es facilitada por cierto medio sólido, líquido o gaseoso, que cuando se excita tanto en una escala molecular o atómica (por varias técnicas), producirán una forma de luz muy coherente y relativamente monocromática (i.e., exhibiendo una frecuencia bastante singular), un haz de luz láser. Debido a que son coherentes y monocromáticos, tanto la luz láser

Figura 3.40- Sistema de producción que muestra un Láser de CO 2 Combinado con una Mesa de Trabajo Rotativa También se desarrollaron lásers con gas bombeados eléctricamente con variedad de excitación ac, dc y rf, pulsantes y de onda continua (CW). De esta manera hoy se dispone comercialmente de los láseres de dióxido de carbono, con salida de potencia del rayo de

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25kW, y están en uso para una gran variedad de trabajos de material en forma industrial. Tales láseres son capaces de producir penetración total, en soldaduras de una sola pasada en aceros de hasta 32mm de espesor (1-1/4).

Figura 3.41 – Pistola de Soldadura por Haz de Electrones La Soldadura por Láser (LBW) es un proceso de unión por fusión que produce la coalescencia del material con el calor obtenido de un rayo concentrado de luz coherente, monocromática que impacta en la junta a ser soldada. En los procesos, el haz láser es dirigido por elementos ópticos planos, tales como espejos, y luego enfocados a un pequeño punto (para una alta densidad de potencia) en la pieza de trabajo usando tanto elementos focalizantes reflexivos o lentes. (LBW) es un proceso en que no hay contacto, por lo que no requiere la aplicación de presión. Generalmente se utiliza gas protector inerte para evitar la oxidación de la pileta fundida, y ocasionalmente se puede utilizar metal de aporte.

Figura 3.42 – Soldadura Por Láser Realizada en un Acero Inoxidable tipo 304 de 3.2 mm (1/8 in.) de espesor

Figura 3.43 – Sección Transversal de una Soldadura por Haz de Electrones Uniendo una Pieza a un Anillo Como se describe arriba, los lásers usados predominantemente para el procesamiento de material industrial y tareas de soldadura son de 1.06 m de longitud de onda de láser YAG y láser de CO 2 de 10.6 m de longitud de onda, con el elemento más comúnmente empleado en estas dos variantes de láser, siendo el ion de neodimio (Nd), y la molécula de CO 2 (respectivamente).

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Figura 3.44 – Sistema de Soldadura de Producción para Componentes de Transmisiones para Automóviles Las principales ventajas de la soldadura por láser incluyen lo siguiente:

El aporte de calor está cerca del mínimo requerido para fundir el metal de soldadura; por esto, los efectos metalúrgicos en la zona afectada por el calor son reducidos, y la distorsión inducida por el calor están minimizados.  Los procedimientos de soldadura por láser de pasada única han sido calificados en materiales hasta 32 mm (1-1/4 in.) de espesor, por esto permite reducir el tiempo para soldar secciones de gran espesor y eliminar la necesidad de alambre de aporte (y la elaboración de la preparación de la junta).  No se requieren electrodos; la soldadura se realiza libre de la contaminación del electrodo, muesca, o daño de las corrientes de soldadura de alta resistencia. Debido a que la (LBW) es un proceso sin contacto, la distorsión se minimiza y se elimina esencialmente el desgaste de herramienta.  Los rayos láser están bien enfocados, alineados, y dirigidos por elementos ópticos. Por esto el láser puede ser ubicado a una distancia conveniente de la pieza de trabajo, y redirigido alrededor del herramental y obstáculos en la pieza de trabajo. Esto permite la soldadura en áreas de difícil

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acceso con otros medios de soldadura. La pieza de trabajo puede ser ubicada y soldada herméticamente en un lugar cerrado que es evacuado o que contiene una atmósfera controlada. El rayo láser puede ser enfocado en un área pequeña, permitiendo la unión de componentes pequeños, o poco separados con soldaduras delgadas. Se puede soldar una gran variedad de materiales, incluyendo combinaciones de diferentes tipos de materiales. El láser puede ser automatizado para soldadura automática de alta velocidad, incluyendo control numérico y computarizado. Las soldaduras en material de poco espesor y en alambres de poco diámetro son menos susceptibles al quemado que el caso de la soldadura por arco. Las soldaduras por láser no están influenciadas por la presencia de campos magnéticos, como en la soldadura por arco o por haz de electrones; también tiende a seguir la junta soldada a través de la raíz de la pieza de trabajo, incluso cuando el rayo y la junta no estén perfectamente alineados. Pueden soldarse metales con propiedades físicas distintas, tales como resistencia eléctrica. No se requiere vació o protección del rayo X.

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales 

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Se pueden obtener relaciones de proporción en el orden de 10:1(e.g., relaciones profundidad -ancho) cuando la soldadura se hace formando una cavidad en el metal, como la soldadura de ojo de cerradura. El rayo puede transmitirse a más de una estación de trabajo, usando conmutadores ópticos, entonces permite compartir el tiempo de haz.

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Soldadura por Haz de Electrones Debido a que la soldadura por haz de electrones (EBW) comenzó a ser usada como un proceso de soldadura comercial a fines de los '50, ha ganado amplia aceptación por parte de la industria. Durante el período inicial de la aplicación comercial, el proceso se limitaba estrictamente a la operación en cámaras de alto vacío. Sin embargo, rápidamente se desarrolló un sistema que requiere alto vacío solo en la zona de generación del haz. Esto permitió la opción de soldar tanto en una cámara de vacío medio o en un ambiente sin vacío. Este avance llevó a su aceptación por parte de fabricantes de automóviles comerciales y productos de consumo. Como consecuencia de esto, EBW ha sido empleado en un amplio rango de industrias alrededor del mundo.

La soldadura por láser tiene algunas limitaciones cuando se la compara con otros métodos, entre las que se encuentran las siguientes: 

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Como consecuencia de la característica de solidificación rápida de (LBW), puede esperarse alguna porosidad y fragilidad de la soldadura. El equipo es caro.

Las juntas deben ser posicionadas con precisión lateral bajo el rayo y en una posición controlada con respecto al punto de foco del rayo. Las superficies de soldadura deben ser forzadas entre si en forma mecánica, los mecanismos de presentadores deben asegurar que la posición final de la junta esté alineada con precisión con el punto de incidencia del rayo. El espesor máximo de la junta que puede ser soldado con láser está de alguna manera limitado. De esta manera las penetraciones mayores a 19 mm (0.75 in.) no se consideran actualmente como practicables para la producción industrial de (LBW). La reflexión y conductividad térmica altas en algunos materiales tales como el aluminio y aleaciones de cobre, puede afectar su soldabilidad con láser. Cuando se realiza soldadura láser de potencia moderada a alta, se debe emplear un dispositivo de control de plasma apropiado para asegurar que se pueda lograr la repetibilidad de la soldadura. Los láseres tienden claramente a tener una baja eficiencia de conversión de energía, generalmente debajo del 10 porciento

Figura 3.45 - Vista exterior de una Bomba de Vacío de Soldadura por Haz de Electrones

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electrostático que luego acelera y perfila simultáneamente esos electrones en un haz. Luego el rayo sale de la pistola a través de una abertura en el ánodo y continúa hacia la pieza de trabajo. Una vez que el haz sale de la pistola, se dispersará gradualmente con la distancia. Esta divergencia resulta del hecho que todos los electrones en el haz tienen cierta cantidad de velocidad radial, debido a su energía térmica, y además, todos experimentan algún grado de repulsión eléctrica mutua. Por esto en orden a contrarrestar este efecto de divergencia inherente, se usa un sistema de lente electromagnético para hacer converger el haz, el que se enfoca en un pequeño punto sobre la pieza de trabajo. Los ángulos de convergencia y divergencia son relativamente pequeños, que dan al haz concentrado un rango focal útil, o "profundidad de foco", que se extiende sobre una distancia de alrededor de una pulgada.

Figura 3.46 - Panel de Control de Soldadura por Haz de Electrones EBW es un proceso de unión por fusión que produce la coalescencia de los materiales por el calor obtenido del haz incidente compuesto principalmente de electrones con alta energía en la junta a ser soldada. Los electrones son partículas fundamentales de materia, caracterizadas por su carga negativa y una masa muy pequeña. Para ESW son elevados a un estado de energía alto al ser acelerado en el rango de 30 a 70 por ciento de la velocidad de la luz.

Figura 3.47 - Máquina de soldadura por haz de electrones Diseñada para unir Tiras Bimetálicas. El haz de electrones es creado usando una pistola de electrones que contiene típicamente algún tipo de emisor termoionico de electrones (normalmente llamado como la pistola "cátodo" o "filamento"), un electrodo de control de oblicuidad (normalmente conocida como la rejilla de la pistola o {grid cup}) y un ánodo. Se dispone de distintos dispositivos suplementarios, tales como arrollamientos de focalización y deflexión {bobinas} para enfocar o producir deflexión del haz. El corazón del proceso de soldadura por haz de electrones es el conjunto de la pistola/columna de haz de electrones. Los electrones se generan mediante el calentamiento de un material emisor cargado negativamente en su rango de temperatura de emisión termoiónica, con esto los electrones causan la "ebullición" del emisor o cátodo y son atraídos al ánodo cargado positivamente. La grilla configurada con precisión o la copa de oblicuidad {bias} que rodea el emisor provee la geometría del campo

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En la práctica, la velocidad de aporte de energía a la junta soldada es controlada por las siguientes cuatro variables básicas:

Figura 3.48 - La Soldadura por Haz de Electrones

El número de electrones por segundo que inciden en la pieza de trabajo (corriente del haz)  La magnitud de la velocidad de esos electrones (voltaje de aceleración del haz)  El grado al que se concentra dicho haz en la pieza de trabajo (tamaño del punto focal del haz)  La velocidad a la cual la pieza de trabajo o haz de electrones se mueve (velocidad de trabajo) 

En densidades de potencia del orden de 1.55 x 10 W/mm2 (105 W/in2), y mayores, el haz de electrones es capaz de penetrar instantáneamente dentro de la pieza de trabajo sólida o una junta a tope y formar vapor del tamaño de un capilar (u ojo de cerradura) que se encuentra rodeado de metal fundido. En la medida que el rayo avanza a lo largo de la junta, el metal fundido de la parte delantera del ojo de cerradura fluye alrededor de su periferia y solidifica en la parte de atrás para formar el metal de soldadura. En la mayoría de las aplicaciones, la penetración de la soldadura formada es mucho mayor que su ancho, y la zona afectada por el calor es muy angosta. Por ejemplo, el ancho de una soldadura a tope en una chapa de acero de 13 mm (0.5 in.)de espesor puede ser tan pequeña como 0.8 mm (0.03in.) cuando se realiza en vacío. Esto establece un contraste notorio con la zona de soldadura producida en juntas soldadas con arco y con gas, donde la penetración se alcanzan principalmente a través de la fusión de conducción. Un haz de electrones puede ser movido prontamente por deflección electromagnética. Esto permite un movimiento específico del punto del haz mediante un pantógrafo (círculos, elipses, perfiles)a ser generados en la superficie de la pieza de trabajo cuando se usa un generador de patrones electrónico para dirigir el sistema de bobina de deflexión. Esta capacidad de deflexión puede, en algunos casos, ser usado también para dar al haz un movimiento de desplazamiento. En la mayoría de los casos, sin embargo, la deflexión es usada para la alineación haz - junta, o para 2

Figura 3.49 –Haz de Electrones Soldando un Engranaje en Medio Vacío

Figura 3.50 - Sección Transversal de una Soldadura Por Haz de Electrones Sin Vacío en Chapas de Aceros Inoxidables de 19mm (3/4 in.)

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chapas de gran espesor como chapas de espesor relativamente bajo, con una sola pasada sin agregar el metal de aporte.  Pueden soldarse cierres herméticos con modos de operación de alto o medio vacío mientras que se retiene un vacío dentro del componente.  El haz de electrones puede ser desviado magnéticamente para producir distintas soldaduras perfiladas {shaped}; y osciladas magnéticamente para mejorar la calidad o incrementar la penetración.  El haz de electrones enfocado tiene una profundidad de foco relativamente larga, que se acomodará a un amplio rango de distancias de trabajo.  Puede producirse la penetración total, soldaduras de pasada única con caras casi paralelas, exhibiendo contracciones casi paralelas.  Pueden soldarse metales distintos y metales con alta conductividad térmica tales como cobre. Algunas de las limitaciones de la soldadura por haz de electrones son las que siguen:  Los costos principales son sustancialmente mayores que los correspondientes a aquellos de los equipos de soldadura por arco. Dependiendo del volumen de las partes a ser producidas, sin embargo, el costo final de las partes "por pieza" que se puede obtener con EBW puede ser altamente competitivo.  La preparación de las soldaduras con alta relación profundidad - ancho requiere una precisión de mecanizado de los bordes de la junta, alineación exacta de la junta, la luz de la junta debe ser minimizada para obtener las ventajas del tamaño reducido del haz de electrones. Sin embargo, los requerimientos de esa preparación precisa de las partes no son mandatorios si no se necesitan altas relaciones profundidad - ancho de las soldadura.

aplicar un modelo de deflexión. Esta deflexión modifica la densidad de potencia promedio que ingresa a la junta y esto resulta en un cambio en las características de soldadura alcanzadas. Sin embargo, como se notó previamente, siempre debe tenerse cuidado que el ángulo de incidencia no afecte adversamente los resultados finales de la soldadura. Esta especialmente, no debe causar que deje parte de la junta de soldadura sin soldar. La soldadura por haz de electrones tiene capacidades de performance únicas. El medio ambiente de alta calidad, altas densidades de potencia, el excelente control de salida resuelve un amplio rango de problemas de uniones. Los siguientes son las ventajas de la soldadura por haz de electrones: 

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La EBW convierte directamente la energía eléctrica a una salida de haz de energía. Por esto el proceso es extremadamente eficiente. Las construcciones soldadas tienen una razón elevada de profundidad ancho. Esta característica permite una soldadura de pasada única para juntas de gran espesor. La entrega de calor por unidad de longitud para una penetración dada puede ser mucho menor que en la soldadura por arco. La zona de soldadura delgada resulta en una distorsión baja, y un menor efecto de deterioro térmico. Un ambiente de alta pureza (vacío) para la soldadura minimiza la contaminación del metal por oxígeno y nitrógeno. La habilidad para proyectar el rayo por una distancia de varios metros en el vacío frecuentemente permite la soldadura en lugares que de otra manera serían inaccesibles. Son posibles altas velocidades de movimiento debido a las altas velocidades de fusión asociadas con esta fuente de calor concentrada. Esto reduce el tiempo de soldadura e incrementa la productividad y eficiencia de la energía. Pueden soldarse juntas a tope de borde recto razonables, tanto en 3-37

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales 

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Las rapidez de solidificación alcanzadas pueden causar fisuras en aceros inoxidables altamente embridados, de baja ferrita. Para soldadura de alto y medio vacío, el tamaño de la cámara de trabajo puede ser suficientemente grande para acomodar la operación de montaje. El tiempo necesario para evacuar la cámara tendrá influencia en los costos de producción. Las soldaduras con penetración parcial con grandes relaciones profundidad ancho son susceptibles a vaciado de la raíz y porosidad. Debido a que el haz de electrones se desvía por campos magnéticos, deben usarse metales no magnéticos o adecuadamente desmagnetizados para herramental y fijación cerca de la trayectoria del haz. Con el modo de soldadura por haz de electrones sin vacío, la restricción de la distancia de trabajo desde el extremo de la pistola de haz de electrones a la pieza limitará el diseño de las áreas de trabajo directamente adyacentes a la junta soldada. Con todos los modos de EBW, se debe mantener la protección de radiación para asegurar que no haya exposición del personal a la radiación x generada por la soldadura por EB. Se requiere una ventilación adecuada con la EBW sin vacío, para asegurar la remoción adecuada del ozono y otros gases nocivos formados durante este modo de soldadura por EB.

soldering difieren en la temperatura a la cual funde el metal de aporte. Los metal de aporte que funden arriba de 450°C (840°F) se consideran materiales de brazing, mientras que aquellos que funden debajo de esa temperatura se usan para soldering. De aquí, que el término “so ldering con plata” es en realidad incorrecto, porque el metal de aporte de brazing con plata funde arriba de 450°C A pesar que el metal base no se funde, y no hay fusión entre el metal base y el metal de aporte, se crea un lazo que es sustancialmente resistente. Cuando se aplica en forma correcta, la junta de brazing puede desarrollar una resistencia igual o superior que el metal base a pesar que el material de brazing sea mucho más débil que el metal base. Esto es posible debido a dos factores. Primero, la junta de brazing se diseña para que tenga una gran área de superficie. También, la separación entre las dos piezas a unir se mantiene en un mínimo. Las aberturas mayores a 0.25mm (0.010 in.) puede dar una junta con la resistencia sustancialmente reducida. En la Figura 3.51 se muestran algunas configuraciones típicas de junta de braze. Como se puede ver, todas estas juntas tienen áreas de superficie relativamente grandes y aberturas ajustadas entre las partes. Para realizar el brazing, uno de los pasos más importantes es limpiar cuidadosamente las superficies de la junta. Si las partes no están suficientemente limpias, resultará una junta inadecuada. Una vez que se limpian las partes y son presentadas juntas entre si, se aplica el calor de alguna manera. Cuando se eleva la temperatura de las partes por encima de la temperatura de fusión del material de aporte de brazing, es arrastrado dentro de la junta cuando se pone en contacto con las partes, debido al efecto de capilaridad.

PROCESOS DE BRAZING Ahora que se discutieron los procesos de soldadura, pondremos la atención en el brazing. El brazing difiere de la soldadura en que el brazing se realiza sin la fusión de los metales base. El calentamiento es suficiente solo para fundir el metal de aporte. Otro proceso de unión, soldering, es similar en el hecho que solo requiere la fusión del metal de aporte para crear el vínculo {bond junta, unión}. El brazing y

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aporte de brazing dentro de la junta dejando vacíos donde se ubicaba la preforma. Como con los consumibles de soldadura, las aleaciones de braze tienen también denominación de American Welding Society. Las denominaciones de aleaciones de brazing están precedidas por una “B” seguida por abreviaturas de los elementos químicos incluidos. Dentro de esos grupos generales hay tipos con propiedades levemente diferentes que se diferencian por números individuales. Los metales de aporte de brazing que tienen una ‘R’ enfrente de la ‘B’ en su denominación denotan que su composición química es idéntica con las varillas de Cobre y Aleaciones de Cobre de Soldadura Oxiacetilénica.

Figura 3.51 – Ejemplos de Distintas Configuraciones de Juntas de Brazing. La acción capilar es un fenómeno que causa que un líquido sea empujado dentro de un espacio ajustado entre dos superficies. Esto se puede observar si dos placas de vidrio se mantienen apretadas juntas y se coloca un borde en una batea de agua a poca profundidad. La acción capilar causará que el líquido entre las dos piezas de vidrio suba a un nivel por encima de aquel de la batea de agua. Debido a que la acción capilar está relacionada con la tensión superficial, esta se ve drásticamente afectada por la presencia de contaminación superficial. Entonces, si las superficies de una junta de brazing no están correctamente limpias, se reducirá la capacidad de la acción capilar al punto que el material de brazing no será suficientemente arrastrado {drawn llevado} dentro de la junta. Cuando pasa esto, resultará un lazo insuficiente. El material de aporte de brazing está disponible en un gran número de configuraciones y tipos de aleaciones. Las configuraciones incluyen alambre, tiras, chapas, pasta y preformas. Las preformas son piezas con formas especiales de aleación de brazing diseñadas para una aplicación particular, de manera que son preubicados en o dentro de la junta de braze durante el montaje de las partes. La Figura 3.52 muestra como pueden preubicarse dichas preformas de brazing dentro de la junta previo a la aplicación del calentamiento del brazing. La Figura 3.53 muestra como fluye el metal de

Figura 3.52 – Ubicación de Preformas de Brazing en Juntas de Braze

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calienta la junta. El más familiar es el conocido como el brazing por soplete (TB) donde el calentamiento se realiza usando una llama de oxigas. Puede realizarse tanto en forma manual, mecánica o automática. Otros métodos comunes de calentamiento incluyen horno, inducción, resistencia, inmersión e infrarrojo. El brazing en horno (FB) se realiza en el horno, frecuentemente con atmósfera controlada. El metal de aporte de braze y el fundente están ubicados previamente en o cerca de la junta y luego se ubican en el horno las partes a ser unidas, el cual las calienta en una forma muy controlada. BH [FB] puede ser usado para producir numerosas juntas de braze simultáneamente, una vez que la construcción es llevada a la temperatura de brazing. Brazing por Inducción (IB) se basa en el calor producido en un metal cuando se encuentra dentro de una bobina de inducción. La bobina de inducción es una simple bobina a través de la cual pasa corriente eléctrica de alta frecuencia. Ese flujo de corriente eléctrica producirá un calentamiento sustancial de la pieza de metal ubicada dentro de la bobina. El brazing por resistencia (RB) se realiza mediante el calentamiento del metal base usando su propia resistencia inherente. Cuando corre una corriente eléctrica pasa a través de los metales base a cada lado de la junta de braze, aparece el calentamiento por resistencia que funde al metal de aporte de braze ubicado en la junta. El brazing por inmersión (BD) difiere del resto en que las partes a unirse están inmersas en algún tipo de baño fundido para proveer el calentamiento necesario. Este baño puede ser tanto braze fundido de metal de aporte o algún tipo de químico fundido, tal como sales químicas. El brazing por infrarrojo (IRB) se basa en el calentamiento provisto por energía radiante. Esto es, la junta a ser sometida a brazing se calienta usando alguna fuente de alta intensidad de luz infrarroja.

Figura 3.53 – La ubicación del Material de Aporte de Brazing en una Junta luego de la Aplicación del Calor. Para mantener la limpieza de la junta durante la aplicación del calor, es común el uso de fundentes de brazing. Estos también tienen clasificación de la American Welding Society de acuerdo con los tipos de metales base y de aporte utilizados. Tienen una designación alfanumérica simple como se muestra en la Figura 3.54. Clasificaciones de Metal base de Brazing por AWS Designación del Elemento Principal

BAlSi ..........................Aluminio - Sílice BCuP .........................Cobre - Fósforo BAg ............................Plata BAu ............................Oro BCu ............................Cobre RBCuZn ..................... Cobre - Zinc BMg ............................Magnesio BNi .............................. Níquel Hay numerosos métodos de brazing, cuya principal diferencia es la manera en que se

Rango Temperatura Actividad °C °F

Tipo de Metal de Ingrediente Clasificación Formulario aporte s Típicos Aplicación

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de de Metal base Recomendados

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales FB1-A

Polvo

BAlSi

Floruros Cloruros

Para brazing con soplete u horno

560-615

FB2-A

Polvo

BMg

Floruros Cloruros

900-1150

FB3-A

Pasta

BAg y BCu

Boratos Cloruros

No se incluye una clasificación 480-620 detallada de los fundentes de brazing para magnesio, debido a que el uso de brazing para unir magnesio es muy limitado Fundente de propósito general 565-870 para la mayoría de las aleaciones metálicas y no metálicas. (Excepción notable Al Bronce, etc. Ver Fundente 4A)

FB4-A

Pasta

BAg y BCu

Cloruros Floruros Boratos

Fundente de propósito general para muchas aleaciones que contienen metales que forman óxidos refractarios

1100-1600

595-870

1080-1140

1050-1600

Todas las Aleaciones de aluminio que se pueden unir por braze Aleaciones de Magnesio cuyo nombre comienza con AZ

Todos los metales ferrosos y no ferrosos que se pueden unir por braze, excepto las que tienen aluminio o magnesio como constituyente. También usado para unir carburos Metales base que contienen hasta un 9% de aluminio (Latón de aluminio, bronce al aluminio, Monel K500). Puede aplicarse también cuando hay cantidades menores de Ti, o hay presencia de otros metales, que forman óxidos refractarios.

Nota: La selección de un nombre de fundente para un tipo de trabajo específico puede basarse en el tipo de metal de aporte y la descripción de arriba, pero la información de este lugar generalmente no es adecuada para la selección adecuada de fundent e. La tabla de arriba representa un listado parcial de la Tabla 4.1 Brazing Fluxes del AW S Brazing Handbook Fuente:l AWS Brazing Handbook © 1991

Figura 3.54 – Sistema de Identificación de Fundente para Brazing de AWS (listado parcial) El brazing se usa en muchas industrias, especialmente aeroespacial y aire acondicionado o calentamiento. Puede aplicarse virtualmente a todos los metales, puede incluso unirse metales con no metales. Una de las mayores ventajas del brazing es que puede ser usado para unir metales disímiles. Esto es posible debido a que el brazing no funde el metal base para producir una aleación híbrida que puede tener propiedades no deseables. Se adecua también para soldar metales que simplemente no se puede soldar por ningún tipo de soldadura. Otra ventaja del brazing es que el equipo es relativamente barato. Debido a que el brazing usa temperaturas más bajas que la soldadura, los metales de poco espesor son fácilmente unidos sin tanto temor a la fusión a través de la chapa {melt – trough} o distorsión. La principal limitación es que las partes deben estar extremadamente limpias previo al brazing. Otra limitación es que el diseño de la junta debe proveer suficiente área de superficie para desarrollar la resistencia requerida. Algunas configuraciones no proveen tal situación. Hay algunos problemas inherentes asociados con el brazing. La primera es la formación de áreas de vacío o áreas sin vínculo dentro de la junta. Esto puede resultar de una limpieza insuficiente o calentamiento impropio de las partes. Otros problemas ocurren cuando se

aplica un calentamiento muy localizado al metal base, que resulta en una erosión del metal base. Esto normalmente se asocia con el brazing por soplete donde la combinación del calor de la llama y su acción mecánica quitará el metal base adyacente a la junta de braze. Otro tema importante es la corrosión del metal base por algunos fundentes extremadamente reactivos; debe quitarse el residuo de fundente para evitar la corrosión subsiguiente de la junta o metal base.

PROCESOS DE CORTE Hasta ahora la discusión involucró sólo aquellos métodos usados para unir materiales entre sí. En la producción también son importantes los procesos para cortar o remover metal. Frecuentemente estos procesos se requieren previo a la soldadura para producir perfiles adecuados de las partes o hacer preparaciones específicas de la junta. Durante o luego de la soldadura, algunos de estos mismos procesos pueden emplearse también para quitar las áreas defectuosas de soldaduras o producir una configuración específica si la configuración sin tratamiento posterior a la soldadura no es satisfactoria para el propósito deseado de la pieza.

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picos de corte típicos, y sopletes usados para corte manual y mecánico en la Figura 3.58.

CORTE POR OXIGAS (OFC) El primero de estos procesos de corte es el corte por oxigas. Aquí, usamos una llama de oxigas para calentar el metal a la temperatura a la cuál se oxida rápidamente o quema. La temperatura necesaria es conocida como la temperatura de 'ignición', y para los aceros, está alrededor de 925º C (1700ºF). Una vez que se alcanzó la temperatura, se dirige un chorro de oxígeno de corte de alta presión a la superficie calentada para producir una reacción de oxidación. Este chorro de oxígeno también tiende a remover la escoria y el residuo de óxido que se produce por esta reacción de oxidación. Por esto, OFC puede ser considerado como un tipo de proceso de corte químico. El equipo usado para OFC es esencialmente el mismo al usado por SG [OAW] excepto que en lugar del pico de soldadura, ahora hay fijado un dispositivo de corte que incluye una leva o válvula para encender el corte por oxígeno. La Figura 3.56 muestra un equipo típico montado de OFC que se encuentra en la mayoría de los negocios de soldadura y fabricación.

Figura 3.56 - Equipo de corte por Oxigas.

(A) Pico de una pieza

(B) Pico de dos piezas

Figuras 3.57 – Sección Transversal de Picos de Corte

Figura 3.55 Corte por Oxigas

Debe notarse que OFC puede realizarse usando distintos tipos de gases de combustibles, tales como acetileno, metano (gas natural), propano, gasolina, y metil acetileno proadine (MPS). Cada uno provee distintos grados de eficiencia y puede requerir picos de corte ligeramente modificados. Otros factores que deben ser considerados cuando se selecciona el gas combustible adecuado, incluyen el tiempo de precalentamiento recibido, velocidades de corte, costo, disponibilidad, cantidad de oxígeno

La operación de corte también requiere un pico de corte especial que está fijado al extremo del soplete. Esto consiste en una serie de agujeros, arreglados en círculo alrededor del borde exterior del extremo del pico de corte. Aquí es donde la mezcla del gas de oxigas fluye para proveer el precalentamiento para el corte. En el centro de dichos agujeros se encuentra un pasaje único del oxígeno de corte. En la Figura 3.57 se muestran secciones transversales de los

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requerido para quemar el gas eficientemente, y transportar fácil y seguramente los contenedores de combustible.

Figura 3.59 – Ilustración de Ranura y Desviación (Drag) en Corte por Oxigas A pesar que OFC se usa en forma extensa por muchas industrias, está limitado al corte de aceros al carbono y de baja aleación. En la medida que aumenta la cantidad de distintos elementos de aleación, pueden pasar una de las dos cosas siguientes; bien hacen el acero más difícil de cortar, o pueden dar un aumento en la superficie de corte endurecida o afectadas por el calor o ambas. En la Figura 3.60 se enumeran los efectos de distintos elementos de aleación. Como puede verse, en la mayor parte de los casos, el agregado de ciertos elementos de aleación puede impedir el uso de OFC convencional. En muchos casos, esos elementos son del tipo de los resistentes a la oxidación. El material debe cumplir con los siguientes criterios, en orden a que el corte por oxigas sea realizado en forma efectiva: (1) debe tener la capacidad de combustión en un chorro de oxígeno, (2) esta temperatura de ignición dede ser menor que su temperatura de fusión, (3) su conductividad de calor debe ser relativamente baja, (4) el óxido de metal producido se debe fundir a una temperatura por debajo de la temperatura de fusión del metal, y, (5) la escoria que se forma debe tener baja viscosidad. Por esto, en orden a cortar fundición o acero inoxidable con este proceso, son necesarias técnicas especiales que involucran equipo adicional. Estas técnicas incluyen oscilación del soplete, el uso de chapa de desperdicios, alimentación de alambre, corte por pulverización y corte con fundente.

Figura 3.58 Torchas de OFC para Corte Mecanizado y Corte Manual El corte se realiza aplicando calor a la pieza usando una llama de precalentamiento que es una mezcla de oxigas. Una vez que el metal fue calentado a su temperatura de oxidación, el oxígeno de corte comienza a oxidar el metal caliente. La oxidación del hierro produce una tremenda cantidad de calor. Esta reacción química exotérmica provee el calor necesario para fundir rápidamente el metal y soplar simultáneamente los productos de la oxidación de la junta. El ancho de la abertura de corte es conocido como ranura {kerf}, se muestra en la Figura 3.59. También se muestra el arrastre, que es la cantidad de desalineación entre los puntos de entrada y salida del corte, medido a lo largo del eje del corte.

Elemento Carbono Manganeso

Efecto del elemento en el corte por oxigas Los aceros hasta 0.25% de carbono pueden ser cortados sin dificultad. Los aceros de más elevado carbono deben ser precalentados para evitar el endurecimiento y las fisuras. El grafito y la cementita (Fe 2 C) van en detrimento, pero el hierro fundido que contiene 4% de carbono puede ser cortado por técnicas especiales. Los aceros con 14% de Manganeso y 1.5% de carbono son difíciles de cortar y deben ser precalentados para obtener mejores resultados.

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Sílice Cromo

Níquel Molibdeno Tungsteno Cobre Aluminio Fósforo Azufre Vanadio

El sílice, en las cantidades presentes usualmente, no tiene efecto. Los aceros de los transformadores que contienen tanto como 4% de sílice están siendo cortados. Los aceros al sílice que contienen grandes cantidades de carbono y manganeso deben ser precalentados cuidadosamente y post recocido para evitar el endurecimiento al aire y las fisuras superficiales posibles. Cuando la superficie está limpia, los aceros hasta 5% de cromo se cortan sin mucha dificultad. Los aceros con mayores contenidos de cromo, tales como aceros con 10% de cromo, requieren técnicas especiales y éste se hace difícil cuando se usa el proceso de corte por oxigas normal. En general, cuando se cortan dichos tipos de aceros se requieren llamas carburantes. Los procesos de corte por i nyección de fundente o corte con polvo de hierro posibilitan hacer cortes prontamente {correctamente} en los aceros al cromo puros usuales tanto como los aceros inoxidables. Los aceros que contienen hasta un 3% de níquel pueden ser cortados por el proceso de oxigas normal; hasta alrededor de 7% de contenido de níquel, los cortes son muy satisfactorios. Mediante los procesos de inyección de fundente o corte por polvo de hierro, pueden hacerse cortes de excelente calidad en aceros inoxidables de aleaciones comunes en ingeniería (18-8 hasta alrededor de 35-15 como límite superior). Este elemento afecta al corte prácticamente en forma similar al cromo. Los aceros al cromo - molibdeno de calidad aeronáutica no ofrecen dificultades. Sin embargo, los aceros de alto molibdeno - tungsteno, sólo pueden ser cortados con técnicas especiales. Las aleaciones normales, hasta 14% pueden ser cortadas muy fácilmente, pero el corte se torna dificultoso para porcentajes mayores. El límite parece ser alrededor del 20% de tungsteno. En cantidades de hasta el 2%, el cobre no tiene efecto. Salvo que esté presente en grandes cantidades (alrededor de 10%), su efecto no es apreciable. Este elemento no tiene efecto en las cantidades toleradas normalmente en el acero. Las cantidades pequeñas, tales como las presentes en los aceros, no tienen efecto. Con porcentajes de azufre superiores, la velocidad de corte se reduce y se hace notable el humo del dióxido de azufre En las cantidades que se encuentra normalmente en el acero, este aleante puede mejorar más que interferir en el corte.

Figura

3.60 - Efecto de los Elementos Las ventajas del corte por OFC incluyen su equipo relativamente barato y portátil haciéndolo aplicable para el uso tanto en aplicaciones de campo y de taller. Se pueden realizar cortes en secciones tanto delgadas como de gran espesor; la facilidad del corte normalmente se incrementa con el espesor. Cuando se hace automatizado, ( Figura 3.61), OFC puede producir cortes de una precisión razonable. Cuando se compara con métodos de corte mecánicos de aceros, el corte por oxigas es más económico. Para mejorar aún más la eficiencia, pueden usarse métodos de sopletes múltiples o cortar en forma apilada para hacer varias piezas a la vez. Una de las limitaciones de OFC es que el corte terminado requiere limpieza o amolado adicional como preparación para la soldadura. Otra limitación importante es que debido al requerimiento de altas temperaturas, puede producirse una zona afectada por el calor que tiene muy alta dureza. Esto es especialmente importante si hay necesidad de mecanizar dicha área. El empleo de precalentamiento y postcalentamiento ayudará al alivio del problema. También, aunque los cortes pueden ser razonablemente precisos, todavía no se comparan con la precisión posible mediante métodos de corte mecánico. Finalmente la llama y la escoria calientes requieren medidas de seguridad contra

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Químicos en el Corte por Oxigas estos riesgos para el personal cercano a la operación de corte.

Figura 3.61 - Máquina de Corte por OFC CORTE POR ARCO ELECTRODO DE GRAFITO (CAC-A) Otro proceso de corte muy efectivo es el corte por arco electrodo de grafito. Este proceso usa un electrodo de carbón para crear un


arco para calentar a lo largo, y con un fuerte chorro de aire comprimido remueve mecánicamente el metal fundido. La Figura 3.62 muestra el proceso en uso. El equipo usado para CAC-A consiste en una pinza de electrodo especial que está fijada a una fuente de corriente continua y una fuente de aire comprimido. Esta pinza, mostrada en la Figura 3.63, toma al electrodo de carbón en mordazas de cobre, una de las cuales tiene una serie de agujeros a través de los cuales pasa el aire comprimido.

Figura 3.63 - Pinza de Corte por Arco con Electrodo de Grafito

Figura 3.62 - Corte por Arco con Electrodo de Grafito (Arc Air) Para lograr el corte, el electrodo de carbón se coloca cerca de la pieza de trabajo para crear un arco. Una vez que se funde el metal, el chorro de aire comprimido sopla al metal fundido fuera, para producir una ranura o corte. La pinza del electrodo se fija a una fuente de potencia al igual que una fuente de aire comprimido. Puede usarse cualquier gas comprimido no inflamable, pero el aire comprimido es por lejos el más barato, si está disponible. En la Figura 3.64, se muestra la totalidad del sistema para el corte por arco con electrodo de grafito. CAC-A tiene aplicación en la mayoría de las industrias, especialmente debido a que se puede usar para cortar cualquier metal. A pesar de que cortará todos los metales, hay otras consideraciones que pueden requerir otros métodos de corte para aleaciones particulares. La Figura 3.65 muestra el tipo de corriente y polaridad para el corte con CAC-A de varios metales y aleaciones.

Figura 3.64 - Equipo de Corte por Arco con Electrodo de Grafito Mientras que tendemos a pensar en esta aplicación para remover las áreas defectuosas de la soldadura o metal base, es importante tomar conciencia que puede ser muy efectivo como herramienta para la preparación de la junta. Por ejemplo, dos piezas a ser soldadas a tope pueden ser alineadas con sus biseles rectos en contacto. El proceso de CAC-A puede ser empleado para producir preparación de biseles en U, como se muestra en la Figura 3.66. CAC-A es usado también para mecanizado basto de partes grandes y complejas.

Metal

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Tipo de Polaridad Corriente del


Aluminio Cobre y aleaciones Hierro, fundición, maleable, etc. Magnesio Níquel y aleaciones Aceros al Carbono Aceros Inoxidables

DC AC

Electrodo Positivo -

terminado puede requerir alguna limpieza previa a la soldadura adicional.

DC DC AC DC DC

Negativo Positivo Positivo Positivo

Corte por Plasma (PAC) El último método de corte térmico es el corte por plasma. Este proceso es similar en la mayoría de los aspectos a PAW excepto que ahora el propósito es remover el metal en lugar de unir dos piezas. Los requerimientos del equipo son similares, excepto que la fuente de potencia requerida debe ser mucho mayor que la utilizada para la soldadura. Se utiliza la torcha de arco transferido debido al incremento de calentamiento del metal base. En la Figura 3.67 se muestran las torchas típicas de PAC, el equipo se muestra en la Figura 3.68. Para el corte automatizado, la torcha no sólo se encuentra enfriada por agua internamente, sino que el corte real se debe realizar dentro de agua para reducir el ruido y los niveles de partículas. Mientras que la aplicación principal es para el corte de metales no ferrosos, el PAC es útil también para el corte de aceros al carbono. Las ventajas incluyen la capacidad de cortar metales que no se pueden cortar con OFC, el corte de alta calidad resultante, y las velocidades de corte incrementadas para aceros al carbono.

Figura 3.65 Requerimientos Eléctricos de CAC-C para Distintos Metales

Una de las ventajas básicas de CAC-A es que es un método relativamente eficiente para remover material. También tiene la capacidad de cortar cualquier metal. Debido a que usa las mismas fuentes de potencia que las usadas por algunos tipos de soldadura, los costos de los equipos son mínimos. La principal desventaja del proceso está relacionada con la seguridad. Es un proceso inherentemente muy ruidoso y sucio. Por esto, el operador puede elegir usar protección auditiva para reducir el nivel de ruidos, y filtros para la respiración para eliminar la inhalación de las partículas metálicas producidas. Puede requerirse también un vigía para asegurarse que las gotas del metal ranurado no generen riesgo de incendio. Otra limitación es que el corte

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Figura 3.66 - Ilustración de la Preparación de la Junta Usando Corte por Arco con Electrodo de Grafito Automatizado (superior izquierda) y Manual (superior derecha)

Figura 3.67 - Torchas de corte por plasma manual y automática.

Figura 3.68 - Equipo de corte por plasma Una limitación es que el corte generalmente es bastante grande y los bordes cortados pueden no estar a escuadra. Si se desea se pueden utilizar técnicas especiales, tales c omo inyección de agua, para mejorar esta configuración del borde. Otra limitación es el mayor costo comparado con el corte por oxigas.

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Modulo 3 Procesos de Union y Corte de Metales

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