FUNDAMENTOS de la
SOLDADURA
ARCO ELÉCTRICO
por po r
FUNDACION LATINOAMERICANA DE SOLDADURA
Asta, Ed Asta, Eduar uardo do Funda Fu ndame mento ntoss de de la la sol soldad dadura ura por ar arco co elé eléctr ctric ico o a 1 ed. - Buenos Aires : Fundación Latinoamericana de Soldadura, 2006. 32 p. ; 26 x 19 cm. ISBN IS BN 98 987-2 7-2324 3244-0 4-0-9 -9 1. Electricidad-Soldadura. I. Título CDD 671.521 2
Fundamentos de la Soldadura por Arco Eléctrico Eduardo Asta 1ª. Edición Fundación Latinoamericana de Soldadura Calle 18 N° 4113 Villa Lynch, Buenos Aires ISBN: 987-23244-0-9 ISBN: 978- 987-23244-0-7
(c), 2006 Fundación Latinoamericana de Soldadura Queda hecho el depósito que establece la Ley 11.723. Libro de edición Argentina
Impreso en: Talleres Grácos Universal S.R.L.
Fragata Presidente Sarmiento 1551 C1416 CBI Ciudad Autónoma de Buenos Aires 4582-0396 / 4585-5220
No se permite la reproducción parcial o tota, el almacenamiento, el alquiler, la transmisión o la transformación de este libro, en cualquier forma o por cualquier medio, sea electrónico o mecánico, mediante fotocopias, digclización u otros métodos, sin el permiso previo y escrito del editor. Su infracción está penada por leyes 11723 y 25446.-
Asta, Ed Asta, Eduar uardo do Funda Fu ndame mento ntoss de de la la sol soldad dadura ura por ar arco co elé eléctr ctric ico o a 1 ed. - Buenos Aires : Fundación Latinoamericana de Soldadura, 2006. 32 p. ; 26 x 19 cm. ISBN IS BN 98 987-2 7-2324 3244-0 4-0-9 -9 1. Electricidad-Soldadura. I. Título CDD 671.521 2
Fundamentos de la Soldadura por Arco Eléctrico Eduardo Asta 1ª. Edición Fundación Latinoamericana de Soldadura Calle 18 N° 4113 Villa Lynch, Buenos Aires ISBN: 987-23244-0-9 ISBN: 978- 987-23244-0-7
(c), 2006 Fundación Latinoamericana de Soldadura Queda hecho el depósito que establece la Ley 11.723. Libro de edición Argentina
Impreso en: Talleres Grácos Universal S.R.L.
Fragata Presidente Sarmiento 1551 C1416 CBI Ciudad Autónoma de Buenos Aires 4582-0396 / 4585-5220
No se permite la reproducción parcial o tota, el almacenamiento, el alquiler, la transmisión o la transformación de este libro, en cualquier forma o por cualquier medio, sea electrónico o mecánico, mediante fotocopias, digclización u otros métodos, sin el permiso previo y escrito del editor. Su infracción está penada por leyes 11723 y 25446.-
Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico Por: Ing. Eduardo Asta, ESAB- CONARCO
Contenido
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Referencias
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Apéndice A: Cálculo del precalentamiento
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Apéndice B: Guía de temperaturas de precalentamiento para aceros AISI-SAE
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Prefacio Resumen histórico
Concepto de soldadura
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Procesos de soldadura Soldadura en fase sólida Soldadura en fase sólido-líquida Soldadura en fase líquida Soldadura por resistencia Energía térmica de la soldadura El arco eléctrico utilizado en soldadura Protección del metal fundido Soldadura manual con electrodo revestido (SMAW) Soldadura TIG (GTAW) Soldadura MAG-MIG (GMA (GMAW) W) Soldadura por arco sumergido (SAW)
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Aceros estructurales Regiones de la unión soldada: metal de soldadura y zona afectada por el calor
Soldabilidad Determinación del precalentamiento en la soldadura de aceros estructurales Métodos predictivos para establecer la temperatura de precalentamiento Ensayos de soldabilidad La inuencia del hidrógeno
Discontinuidades y defectos en las soldaduras Selección y clasicación de materiales de aporte
24 25 27
F u n d a m e n t os os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
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Prefacio |
La soldadura constituye uno de los recursos tecnológicos de vital importancia para el desarrollo industrial a nivel global. Las industrias de diferentes ramas de la técnica tales como: construcciones, petroquímicas ,de generación de energía, de transporte, alimenticias ,agrícolas, aeroespacial, electrónica, automotriz,etc., no podrían haber alcanzado su desarrollo actual si no hubiera estado disponible la tecnología de soldadura. Hoy, prácticamente no existe emprendimiento tecnológico alguno en el cual la soldadura no intervenga en alguna de sus etapas. Sin dudas, el
Como resultado directo de dichos aportes, se han generado innovaciones tanto en el campo de los procesos y equipos como en el de los consumibles, que han transformado a una actividad en sus orígenes técnico-artesanal en una disciplina cientíco-
tecnológica de alta complejidad. La activa incorporación de la soldadura como tecnología de fabricación en el campo de unión de metales para dar ecaz respuesta a la gran diversidad
de requerimientos que impone el servicio, muchos de ellos de alto compromiso, hace necesario un riguroso conocimiento de los alcances y limitaciones de esta técnica.
desarrollo nos ha llevado a denir un concepto más
general y abarcativo que es el de tecnologías de unión. Como proceso de unión, de protección y de recuperación de materiales, la soldadura se destaca por su versatilidad tanto en el aspecto tecnológico como en el económico. Durante las últimas décadas esta tecnología ha recibido importantes esfuerzos en recursos humanos y económicos destinados a promover su investigación y desarrollo.
4
Es imprescindible tener en cuenta que la unión por soldadura, a diferencia de otros medios de unión de metales, interactúa con las partes que vincula. Esto es así puesto que por su propia esencia constituye un todo metalúrgico con las mismas, al tiempo que introduce en el sistema acciones térmicas y mecánicas que no quedan connadas a la soldadura
propiamente dicha (zona de fusión) sino a toda la región de la unión por soldadura .
F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Resúmen histórico |
En 1891 Nicholas de Bernados y S. Olczewsky realizaron las primeras soldaduras por fusión empleando electrodos de carbón N.G. Slawianoff continúa estos experimentos utilizando como electrodo una varilla de alambre desnudo. Dichas soldaduras presentaron un gran número de inconvenientes tales como inestabilidad del arco eléctrico,porosidad del cordón de soldadura debido a la absorción de gases por el baño de metal fundido, obtención de soldaduras muy frágiles, etc. En 1908 el sueco Oscar Kjellberg emplea por primera vez un electrodo de acero revestido con elementos que al vaporizarse en el arco formaban una atmósfera estabilizadora de éste. La implementación del revestimiento en un principio pretendió facilitar la soldadura en posición. Para estos revestimientos se emplearon elementos similares a los formadores de escoria utilizados en las acerías, por ejemplo: dolomita, cuarzo y calcita junto con agentes ligantes. En relación con estos materiales se obtuvo un revestimiento el cual, cuando se soldaba, formaba una escoria que facilitaba el manejo y protegía además el metal depositado. Este primitivo electrodo de revestimiento delgado, aunque fue un paso hacia adelante de extraordinaria importancia en el desarrollo de la soldadura eléctrica, constituyó un mediano producto, porque tanto el aspecto del cordón como la composición del metal depositado dejaban mucho que desear. Posteriormente, un mayor revestimiento, con una mayor cantidad de óxidos, sólo logró mejorar el aspecto del cordón y el manejo, pero el metal depositado seguía siendo de bajas propiedades mecánicas. En el año 1912 fue Oscar Kjellberg quien patentó el invento del electrodo revestido. Este fue el primero en concebir un revestimiento por medio del cual podía estabilizar el arco y crear una atmósfera protectora del oxígeno y el nitrógeno del aire. Otros historiadores aseguran que fue Strohmenger el que patentó en 1912 el electrodo revestido en Estados Unidos [1-5].
F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Concepto de soldadura |
En un sentido amplio y generalizado, la soldadura puede denirse como la realización de una unión
entre dos piezas de metal haciendo uso de las fuerzas de cohesión que derivan de un enlace metálico. Un análisis del concepto precedente señala que, a
diferencia de los procesos mecánicos utilizados para unir metales, en soldadura se utilizan las fuerzas interatómicas para lograr la concreción de un empalme resistente. Todo proceso de soldadura debe esencialmente lograr el acercamiento de las supercies a unir a
distancias de orden interatómico con el propósito de crear las condiciones propicias para que se desarrollen las fuerzas de cohesión inherentes a los enlaces metálicos. Para que dicha unión interatómica se efectivice, los átomos en cuestión deben encontrarse lo sucientemente próximos para que se maniesten
las fuerzas de atracción y repulsión que permiten la obtención de un cristal metálico. Si fuera posible que las supercies de contacto de las dos piezas
que se desean unir estuvieran perfectamente lisas y libres de óxidos y de humedad, por el simple acto de superponerlas se obtendría la unión deseada. Pero, aún pulida por los métodos de mayor precisión, la supercie presenta crestas y valles a nivel
microscópico, además suele haber una importante capa de óxido y humedad sobre la misma que impide el contacto a nivel interatómico. Normalmente, el acercamiento de los átomos periféricos se logra mediante el aporte de energía. Si dicha energía es calor, se pueden llegar a fundir los bordes de los metales, los cuales se mezclarán en estado líquido para que durante la solidicación
se forme una nueva red cristalina. Si en vez de calor se aplica presión se produce, en primer término, la ruptura de la capa de óxido y luego se nivelan las crestas y valles por deformación plástica, permitiendo el contacto íntimo de las dos supercies y por lo tanto
la unión metalúrgica. Antiguamente la unión soldada ejecutada por forja, aplicando conjuntamente calor y presión, representó el 5
único tipo de unión soldada en las piezas. En la actualidad, la energía utilizada en la mayoría de
Soldadura en fase sólido-líquida
los procesos de soldadura se maniesta en forma de
Otra forma de lograr el desarrollo de las fuerzas de cohesión consiste en calentar las piezas a unir a temperaturas inferiores a la fusión e introducir un metal de aporte de menor punto de fusión que ellas, en estado líquido. No se utiliza presión y el metal de aporte se distribuye
calor y los procesos más comúnmente utilizados en la industria implican aportar suciente calor para fundir
localizadamente las piezas a unir. Generalmente estos procesos necesitan de material que se agrega, en estado líquido, al metal a soldar que se ha fundido. Siempre que haya fusión se forma un cordón de soldadura constituido por el metal base fundido y el metal aportado que, por lo general, tiene características
espontáneamente entre las supercies a unir por
microestructurales y apariencia supercial diferente al
Soldadura por capilaridad a temperaturas elevadas mayores que 450 ºC, denominada Brazing. Soldadura por capilaridad a bajas temperaturas menores que 450 ºC, denominada Soldering.
metal base no fundido. Procesos de soldadura |
Cada proceso de soldadura ha sido desarrollado para resolver un problema especíco o para satisfacer
una necesidad especial. Tales procesos de soldadura se pueden clasicar
en función del estado (líquido o sólido) en que se encuentra el material cercano a los bordes en el momento en que se efectúa la unión metalúrgica o interfase de la unión [1]. Esto da origen a cuatro grandes grupos: soldadura en fase sólida soldadura en fase sólido-líquido soldadura en fase líquida soldadura por resistencia Todos ellos proveen de una u otra manera, tres funciones básicas: 1- una fuente de calor que lleva al material a la temperatura a la cual puede ser soldado. 2- una fuente de protección del cordón o punto de soldadura para prevenir su contaminación que puede provenir de diferente origen. 3- una fuente de producción de elementos químicos que puede alterar beneciosa o perjudicialmente la
naturaleza del metal a soldar. En la tabla 1 se sintetizan estos procesos. Soldadura en fase sólida
Cuando no se recurre a la fusión de los bordes de las piezas.
6
efecto de capilaridad. A este tipo de unión pertenecen:
Soldadura en fase líquida
El suministro de calor puede ser de características tales que se produzca la fusión de los bordes de las piezas a unir y del metal de aporte, si lo hubiera. En este caso se produce una mezcla de los líquidos provenientes de los elementos componentes. Los procesos basados en este principio cubren un alto porcentaje de las toneladas de metales que se sueldan a nivel global. A este grupo pertenecen los procesos de mayor utilización, principalmente aquellos que emplean como fuente de calor el arco voltaico, tales como: Soldaduras por arco con electrodo revestido (SMAW), también denominada corrientemente soldadura manual con electrodo revestido Soldadura por arco sumergido (SAW) Soldadura por arco eléctrico con protección gaseosa (GMAW), también denominada semiautomática con alambre macizo, bajo la sigla MAG-MIG Soldadura por arco con alambre tubular (o semiautomática alambre tubular) con o sin protección gaseosa (FCAW) Soldadura por arco eléctrico con electrodo de tungsteno bajo protección gaseosa (GTAW) también denominada corrientemente por medio de la sigla TIG NOTA: Las siglas para identicar los procesos indicadas entre paréntesis,
corresponden a la simbología de la Sociedad Americana de soldadura, AWS (American Welding Society).
F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
También pertenecen a este grupo los procesos de soldadura: Por impacto de haz de electrones (electron beam) Soldadura láser Existen también procesos de soldadura por fusión que obtienen el calor necesario a partir de reacciones químicas tales como: Combustión de gases (soldadura oxiacetilénica, soldadura oxídrica, soldadura oxigas)
Energía térmica de la soldadura |
Al describir el fundamento de los procesos por fusión señalamos que el acercamiento de las supercies
a soldar, a distancia de orden interatómico, se logra mediante el aporte de calor altamente localizado hasta alcanzar la fusión de los bordes a unir y del metal de aporte, si lo hubiera. Al decir bordes a unir, nos referimos a la fusión de un espesor mínimo, cuyo valor ideal sería el que corresponda a la distancia entre átomos.
Aluminotermia
En la práctica sabemos que esa distancia ideal se supera holgadamente y concecuentemente se produce la fusión de espesores considerables. En lo
Soldadura por resistencia
que se reere a soldadura por arco manual, debido
En estos procesos el calor suministrado proviene del pasaje de una corriente a través de la interfase creada por las supercies a unir que con motivo de
las imperfecciones y recubrimientos de óxidos poseen alta resistividad. Como consecuencia del calor generado los bordes alcanzan temperaturas muy cercanas a la de fusión o inclusive se produce la fusión de un pequeño volumen de metal. Al alcanzarse el estado mencionado se aplica presión para obtener el acercamiento a distancia interatómica requerido para la soldadura. Esta presión expulsa los óxidos y el exceso de metal fundido.
Tabla 1 | Clasicación de los procesos de soldadura
a la limitada penetración de este proceso, cuando se deben soldar piezas de espesores que superan unos pocos milímetros se hace necesario abrir un bisel, en los bordes de las mismas que permita el acceso del arco hasta asegurar una adecuada penetración a través del espesor remanente. Esto implica una posterior tarea de relleno de los chaanes o biseles abiertos, lo que a su vez signica hacer entrar en
fusión considerabes volúmenes provenientes del metal base y del metal de aporte. Cuando se emplea el proceso de soldadura por arco sumergido en el que es posible obtener penetración a gran profundidad, la necesidad de biseles con áreas importantes se observa en buena parte disminuída pero de igual manera el volumen del metal base fundido sigue siendo considerable. Designado con “a” el ancho de la zona fundida y con “t” la profundidad de la soldadura podemos decir que la junta óptima será aquella en que el cociente a/t se hace muy pequeño, gura 1.
En fase sólida
En fase sólido líquida
En fase líquida
Por resistencia
Forja Fricción o rozamiento Colaminación en frío Explosión Colaminación en caliente
Difusión Brazing
Electrodo revestido (SMAW) Arco sumergido (SAW) MIG-MAG (GMAW) TIG (GTAW) Plasma (PAW)
Punto Costura continua Proyección A tope Flash o soldadura con destellos
Electroescoria (ESW)
Percusión o recalcado
Ultrasonido
F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Haz electrónico Láser Oxigas Aluminotermia 7
y 85%. Este rendimiento es bajo para el proceso de soldadura TIG, alcanzando los mayores valores para la soldadura por arco sumergido y los procesos de soldadura GMAW y FCAW. De manera que el calor que realmente llega a la pieza, o calor aportado neto (Hnet) podrá expresarse afectando por un coeciente f 1 a la expresión de H. Resultará entonces:
Figura 1 | Relación Ancho/Profundidad (a/t) en la unión soldada
Los modernos procesos de soldadura por plasma, rayo láser y por impacto de electrones constituyen importantes adelantos en este sentido. Este efecto se consigue al disponerse de una mayor densidad de energía calórica, en otros términos, cuanto mayor sea la cantidad de energía por unidad de supercie calentada tanto menor será
el cociente a/t. Haciendo particular referencia a la soldadura por arco, hemos visto que en este proceso se emplea un arco voltaico para aplicar calor en una zona altamente localizada y producir la fusión de una pequeña zona de las piezas coincidentes con el arco y el extremo del electrodo. La energía, aporte térmico o calor aportado [1-6 ] por una soldadura de arco eléctrico queda determinada por la expresión:
Hnet f 1 V I 60 v
Siendo f 1, rendimiento de la transferencia de calor de la fuente de energía. Desde el punto de vista económico, así como metalúrgico y mecánico la condición tenderá a la ideal cuando se logra la fusión requerida con el mínimo aporte de calor lo que a su vez será posible cuanto más alto sea el valor de la intensidad de la fuente (medida por el cociente de la energía aportada sobre la sección calentada). En virtud de la conductividad térmica de los metales, el calor aportado para lograr la fusión se disipa por conducción hacia las zonas adyacentes, las que alcanzarán, según su ubicación respecto de la zona fundida , temperaturas que van desde la fusión hasta la inicial de las piezas antes de soldar. El cociente entre el calor de fusión y el calor total aportado se dene como f 2: rendimiento de la fusión del proceso.
H V I 60 v
Siendo: H, cantidad de energía liberada por centímetro de soldadura, (calor aportado) expresada en Joule/cm (J/cm ó KJ/cm) V, tensión de arco expresada en volts (V) I, corriente del arco expresada en amperes (A) , velocidad de avance de la soldadura, expresada en cm/min
v
De esta energía liberada sólo una parte se utiliza para efectuar la soldadura, consumiéndose el resto en pérdidas por conducción, convección, radiación de la columna del arco y por salpicaduras. El rendimiento del arco, denido como el cociente
entre la energía empleada en la soldadura y la energía liberada, varía para los diferentes procesos entre 20 8
El arco eléctrico utilizado en soldadura |
Haciendo particular referencia a la soldadura por arco hemos visto que en estos procesos se hace uso del arco voltaico (de características especiales) para aplicar calor en forma altamente localizada, de forma de conseguir la fusión simultánea de pequeñas zonas enfrentadas de las piezas y del metal de aporte si lo hubiera. La zona de fusión en la pieza avanza en coincidencia con el avance del arco a la velocidad de soldadura, al mismo tiempo se produce el enfriamiento y solidicación de la zona inmediatamente por detrás. El arco voltaico de soldadura puede ser denido
como una “descarga sostenida de energía eléctrica a F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
través de un plasma y a baja diferencia de potencial”. Un gas en estado ionizado se denomina plasma y se
considera como un estado de la materia [1-7]. La cantidad de energía necesaria para ionizar los átomos dependerá del gas de que se trate y por lo tanto el calor puesto en juego variará al variar dicho gas. Las disociaciones moleculares comienzan a temperaturas del orden de los 1000 ºC y las ionización de orden atómico alrededor de los 3500 ºC. Es decir, si la temperatura es suciente, un gas puede
encontrarse con parte de sus moléculas disociadas en átomos y parte de sus moléculas disociadas en iones (con carga positiva y los electrones con carga negativa). El plasma es un estado capaz de conducir corriente (los gases en estado molecular no son conductores), permitiendo así cerrar un circuito eléctrico entre dos conductores metálicos (electrodos), generando un arco eléctrico. Es decir que las partículas ionizadas se trasladarán, atraídas por el polo de signo opuesto, al establecer una diferencia de potencial o tensión entre los mencionados electrodos.
o en soldadura eléctrica, entre el electrodo y la pieza a soldar, puede ser dividido en tres zonas de generación de calor: el ánodo, el cátodo y el plasma. El arco de soldadura se caracteriza por una alta intensidad de corriente y baja tensión (50-300 A y 20-25 V para soldadura manual) que requiere una elevada concentración de electrones para el transporte de la corriente eléctrica. La cantidad de energía disipada por el arco eléctrico es relativamente baja si se compara con otras fuentes de calor utilizadas en soldadura. La ventaja del
La gura 2 muestra un esquema del arco eléctrico.
Las cargas de signo contrario se mueven en sentido opuesto: los electrones hacia el ánodo (polo positivo) y los iones positivos hacia el cátodo (polo negativo).
Figura 3 |
Mapa isotérmico del arco eléctrico en grados Kelvin (ºK)
El espacio comprendido entre los dos electrodos,
1 2 3 4 5
Electrodo consumible Gota de metal fundido Columna plasma Pileta líquida Metal base
Lc La Lk da dk
Largo columna plasma Largo ánodo Largo cátodo diámetro ánodo diámetro cátodo
Figura 2 |
Esquema del arco eléctrico y columna plasma [10] F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
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arco eléctrico es la gran concentración de calor y el alto rendimiento de energía disipada, que se consume en la fusión del electrodo y los bordes de la pieza a soldar. El calor generado en el ánodo y el cátodo es producido por la colisión electrónica e iónica respectivamente. La columna central del plasma es la parte más caliente, donde los átomos, iones y electrones se encuentran en un movimiento acelerado y en constante colisión. La zona que rodea a la columna central del plasma es la parte más fría y consiste en moléculas recombinadas de gas. La gura 3 muestra el mapa isotérmico de un
arco voltaico. Existe una gran diferencia entre el calor generado en el ánodo y el generado en el cátodo, lo que determina muchas veces el modo de uso del arco. Por ejemplo en soldaduras TIG con argón como gas protector, el electrodo de tungsteno como cátodo (negativo) puede usar alrededor de diez veces más corriente, sin fundirse, que cuando se usa como ánodo, ya que genera mucho más calor que el cátodo en este caso. Esto se debe a que el estado de ionización es bajo y el gran bombardeo de electrones sobre el ánodo es el que provoca el aumento relativo de temperatura de éste frente al cátodo. En general es mayor la cantidad de calor que se localiza en el baño de fusión cuando se utilizan electrodos consumibles, que cuando se emplean los no-consumibles; de esta manera se obtiene una gran eciencia térmica y una zona afectada por el
calor (ZAC) más estrecha en el metal base. Además del tipo de gas que conforma al plasma gaseoso, incidirán en el calor aportado sobre la pieza las variables o parámetros de soldaduras que son jados
en el momento de iniciar el trabajo, de acuerdo con las características del mismo. En relación a como se manejan dichos parámetros (intensidad de corriente, tensión de arco y la velocidad de avance), se estará frente a uno de los siguientes procesos: Manual: intensidad, tensión y velocidad de avance son gobernados, dentro de ciertos límites por el soldador. Proceso típico: soldadura con electrodo revestido (SMAW). Semiautomático: intensidad y tensión son parámetros inamovibles. Ante cualquier variación de éstos por causa del soldador la fuente de poder 10
automáticamente anula dicha variación, restituyendo los parámetros originales. La velocidad de avance depende del soldador. Proceso típico: soldadura semiautomática GMAW (MIG-MAG) y FCAW (alambres tubulares) Automático: los tres parámetros se jan de antemano. El
soldador no puede incidir sobre ellos mientras suelda Proceso típico: soldadura por arco sumergido SAW Protección del metal fundido |
El metal fundido por el arco eléctrico es susceptible a la incorporación de elementos del aire, que resultan nocivos, desde un punto de vista metalúrgico, para el cordón de soldadura. Dichos elementos son: oxígeno (oxida al metal a alta temperatura), nitrógeno (forma nitruros de gran dureza y fragilización en frío en ciertos casos), hidrógeno (tiende a fragilizar el metal base). Esto hace necesario proteger la zona de inuencia
del arco por medio de un gas que elimine el aire de dicha zona. Dicho gas puede estar generado por la descomposición de elementos sólidos (por ejemplo: revestimiento del electrodo) o por la inyección de un gas de determinadas características que circunde la zona de fusión. Los distintos métodos de proteger el metal fundido y las distintas formas de gobernar los parámetros de soldadura dan origen a los distintos procesos de soldadura eléctrica. Soldadura manual con electrodo revestido (SMAW) | En la gura 4 se ilustra un circuito elemental de
soldadura manual. La fuente de corriente alterna (CA) o continua(CC) provista de los controles necesarios se conecta por un cable con una pinza de masa a la pieza y por el otro a la pinza portaelectrodos, en contacto con el electrodo o consumible. Cuando éste hace contacto sobre la pieza y luego se retira una mínima distancia, se establecerá un arco eléctrico, quedando cerrado el circuito. El arco produce una temperatura superior a la necesaria para fundir la mayoría de los metales. El calor producido funde el metal base en la vecindad del arco y el metal de aporte, que en este caso sería el mismo electrodo. F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
De esta manera se establece un baño de fusión o
Soldadura TIG (GTAW) |
pileta líquida, que va solidicando a medida que el
El calor necesario para la fusión es producido por un arco eléctrico intenso, establecido entre un electrodo de tungsteno virtualmente no consumible y el metal a ser soldado. El electrodo, la zona fundida, el arco y las zonas adyacentes se protegen de la contaminación ambiental con un gas inerte (argón o helio).
electrodo se mueve a lo largo de la junta. En la soldadura manual la corriente de soldadura quedará jada aproximadamente por el diámetro del
electrodo y la tensión de trabajo por el largo del arco y por el tipo de revestimiento. La energía aplicada podrá modicarse de manera
restringida mediante la variación de la velocidad de avance. Una reducida velocidad de avance (cordones
anchos) provoca un mayor calentamiento local de la pieza (que en muchos casos puede ser benecioso
desde el punto de vista metalúrgico), en cambio una mayor velocidad de avance se traducirá en un menor aporte de energía y de calentamiento zonal (que en otros casos podrá ser indispensable ya sea desde el punto de vista metalúrgico o bien para disminuir deformaciones). Variaciones involuntarias en el largo del arco (distancia electrodo-metal base) también implicarán variaciones en el calor aportado.
El equipo utilizado consiste en una torcha portaelectrodo, equipada con conductos para el pasaje del gas protector y una tobera para dirigir dicho gas alrededor del arco. La torcha es alimentada de corriente por una fuente de poder de corriente continua o de alterna y puede además, estar refrigerada por agua lo que aumenta la capacidad de conducción de dicha corriente. El argón es el gas utilizado en la mayoría de aplicaciones. Se provee en tubos, en estado gaseoso y comprimido a unos 150 Kg/cm2. Es un gas pesado, inerte monoatómico, se obtiene de la atmósfera por destilación fraccionada del aire y debe ser de una pureza de 99,95% como mínimo. El gas protege adecuadamente la supercie
superior del metal base pero no da protección a la cara
inferior. Especialmente en espesores nos, la cara inferior se calienta lo suciente para oxidarse y producir
un cordón de penetración rugosa y oxidada. Para evitarlo hay que proteger la cara inferior ya sea con el mismo gas inerte (respaldo gaseoso) o apoyando sobre ella un respaldo metálico que impida el acceso del aire. Dicho respaldo puede ser de cobre, removible luego de efectuada la soldadura, o del mismo metal a soldar, que se funde incorporándose al cordón de soldadura. El electrodo utilizado es de tungsteno que, por su temperatura de fusión elevada (3400 ºC) y por ser excelente emisor electrónico, reune las condiciones favorables: vida útil, estabilidad y encendido del arco, capacidad de conducir corriente. El electrodo puede ser de tungsteno puro o aleado, por ejemplo con óxido de torio o zirconio. La aleación le aumenta la vida útil y su capacidad de conducir corriente.
Figura 4 |
Proceso manual con electrodo revestido (SMAW) F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
De ser necesario material de aporte para conformar el cordón éste se aplica con una varilla, de composición química similar al metal a soldar, que se sostiene por un extremo y se hace fundir dentro de la pileta líquida, de igual forma que en soldadura 11
oxiacetilénica. La necesidad de metal de aporte depende del espesor del material a soldar, del tipo de junta y de factores metalúrgicos.
El equipo utilizado en soldadura MIG-MAG o GMAW, tal como se muestra en la gura 6, requiere
de un mayor número de elementos que los dos procesos precedentes, según el siguiente detalle: Una fuente de energía eléctrica de corriente
continua, de tensión constante.
Un devanador que alimente el alambre en forma
continua. Consta de un mecanismo de tracción, compuesto por uno o dos pares de rodillos comandados por un motor eléctrico y una caja conductora. Una torcha en forma de pistola, que recibe alambre a través de un manguera exible. En el extremo
inferior posee un tubo de contacto, donde el alambre es energizado con la corriente de soldadura proveniente de la fuente. Rodeando el tubo de contacto, una tobera de cobre encauza y dirige el gas protector. Un contactor
permite gobernar la salida del alambre y el gas. Tubo de gas, con reductor de presión, precalentador (en caso de usar CO2) y medidor de caudal.
Figura 5 |
Proceso TIG o GTAW
Las piezas de poco espesor usualmente son
soldadas sin metal de aporte. En la gura 5 se
esquematiza la soldadura TIG. Soldadura MIG-MAG (GMAW) |
El arco eléctrico se genera entre un alambre desnudo alimentado en forma continua y la pieza a soldar. La protección del arco se efectúa por medio de un gas que puede ser inerte (argón o helio) o activo(dióxido de carbono, CO 2).
Al fundir el alambre se aporta al baño de fusión, por lo tanto debe tener una composición química tal que permita obtener las propiedades deseadas del cordón de soldadura y proveer, además, elementos desoxidantes que garanticen la calidad de dicho cordón. El CO 2, utilizado para soldar acero al carbono, debe cumplir con los siguientes requisitos: Pureza mínima: 99,7% Hidrógeno y nitrógeno máximo: 0,15% Punto de rocío: -35ºC 12
Figura 6 |
Proceso MAG-MIG o GMAW F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Utilizando el mismo tipo de equipamiento y
principio de funcionamiento se ha desarrollado de manera importante una variante a la soldadura MIGMAG: el proceso de soldadura semiautomática con alambre tubular (FCAW). El alambre tubular consiste en un tubo metálico que es rellenado con un fundente (ux) o polvo metálico. Muchos alambres tubulares son utilizados con protección gaseosa del tipo activa, tanto con dióxido de carbono puro como mezcla de argón con 15 a 20 % de CO2. También puede utilizarse un alambre con un relleno que permita generar una adecuada protección de la pileta líquida respecto de la atmósfera, en este caso el alambre o la variante del proceso FCAW se denomina autoprotegido o de arco abierto.
completos en soldar una junta, comparado con los demás procesos de soldadura eléctrica.
Soldadura por arco sumergido (SAW) |
El arco eléctrico se genera entre un alambre desnudo, alimentado en forma continua y la pieza a soldar. La protección del arco se efectúa por medio de un fundente o ux granulado que se alimenta a través
de una tolva y que cubre totalmente el arco haciendo
innecesaria la protección de la vista. Dicho ux se
funde por el calor del arco, formando una protección eciente, proveyendo de elementos desoxidantes y
eventualmente elementos de aleación al baño metálico. Tanto el alambre como el fundente deben tener una composición química adecuada para que, en combinación, conformen un cordón de soldadura que cumpla con los requisitos exigidos. El equipo necesario es complejo, requiriéndose los siguientes elementos:
Una fuente de energía eléctrica de corriente
continua y tensión constante o de corriente alterna. Un devanador que alimente el alambre en forma
continua por medio de un mecanismo de tracción similar al utilizado en MIG-MAG. Una tolva que alimente el fundente Un mecanismo de traslación que desplace con
velocidad regulable, alambre y fundente en forma automática a lo largo de la junta a soldar. La automatización del proceso permite trabajar con altas intensidades de corriente (hasta 1200 A) lo cual disminuye considerablemente los tiempos
Figura 7 |
Proceso de arco sumergido SAW F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
13
Una clasicación muy útilizada para evaluar
Aceros estructurales |
El acero es una aleación relativamente compleja y los aceros comerciales disponibles no son aleaciones binarias de hierro y carbono, dado que contienen otros elementos secundarios presentes debido a los procesos de fabricación [8-12]. En estas condiciones será necesario considerar dos tipos fundamentales de aceros: Aceros al carbono: es la aleación hierro-carbono conteniendo generalmente 0,008 % hasta aproximadamente 2 % de carbono, además de ciertos elementos residuales resultantes de los procesos de fabricación.
la soldabilidad de los aceros al carbono y de baja aleación, basada en la composición química o procesamiento es la siguiente: Aceros de bajo carbono. Aceros de alto carbono. Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA). Aceros templados y revenidos (HSQT) Aceros de baja aleación tratables térmicamente (HTLA). Aceros de procesos termo mecánicamente controlados (TMCP). Aceros al cromo-molibdeno.
Aceros aleados: es el acero al carbono que contiene otros elementos de aleación o presenta los elementos residuales en contenidos por encima de los que son considerado normales. Los aceros al carbono y de baja aleación presentan una variedad amplia de composición y propiedades mecánicas que permiten cubrir un gran campo de
aplicaciones estructurales. Las clasicaciones pueden
estar vinculadas con: formas de suministro, propiedades mecánicas, composición química, microestructura, usos o aplicaciones, etc., y pueden estar superpuestas en composición química. La tabla 2 resume los distintos efectos de los elementos más comunes de composición del acero.
Figura 8 |
Zonas de la unión soldada [10]
Tabla 2 |
Efectos de los distintos elementos de composición del acero. Elementos de composición Aleantes
Microaleantes
Formadores de carburos
Impurezas
Controladores de la forma
Gases
Carbono Manganeso Silicio Cobre Molibdeno Níquel Cromo Tungsteno Vanadio
Aluminio Vanadio Niobio Titanio Boro
Molibdeno Cromo Vanadio Niobio Titanio Tungsteno
Azufre Fósforo Plomo Arsénico Antimonio Calcio Zirconio Tierras raras
Silicato de calcio Nitrógeno Tierras raras Oxígeno (cerio, lantanio)
Inclusiones no metálicas
Óxidos Sulfuros
Efectos generales
14
Endurecimiento Endurecimiento Endurecimiento por solución por precipitación Pueden reducir
Efectos varios Pueden reducir
sólida
la tenacidad
y renamiento
de grano
la ductilidad
y tenacidad
Mejora la tenacidad
Efectos varios Deterioro de Pueden reducir propiedades: la tenacidad
Tenacidad
y ductilidad
F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Regiones de la unión soldada: metal de soldadura y zona afectada por el calor
La unión soldada se divide en dos regiones: el metal de soldadura (MS) y la zona afectada por el calor (ZAC) en el material base (MB), tal como se esquematiza en la gura 8.
El metal de soldadura es la región que corresponde a la pileta líquida de la soldadura o la que alcanza la fusión completa. Desde el punto de vista metalúrgico en esta región ocurre un proceso de solidicación de relativa complejidad
con la presencia de una microestructura primaria de granos columnares cuya morfología dependerá del modo de solidicación. A partir de la estructura
primaria y como consecuencia de las subsiguientes transformaciones de estado sólido aparece una microestructura secundaria que conere buena parte
de las propiedades mecánicas del metal de soldadura y consecuentemente de la unión soldada. El metal de soldadura por su parte es resultado de un proceso de dilución entre el material o metal de aporte y el metal base [13]. En el acero al carbono o carbonomanganeso, particularmente de composición hipoeutectoide, el metal de soldadura presenta una microestructura secundaria de ferrita o ferrita y perlita. Dependiendo del tipo de morfología de la ferrita resultante serán sus propiedades mecánicas, particularmente la relación entre resistencia y tenacidad. En general un alto contenido de ferrita del tipo acicular resulta en un metal de soldadura con un buen nivel de tenacidad. Es necesario señalar que en pasadas múltiples se produce un efecto de
Por su parte la ZAC es una región del metal base adyacente a la línea de fusión cuyo tamaño dependerá del aporte térmico de la soldadura. En la ZAC se producen transformaciones metalúrgicas de estado sólido, similares a las que ocurren en los tratamientos térmicos. La ZAC se puede subdividir en zonas diferenciadas desde el punto de vista microestructural en función del tipo de transformación que se produce en el acero. La zona adyacente a la línea de fusión está caracterizada por una microestructura de granos gruesos donde se alcanza una temperatura por encima del punto crítico superior del acero (Ac3) produciendo austenitización con crecimiento de grano. El efecto del grano grueso deteriora la tenacidad haciendo que la ZAC, en esa región, sea más susceptible a la propagación de una sura. Además, dependiendo del aporte térmico,
la velocidad de enfriamiento y la composición del acero pueden originarse, por transformación, fases duras o frágiles sensibles a la aparición de suras. A la región de grano grueso le sigue una
región de transformación de fase que determina una microestructura de grano no, en general, de buenas
propiedades mecánicas. Finalmente tiene lugar una región subcrítica con transformaciones parciales, similares a las del recocido subcrítico de un acero, cuyo límite es la aparición de material base no afectado. La gura 9 muestra un esquema de la ZAC en la soldadura de una sola pasada [14] y la gura 10
para soldadura multipasada. Esta última permite un revenido tanto del metal de soldadura como de la ZAC, renando la microestructura y mejorando las
propiedades mecánicas de la misma.
renamiento de la microestructura de la pasada o
el cordón como consecuencia de un calentamiento por encima de la temperatura de transformación, por la acción de la pasada siguiente. Este efecto de tratamiento térmico produce una recristalización con renamiento de grano, mejorando notablemente la
tenacidad del metal de soldadura [3]. El metal de soldadura tiene una composición resultante que es consecuencia del aporte de metal base fundido en los bordes de la junta y el metal de aporte propiamente dicho. En consecuencia el MS es producto de la dilución entre ambos materiales; esta última se dene en % como una relación, en la
sección de la junta, entre el área de metal diferente al de aporte y el área total de la sección de la junta. F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Soldabilidad
La soldabilidad puede denirse como la mayor
o menor facilidad que presenta un metal para ser soldado; permitiendo la obtención de soldaduras sanas, homogéneas, que respondan a las necesidades para las que fueron realizadas, incluyendo los requisitos de fabricación. Por su parte la denición establecida por el
Instituto Internacional de Soldadura (International Institute of Welding, IIW) dice que: “un material metálico es considerado soldable, en un grado dado, para un proceso y para una aplicación especíca,
cuando una continuidad metálica puede ser obtenida 15
mediante el uso de un proceso adecuado, tal que la junta cumpla completamente con los requerimientos
especicados tanto en las propiedades locales como en su inuencia en la construcción de la cuál forma parte”.
En el caso particular de la soldadura de aceros también
la soldabilidad puede ser denida, simplemente, como
la mayor o menor facilidad que presentan los aceros para ser unidos mediante soldadura. De esta forma podemos decir que la soldadabilidad de un acero depende en gran medida de su composición química, tanto por el contenido de carbono como de otros elementos de composición que actúan de manera análoga. Cuanto mayor sea el porcentaje en peso de carbono y otros elementos de composición mayor será la tendencia al aumento de templabilidad del acero y consecuentemente menor su soldabilidad. La templabilidad indica la tendencia a la formación de microestructuras de temple, martensíta, cuya
ZAC CG (CGHAZ): Región de grano grueso o de crecimiento de grano ZAC GF (FGHAZ): Región de grano no o de recistalización ZAC IC (ICHAZ): Región intercrítica o parcialmente transformada ZAC SC (SCHAZ): Región subcrítica o de recocido subcrítico
Figura 9 | Regiones de la ZAC en la soldadura de una sola pasada,
entre paréntesis las siglas correspondientes a la nomenclatura en inglés [10]
susceptibilidad a la suración bajo determinadas
condiciones de soldadura es muy importante. En los aceros las características de temple se evalúan a través de las curvas denominadas temperaturatiempo- transformación (TTT) [3,8], gura 11, que
permiten medir la proporción de la transformación a temperatura constante (curvas isotérmicas). En soldadura para evaluar las transformaciones del acero, en relación con las características de soldabilidad que posea, se aplican curvas de enfriamiento continuo (CCT) [15], gura 12. Dichas
curvas miden la proporción de la transformación en función del tiempo para una disminución continua de la temperatura. En las técnicas de tratamientos térmicos las curvas CCT son normalmente utilizadas para analizar las transformaciones en el acero que permitan establecer un camino para relacionar proceso con microestructura y propiedades mecánicas resultantes. Considerando que en las uniones soldadas se produce un proceso de enfriamiento relativamente rápido y continuo, de forma similar al tratamiento térmico del acero por aplicación de un medio de enfriamiento(agua, aceite, aire, sales, etc), se puede extender la aplicación de las curvas CCT para evaluar, en determinadas condiciones de soldadura y composición química del acero, la aparición de microestructuras con fases frágiles (martensita) o las denominadas zonas locales frágiles (ZLF o LBZ en nomenclatura inglesa)[16-17]. 16
ZAC CG IC(ICGHAZ ó IRCGHAZ): Región ZAC de grano grueso (1 a
pasada) recalentada intercríticamente (2a pasada) ZAC CG SC(SCGHAZ ó SRCGHAZ): Región ZAC de grano grueso (1 a
pasada) recalentada subcríticamente (2a pasada)
Figura 10 | Regiones de la ZAC en una soldadura multipasada, entre
paréntesis las siglas correspondientes a la nomenclatura en inglés [10] Una forma práctica de evaluar la soldabilidad
es por medio de un parámetro denominado carbono equivalente(CE), el cual se expresa en un número dado como % de peso, que vincula al carbono y otras elementos de aleación que inducen la templabilidad del acero. Se han desarrollado una gran cantidad de fórmulas de CE [18], pero las más utilizadas o tomadas como referencias son las siguientes: Fórmula IIW
CE C (Mn+Si) (Cr+Mo+V) (Ni+Cu) 6 5 15 Fórmula de Ito y Bessyo
P
cm
C Si Mn Cu Ni Cr Mo V 5B 30 20 20 60 20 15 10
F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Cuanto mayor sea el valor del CE (%) menor será la soldabilidad del acero y deberán tomarse medidas de precaución para la soldadura de manera de evitar el riesgo a la aparición de suras. Con valores de
CE (%), según la fórmula del IIW menores que 0,30 tendríamos una muy buena soldabilidad del acero para diferentes y variadas condiciones de soldadura.
de enfriamiento y temperatura. Una forma de visualizar este problema es
utilizando el denominado Diagrama de Graville [19]. El mismo permite una clasicación de los aceros en base a su soldabilidad asociada a problemas de suración
en frío, en función del porcentaje de carbono y de elementos de aleación medidos a través del carbono equivalente del IIW. El diagrama agrupa a los aceros de acuerdo al tipo de curva de templabilidad (Ensayo de Jominy). La gura 13 muestra el diagrama de
Graville en el cual se distinguen tres zonas: I; II y III. En la zona I los aceros tienen bajo carbono, consecuentemente aún bajo las condiciones más exigidas que puedan generarse durante la soldadura (elevado nivel de hidrógeno y alta restricción) no son muy susceptibles a suración. En la Zona II los
aceros tienen altos contenidos de carbono y bajos elementos de aleación. Las curvas de templabilidad indican un amplio rango de durezas, con lo cual para evitar microestructuras sensibles a la suración Figura 11 |
Diagrama esquemático temperatura/tiempo/transformación, curva TTT [10]
deberá considerarse una disminución de la velocidad de enfriamiento de la ZAC, a través de un control en el aporte térmico y empleo de precalentamiento al conjunto soldado. En la zona III los aceros poseen elevado carbono y elementos de aleación, lo que les conere un alto endurecimiento, por lo que la
soldadura produciría microestructuras susceptibles a suración bajo cualquier condición. Por lo tanto, para evitar la suración en frío asistida por hidrógeno
en los aceros ubicados en la zona III deberían emplearse procesos de soldadura y consumibles de bajo hidrógeno, precalentamiento y eventualmente tratamientos térmicos post-soldadura.
Figura 12 |
Diagrama de enfriamiento contínuo, curva CCT, correspondiente a un acero del tipo 1,25 Cr - 0,50 Mo La denición de soldabilidad en aceros se encuentra
íntimamente asociada con la integridad estructural de la unión soldada de un material en relación con el riesgo a suración en frío asistida por hidrógeno. Este tipo de sura implica la interacción de numerosas variables
tales como: proceso de soldadura, materiales de aporte y base, nivel de hidrógeno, tensiones, velocidades F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Figura 13 |
Diagrama de Graville 17
Determinación del precalentamiento en la soldadura de aceros estructurales
Un factor que controla la microestructura de la
ZAC, es su velocidad de enfriamiento, esta velocidad depende de los espesores del material base, la geometría de la unión, el calor aportado y la temperatura de precalentamiento. La velocidad de enfriamiento puede entonces ser usada, dentro de cierto rango, para prevenir la formación de microestructuras peligrosas en la ZAC. Tal como se ha establecido en párrafos anteriores, por efecto de la velocidad de enfriamiento pueden originarse en el acero estructuras metalúrgicas de elevada dureza por la transformación directa de austenita a martensita. Si calentamos el material, previamente a la soldadura, disminuimos el desnivel térmico desde la temperatura de fusión del acero, desplazando la curva de enfriamiento hacia la derecha del diagrama o curva TTT o, para el análisis de aceros bajo procesos de soldadura, la curva CCT. De este modo se favorecen las transformaciones metalúrgicas a estructuras más blandas que resultan menos frágiles y propensas a suración.
La temperatura de precalentamiento tiene como principal función disminuir la velocidad de enfriamiento de la soldadura. Es la mínima temperatura que debe ser alcanzada en todo el espesor y en una zona sucientemente ancha a ambos lados
de la junta del material base, antes que comience el proceso de soldadura y que normalmente debe mantenerse entre pasadas en caso de soldadura de pasadas múltiples. Se aplica localmente por resistencia eléctrica (mantas térmicas) o llama de gas y su medición se realiza, siempre que sea posible, en la cara opuesta a la que se está aplicando la fuente de calor por medio de termocuplas, lápices termo-indicadores, termómetros de contacto, etc. La temperatura de precalentamiento debe ser balanceada con el calor aportado durante la operación de soldadura de acuerdo al tipo de acero y en función de las propiedades requeridas para la junta. La temperatura de precalentamiento produce también un efecto importante en la velocidad de difusión del hidrógeno y previene la formación de martensita en aceros de alto carbono. Además tiene un efecto 18
secundario de reducir las tensiones residuales disminuyendo los gradientes térmicos asociados a la soldadura. El precalentamiento incluye la temperatura entre pasadas cuando se trata de soldadura en multipasadas. En general la temperatura de precalentamiento requerida en soldadura multipasadas es menor que para soldadura de simple pasada. En soldadura de multipasadas el calor de la segunda pasada disminuye la dureza de la ZAC que generó la primera pasada y acelera la migración de hidrógeno. Esto reduce notablemente la posibilidad de suración en frío en
aceros soldados. La pasada en caliente realizada inmediatamente después de la pasada de raíz, técnica habitual en la soldadura de cañerías en campo, es muy efectiva para prevenir la suración en frío, dado
que puede reducir la concentración de hidrógeno en aproximadamente un 30 a 40 % comparados con los casos de pasada de raíz solamente. Esta hace que la temperatura de precalentamiento necesaria se pueda disminuir entre 30 y 50 ºC aproximadamente. La pasada en caliente además, puede disminuir la dureza en la ZAC. Generalmente, en la práctica las temperaturas de precalentamiento pueden variar desde temperatura ambiente hasta los 450 ºC, en casos especícos puede ser aún mayor. Métodos predictivos para establecer la temperatura de precalentamiento
Existen numerosos métodos de carácter predictivo propuestos para determinar o estimar la necesidad de precalentar en la soldadura de aceros [20-22]. Estos métodos consideran algunos o todos los factores que inuyen en la suración en frío: composición
química del acero, difusión de hidrógeno, calor aportado, espesor del metal base, tensiones residuales en la soldadura y restricción de la junta. Sin embargo, hay una considerable diferencia en la valoración de la importancia de estos factores entre los distintos métodos. Por ejemplo, el efecto de la composición química diere de un método a otro en
la evaluación de la importancia de cada elemento de aleación y por lo tanto pueden considerar distintos carbonos equivalentes (CE). Alguno de los métodos más conocidos y aplicados para el cálculo de la temperatura de precalentamiento son los siguientes: F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Norma British Standard BS 5135 Nomograma de Coe Criterio de Duren Criterio de Ito y Bessyo Criterio de Suzuki y Yurioka Método de Seferian Método del Instituto Internacional de Soldadura ANSI/AWS D1.1, Código de Estructuras Soldadas en Acero Método de la Carta En el apéndice A de esta publicación se adjunta a modo de guía el nomograma de Coe, mientras que el apéndice B proporciona una tabla guía de orientación para temperaturas de precalentamiento en aceros clasicados según AISI-SAE. Ensayos de soldabilidad
El fenómeno de suración en frío es de tal
importancia práctica que se han desarrollado numerosos ensayos para estudiar la susceptibilidad de un material a la misma, permitiendo establecer una temperatura de precalentamiento adecuada que garantice una soldadura
probetas que serán ensayadas a diferentes temperaturas de precalentamiento para determinar cual será el valor mínimo de la misma que verique la no aparición de suras tanto
para la ZAC como para el metal de soldadura. En la gura 14 (a) podemos observar un esquema del
ensayo CTS donde se trabaja con un ángulo de 45° y bajo la restricción mecánica de un tornillo central y dos soldaduras laterales, previo a aplicar la soldadura de ensayo. Esta conguración impide la libre
dilatación generando tensiones, que en caso de no ser óptimas las condiciones de soldabilidad, provocarán suras que luego serán detectadas mediante métodos
visuales o ensayos no destructivos. Por su parte la gura 14 (b) muestra un ensayo similar pero con la
placa en posición vertical y parcialmente sumergida en un baño de agua, agregando condiciones térmicas desfavorables. La gura 15 muestra la probeta para ensayo
Tekken[25] donde la junta con bisel en Y inclinada provee una importante restricción; una vez aplicada la soldadura de ensayo se observa la presencia de suras por medio de ensayos no destructivos y exámenes metalográcos.
libre de suras [3, 8, 23, 24]. Es por ello que puede
recurrirse a un análisis experimental mediante ensayos de soldabilidad a n de establecer la temperatura de
precalentamiento y el aporte térmico más adecuados para evitar la aparición de suras y de esta forma
asegurar la integridad estructural de la unión soldada. Se han desarrollado diversos ensayos que permiten evaluar la soldabilidad y particularmente el riesgo a la suración en frío entre los que podemos mencionar:
Lehigh Tekken o JIS Slot WIC CTS TWI G-BOP Cruciforme
a
b
Figura 14 |
Esquema de probeta para ensayo CTS, (a) en ángulo a 45º y ( b) en baño de enfriamiento
Ranura circular
Los ensayos en todos los casos consisten en realizar soldaduras con las características, materiales y variables del proceso que se está analizando, pero bajo condiciones extremas de restricción física y térmica, que hacen propicia la aparición de suras
y otros defectos. Normalmente se utilizan varias F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Figura 15 |
Probeta para ensayo Tekken 19
La infuencia del hidrógeno
El riesgo a guración en frío en la soldadura de
Discontinuidades y defectos en las soldaduras |
los aceros depende de varios factores mutuamente relacionados, no obstante la cantidad de hidrógeno introducido durante el proceso de soldadura es de fundamental importancia. Las principales fuentes de contaminación con hidrógeno para la soldadura son: la atmósfera, humedad e hidrocarburos (aceites, grasas, pinturas)
A través de técnicas de inspección visual y ensayos no destructivos (END) es posible detectar, y en algunos casos medir, discontinuidades existentes
en la supercie del metal base, solventes, humedad
soldadura puede constituir por su naturaleza, tamaño y concentración un motivo de no aceptabilidad en si mismo, pudiendo ser un iniciador de fallas en servicio. En general los códigos y reglamentos constructivos establecen criterios de aceptación y rechazo para la evaluación de las discontinuidades y defectos en las soldaduras; en la tabla 3 podemos observar una síntesis de las discontinuidades más comunes de encontrar en uniones soldadas,
en el revestimiento del electrodo, humedad en el fundente o ux, etc.
Los procesos y consumibles de soldadura pueden ser clasicados en relación con su contenido de
hidrógeno en: de muy bajo, bajo, medio y alto nivel. Dependiendo de la cantidad de hidrógeno introducido en el metal de soldadura, en ml por cada 100 g de metal depositado, se establecen los siguientes niveles: Muy bajo, menor que 5 ml /100 g. Bajo, entre 5 y 10 ml /100 g. Medio, entre 10 y 15 ml /100 g. Alto, mayor que 15 ml /100 g. También aparece otro nivel denominado de extra bajo hidrógeno con valores menores que 3 ml /100 g. La gura 16 muestra las distribuciones estadísticas
típicas del contenido de hidrógeno en el metal depositado para distintos procesos de soldaduras.
en las uniones soldadas. Una “discontinuidad” es
una interrupción estructural que dependiendo del riesgo que signique para el objetivo de la pieza soldada se considera “defecto”. Un defecto en una
clasicados según su origen [1, 26]. Las discontinuidades también se pueden clasicar
por su forma: Las de tipo plano o bidimensional, que son particularmente graves porque crean concentración de tensiones; ejemplos de este tipo son: las suras, falta de penetración, falta de fusión.
Las discontinuidades volumétricas o tridimensionales, como poros e inclusiones, son menos concentradoras pero pueden afectar seriamente el área o sección resistente de las uniones soldadas. Las características a tener en cuenta en una discontinuidad serán: tamaño, agudeza, orientación y localización relativa a la soldadura. Selección y clasificación de materiales de aporte |
La selección del material de aporte para una determinada unión soldada se basa fundamentalmente en dos criterios: la igualación de la resistencia con el material base o igualación de resistencia y similitud de composición química. La igualación de resistencia es frecuentemente aplicada en la soldadura de aceros estructurales en general, mientras que la igualación por resistencia y composición química se aplica en aceros que contienen elementos característicos de aleación Figura 16 |
Distribución estadística del contenido de hidrógeno para diferentes consumibles y procesos [11] 20
para conferir propiedades especícas relacionadas
con el comportamiento en servicio. Este es el F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
caso de los aceros destinados a aplicaciones tales como: altas temperaturas, bajas temperaturas o régimen criogénico, resistencia a la corrosión (aceros inoxidables), etc.
resistencia.
En algunos casos se puede presentar una variante a los criterios de selección mencionados en los párrafos de arriba, es la utilización de un material de aporte con una resistencia menor al material base. Dicha
soldadura de un acero al carbono o de otro tipo con un acero inoxidable.
alternativa es denida cuando se busca que la soldadura
actúe como fusible o cuando la resistencia de los materiales base excede el nivel de resistencia admisible y se dene un material de aporte ajustado a la necesidad
de resistencia estructural, privilegiando un buen nivel de ductilidad y tenacidad en el metal de soldadura. Otro caso particular lo constituyen las uniones soldadas de materiales disímiles, como es el caso de la soldadura de dos aceros de diferentes niveles de resistencia a la tracción o la soldadura de un acero inoxidable con un acero al carbono. Por ejemplo: el caso de dos aceros estructurales del mismo tipo pero de diferente resistencia mecánica requiere la selección de un material de aporte para la unión soldada que iguale al acero de menor
Otros casos de uniones disímiles requerirán un análisis menos sencillo que el ejemplo dado para poder denir adecuadamente el aporte, como es el caso de la
Una vez defnido el material de aporte, será especifcado en un procedimiento de soldadura o para una solicitud de compra de acuerdo con la clasifcación de las normas para materiales de aporte en soldadura por arco. Existen normas para aportes de soldadura con origen en diferentes países, tales como:AWS (USA), DIN, (Alemania) AFNOR (Francia), IRAM (Argentina), GOST (Rusia), JIS (Japón), entre otras e internacionales como Euronorm o ISO. La clasicación de los materiales de aporte se realiza
por proceso de soldadura; las normas de materiales de aporte de uso muy extendido internacionalmente son las correspondientes a la Sociedad Americana de Soldadura, AWS (American Welding Society). La tabla 4 brinda una guía básica de orientación para la selección de materiales de aporte para algunos aceros estructurales, tanto al carbono como aleados. [26]
Tabla 3 |
Discontinuidades en uniones soldadas. Discontinuidades
Referidas al diseño
Cambio de sección
Originadas en el procedimiento y/o en el proceso de soldadura
Originadas en relación con el comportamiento metalúrgico de las uniones soldadas y el proceso de soldadura
Fisuras
Porosidad
Localizada Uniforme
Concentradores de tensiones Desalineado Socavado Concavidad / convexidad Falta de penetración Falta de fusión Solapado Quemado Contracción Inclusiones Películas de óxidos Cráteres En caliente En frio De recalentamiento Desgarramiento laminar
Producidas o propagadas en servicio
F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Fisuras
Vermicular Fatiga Crecimiento estable dúctil Corrosión Creep Fragilización por revenido 21
Tabla 4 |
Guía de selección básica de procesos y aportes para aceros estructurales ASTM Acero
ASTM A36 ASTM A53 ASTM A106 ASTM A131 ASTM A139 ASTM A381 ASTM A500 ASTM A501 ASTM A516 ASTM A524 ASTM A529 ASTM A570
Límite de Fluencia mínimo (MPa)
Resist. a la Tracción (MPa)
Grado 30 Grado 33
250 250 240 235 241 240 228 290 250 205 220 240 205 290 205 230
400-550 415 min 415 min 400-490 414 min 415 min 310 min 400 min 400 min 380-515 415-550 415-586 380-550 415-586 340 min 360 min
Grado 36
250
365 min
Grado B Grado B Grado A, B, CS, D, DS, E Grado B Grado Y35 Grado A Grado B Grado 55 Grado 60 Grado I Grado II
Grado 40
Grado 45
ASTM A573 ASTM A709 API 5L ABS ASTM A131 ASTM A441 ASTM A516 ASTM A537 ASTM A572 ASTM A572 ASTM A588 ASTM A595 ASTM A6065 ASTM A607 ASTM A618 ASTM A633
ASTM A709 ASTM A710 ASTM A808 ASTM A913 API 2H API 2W API 2Y API 5L ABS 22
275
310
Grado 45 Grado 50
470-585 490-620 415-485 450-585 485-620 450-620 415 min 450 min 485 min 450 min 480 min 450 min 410 min 450 min
Grado 55
380
480 min
Grado A
290
E70XX-X
SAW AWS A5.17
F6XX-EXXX, F6XX-ECXXX F7XX-EXXX, F7XX-ECXXX AWS-A5.23
F7XX-EXX-XX, F7XX-ECXXX-XX GMAW y GTAW
AWS A5.18 ER70S-X
ER70S-XXX, E70C-XXX
315 350 275-345 240 260 310-345 290 345 345 380 415 310-340 310 345
Grados C, D (< 65 mm) Grado 50 Grado 50W Grado A, Clase 2 . (2-1/2 in y por debajo) Grado 50 Grado 42 Grado 50 Grado 42 Grado 50 Grado 50T Grado 42 Grado 50 Grado 50T Grado X52 Grado AH32, DH32, EH32 Grado AH36, DH36, EH36
AWS A5.5
415 min
Grado AH32, DH32, EH32 Grado AH36, DH36, EH36
315-345
E60XX E70XX
AWS A5.28
345 240 220 250 240 290
Grado Ib, II, III
SMAW AWS A5.1
380 min
Grado 50 Grado 65 Grado 58 Grado 36 Grado B Grado X42 Grado A, B, CS, D, DS Grado E
Grado 65 Grado 70 Clase 1 Grado 42 Grado 50 (< 100 mm) Grado A Grados B y C
Especifcación de proceso y material de aporte según AWS
450 min 450-530 400-490 400-550 415 415 400-490 400-490
450 min
430-570
345
485-620
345 345 380 290 345 290 345 290-462 345-517 345-551 290-462 345-517 345-552 360 315 350
450 min 485 min 450 min 415 min 450 min 550-430 485 min 427 min 448 min 483 min 427 min 448 min 483 min 455-495 490-620 490-620
FCAW AWS A5.20
E6XT-X, E6XT-XM E7XT-X, E7XT-XM
AWS A5.29
E7XTX-X, E7XTX-XM
SMAW AWS A5.1
E7015, E7016 E7018, E7028
AWS A5.5
E7015-X, E7016-X E7018-X
SAW AWS A5.17
F7XX-EXXX, F7XX-ECXXX AWS-A5.23
F7XX-EXX-XX, F7XX-ECXXX-XX GMAW y GTAW AWS A5.18 ER70S-X, E70C-XC AWS A5.28 ER70S-XXX, E70C-XXX FCAW AWS A5.20
E7XT-X, E7XT-XM
AWS A5.29
E7XTX-X, E7XTX-XM
F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Acero
Límite de Fluencia mínimo (MPa)
Resist. a la Tracción (MPa)
Especifcación de proceso y material de aporte según AWS SMAW AWS A5.5
API 2W
Grado 60
414-621
517 min
API 2Y ASTM A572
Grado 60 Grado 60 Grado 65 Clase 2 Grado E Grado A, Clase 2 < 50 mm Grado A, Clase 3 > 50 mm
414-621 415 450 315-415 380-450 415-450 415-450
517 min 515 min 550 min 550-690 515-690 495 min 485 min
ASTM A537 ASTM A633 ASTM A710 ASTM A710 ASTM A913
ASTM A595
Grado 60
Grado 65
415
450
520 min
550 min
E8015-X, E8016-X E8018-X
SAW AWS-A5.23
F8XX-EXX-XX, F8XX-ECXXX-XX
GMAW y GTAW AWS A5.28 ER80S-XXX, E80C-XXX FCAW AWS A5.29
E8XTX-XX, E8XTX-XM
ASTM A709
Grado 70W
ASTM A852
485
620-760
485
620-760
SMAW AWS A5.5
E9015-X, E9016-X E9018-X
SAW AWS-A5.23
F9XX-EXX-XX, F9XX-ECXXX-XX
GMAW y GTAW AWS A5.28 ER90S-XXX, E90C-XXX FCAW AWS A5.29
E9XTX-XX, E9XTX-XM
ASTM A709
Grado100, 100W (< 65mm)
690
760-895
ASTM A514 ASTM A517
(< 65 mm)
690 620-690
760-760 725-930
SMAW AWS A5.5
E11015-X, E11016-X E11018-X
SAW AWS-A5.23
F11XX-EXX-XX, F11XX-ECXXX-XX
GMAW y GTAW AWS A5.28 ER110S-XXX, E110C-XXX FCAW AWS A5.29
E11XTX-XX, E11XTX-XM
F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
23
Referencias |
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fourth edition, N.Y, 1987 [4] Paton, V.E y Kornienko, A.N. El fuego cose el metal, traducción al español, Editorial MIR,
Moscú, 1983 [5] Houldcroft, P and John, R. Welding and
cutting, Woodhead- Faulkner, England, 1988 [6] ASM Handbook vol. 6: Welding, brazing and soldering, American Society of Metals, 1994 [7] Potapievsky, A. G.Gas shielded welding, Kiev Naukova Dumka Publishers, 1983 [8] ASM Handbook vol 1: Properties and selection, Irons and Steels, American Society of Metals, 1978 [9] Balley, N. Weldability of ferritic steels, Abington Publishing, England, 1992 [10] Asta, E.P. Soldabilidad de los Aceros Estructurales, Cuaderno Técnico, GIMF, Especialización en Ingeniería Estructural, UTNFRH, Buenos Aires, 2005
[11] De Vedia, L. Tendencia actuales en la soldadura de tuberías, Boletín Técnico Conarco, N° 88, 1988 [12] Svensson Las-Erik. Control of microstructures and properties in steel arc welds, CRC Press, Cambrige, 1995
[13] Savage, W.F, Nippes, E. F and Szekeres, E.S. Welding Journal, 55(1976), p 260-268 [14] API Specication for Preproduction Qualication for Steel Plates for Offshore Structures, API RP 2Z, American Petroleum
Institute, Dallas TX, March 1987.
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Conarco, N° 108( 1998), p 16-24 [23] Vuik, J. An update of the state of the art of weld metal hydrogen cracking, Welding in the World, 31 (1993), Nº 5, p 23-32. [24] Graville, B.A survey review of weld metal hydrogen cracking, Welding in the World, 24 (19863), p 190-198. [25] Quesada, H. Salazar, M, Asta E. P, Ensayos Tekken en un acero ASTM A514 GrB para determinar la temperatura de precalentamiento, Actas jornadas CONAMET - SAM 2004, La Serena, Chile, 2004. [26] AWS D1.1: Structural Welding Code- Steel, American Welding Society, 2000.
[15] Laudien, U et al. DVS- Gefügerichtreihe Stahl, Deutscher Verlag für Schweibtechnik
(DVS) Dusseldorf, 1979. [16] Zalazar, M., Quesada, H. J., Asta, E.P. Microstructure produced in the welding of steels for wide diameter pipes, Welding International, 2000, vol.14, (1), p. 48-52. [17] Burget, W. and Blauel, J. G. Fracture toughness of manual metal- arc and sumerged-arc welded joints in normalizaed carbon-manganese 24
F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Apendice A |
Cálculo de la temperatura de precalentamiento utilizando nomograma de Coe
Este método de predicción utilizando el nomograma de Coe1 está basado en el ensayo de severidad térmica controlada CTS aplicado en aceros Carbono- Manganeso(C-Mn), con un CEIIW en el rango entre: 0,40 a 0,54 % y el contenido de C entre: 0,15 a 0,25 %. La escala de CEIIW se selecciona en función del tipo de consumible, teniendo en cuenta el nivel de hidrógeno que deposita en la soldadura, preparación y grado de restricción de la junta. Se asignan cuatro letras cuyo criterio de selección puede asignarse de la siguiente forma:
Escala A: consumibles que aporten un metal de
soldadura con un nivel de hidrógeno difusible mayor que 15 ml/ 100g. Escala B: consumibles que aporten un metal de soldadura con un nivel de hidrógeno difusible mayor que 10 ml/ 100g pero menor o igual que 15 ml/ 100g. Escala C: consumibles que aporten un metal de soldadura con un nivel de hidrógeno difusible mayor que 5 ml/ 100g pero menor o igual que 10 ml/ 100g, luego de un adecuado resecado. Escala D: consumibles que aporten un metal de soldadura con un nivel de hidrógeno difusible menor que 5 ml/ 100g, luego de un adecuado resecado. Espesor combinado (mm) = t 1 + t2 + t3 según fg. A2
Hnet , Calor aportado [KJ/mm]
Hnet f 1 V I 60 v
CE
C Mn 6
Cr+Mo+V Ni+Cu 5 15
Figura A1 | Monograma de Coe. Determinación de la temperatura de precalentamiento para aceros C-Mn (válido hasta C= 0,25%) F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
25
Una vez seleccionada la escala correspondiente
(A, B, C o D) se ingresa al nomograma de Coe de la gura A1, con el valor de CE IIW calculado para el acero al carbono a ser soldado, trazando una vertical a partir de dicho valor en el lado izquierdo del nomograma. Luego se ingresa del lado derecho del gráco con el valor del calor aportado
neto (Hnet), considerando el factor f 1 = 0,7 para el proceso de soldadura manual (SMAW), trazando una nueva línea vertical hasta interceptar una de las rectas representativas del espesor combinado de la unión que se está evaluando. Este espesor combinado se determinará utilizando el criterio de cálculo indicado en la gura A2.
Finalmente, a partir del punto de intercepción determinado en el lado derecho, se traza una línea horizontal hacia el lado izquierdo del gráco
provocando una nueva intercepción con la línea vertical inicialmente trazada, desde alguna de las escalas A, B, C o D. Este último punto de intercepción se ubicará próximo o sobre alguna de las rectas que representan una determinada temperatura de precalentamiento; si el punto se ubica entre líneas, en forma práctica se puede tomar la temperatura de precalentamiento correspondiente al mayor valor. 1
Bailey, N et al. Welding steels without hydrogen cra cking, Abington Publishing, 1990
Figura A2 | Cálculo del espesor combinado 26
F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Apendice B |
Guía de precalentamiento para aceros AISI-SAE Aceros al carbono Espesor de la pieza a soldar (mm) 2,5 5 10 25 50
Composición, en peso (%) C Mn
SAE 1030 1035 1040 1045 1050 1052 1055 1060 1065 1070 1080 1085 1090 1095
0,28 - 0,34 0,32 - 0,38 0,37 - 0,44 0,43 - 0,50 0,48 - 0,55 0,47 - 0,55 0,50 - 0,60 0,50 - 0,65 0,60 - 0,70 0,65 - 0,75 0,75 - 0,88 0,80 - 0,93 0,85 - 0,98 0,90 - 1,03
0,60 - 0,90 0,60 - 0,90 0,60 - 0,90 0,60 - 0,90 0,60 - 0,90 1,20 - 1,50 0,60 - 0,90 0,60 - 0,90 0,60 - 0,90 0,60 - 0,90 0,60 - 0,90 0,70 - 1,00 0,60 - 0,90 0,30 - 0,50
Composición, en peso (%) C Mn S
SAE
220 260 320 360 380 390 400 420 440 450 480 490 500 510
250 290 330 370 390 400 410 430 450 460 490 500 510 520
Aceros de corte libre Espesor de la pieza a soldar (mm) 2,5 5 10 25 50
250
SAE
SAE 2317 2330 2340 2345 2515
C
0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35
Composición, en peso (%) Mn Si
0,15 - 0,20 0,28 - 0,33 0,38 - 0,43 0,43 - 0,48 0,12 - 0,17
0,40 - 0,60 0,60 - 0,80 0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 0,40 - 0,60
F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35
180
ºC 260 220 300
Aceros al manganeso (menos de 2 % de Mn) Composición, en peso (%) Espesor de la pieza a soldar (mm) C Mn Si 2,5 5 10 25 50 1,60 - 1,90 1,60 - 1,90 1,60 - 1,90 1,60 - 1,90
-
70 140 240 300 330 340 350 370 400 410 450 460 470 480
0,27 - 0,34 0,32 - 0,39 0,37 - 0,45
0,18 - 0,23 0,28 - 0,33 0,33 - 0,38 0,38 - 0,43
0,08 - 0,13 0,08 - 0,13 0,08 - 0,13
240 290 300 320 340 370 380 420 440 450 460
1132 1137 1141
1320 1330 1335 1340
1,35 - 1,65 1,35 - 1,65 1,35 - 1,65
60 170 200 240 280 320 330 380 400 410 420
ºC 180 220 290 340 360 390 380 400 430 440 470 480 490 500
250
-
100 190
190 140 250
290 260 320
ºC 150 230 270 310
130 180 260
160 180 -
230 290 -
110 290 330 -
250
210 260 290 320
Aceros al níquel Espesor de la pieza a soldar (mm) Ni 2,5 5 10 25 3,25 - 3,75 3,25 - 3,75 3,25 - 3,75 3,25 - 3,75 4,75 - 5,25
310 290 330
ºC 140 240 330 370 160
240 280 300 340
50
250
200 270 350 380 220
230 290 360 390 240
27
SAE 3115 3120 3130 3135 3140 3141 3145 3150 3240 3310
SAE 4023 4027 4032 4037 4042 4047 4063 4068
C
Aceros al níquel-cromo Composición, en peso (%) Espesor de la pieza a soldar (mm) Mn Si Ni Cr 2,5 5 10 25
0,13 - 0,18 0,17 - 0,22 0,28 - 0,33 0,33 - 0,38 0,38 - 0,43 0,43 - 0,48 0,43 - 0,48 0,48 - 0,53 0,38 - 0,45 0,08 - 0,13
C
0,40 - 0,60 0,60 - 0,80 0,40 - 0,60 0,40 - 0,60 0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 0,40 - 0,60 0,45 - 0,60
0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35
1,10 - 1,40 1,10 - 1,40 1,10 - 1,40 1,10 - 1,40 1,10 - 1,40 1,10 - 1,40 1,10 - 1,40 1,10 - 1,40 1,65 - 1,20 3,25 - 3,75
0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 0,75 - 1,00 0,75 - 1,00 0,75 - 1,00 0,75 - 1,00 0,75 - 1,00
140 150 250 300 220 150
70 180 270 280 330 360 300 280
160 220 270 310 350 360 390 420 380 360
Aceros al molibdeno Espesor de la pieza a soldar (mm) Ni 2,5 5 10 25
Composición, en peso (%) Mn Si
0,20 - 0,25 0,25 - 0,30 0,30 - 0,35 0,35 - 0,40 0,40 - 0,45 0,45 - 0,50 0,60 - 0,67 0,64 - 0,72
0,55-0,75 0,55-0,75 0,55-0,75 0,55-0,75 0,55-0,75 0,70-0,90 0,70-0,90 0,70-0,90 0,90-1,20 1,40-1,75
ºC 100 200 260 320 330 360 390 340 320
0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35
0,20 - 0,30 0,20 - 0,30 0,20 - 0,30 0,20 - 0,30 0,20 - 0,30 0,20 - 0,30 0,20 - 0,30 0,20 - 0,30
130 200 340 360
130 240 300 390 400
70 110 150 240 300 340 420 430
ºC 180 210 250 290 340 370 440 450
50
250
220 250 290 330 370 380 400 430 390 370
240 270 310 340 380 390 410 440 400 380
50
250
230 250 280 320 360 380 450 460
250 270 290 330 370 390 460 470
Aceros al cromo-molibdeno SAE 4119 4125 4130 4137 4140 4145 4150
SAE 4320 4340
28
C
Composición, en peso (%) Mn Si Cr
0,17 - 0,22 0,23 - 0,28 0,28 - 0,33 0,35 - 0,40 0,38 - 0,43 0,43 - 0,48 0,48 - 0,53
C
0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 0,40 - 0,60 0,70 - 0,90 0,75 - 1,00 0,75 - 1,00 0,75 - 1,00
0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35
Mo
0,40 - 0,60 0,40 - 0,60 0,80 - 1,10 0,80 - 1,10 0,80 - 1,10 0,80 - 1,10 0,80 - 1,10
0,20 - 0,30 0,20 - 0,30 0,15 - 0,25 0,15 - 0,25 0,15 - 0,25 0,15 - 0,25 0,15 - 0,25
2,5 150 250 310 350
Espesor de la pieza a soldar (mm) 5 10 25 50 250 110 110 280 330 370 400
150 210 230 330 360 390 420
ºC 250 280 290 360 390 420 450
280 300 310 370 400 430 460
300 320 330 380 420 440 470
Aceros al níquel-cromo-molibdeno Composición, en peso (%) Espesor de la pieza a soldar (mm) Mn Si Ni Cr Mo 2,5 5 10 25 50 250
0,17 - 0,22 0,45 - 0,65 0,20 - 0,35 1,65-2,00 0,38 - 0,43 0,60 - 0,80 0,20 - 0,35 1,65-2,00
0,40 - 0,60 0,20 - 0,30 0,70 - 0,90 0,20 - 0,30 350
180 400
260 420
ºC 310 450
330 460
340 470
F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
Aceros al níquel-molibdeno SAE 4615 4620 4640 4815 4820
SAE 5120 5130 5140 5150 52100
C
Composición, en peso (%) Mn Si Ni
0,13 - 0,18 0,17 - 0,22 0,38 - 0,43 0,13 - 0,18 0,18 - 0,23
C
0,40 - 0,65 0,50 - 0,65 0,60 - 0,80 0,40 - 0,60 0,50 - 0,70
0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35
Mo
1,65-2,00 1,65-2,00 1,65-2,00 3,25-3,75 3,25-3,75
0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 0,25 - 0,45
0,20 - 0,30 0,20 - 0,30 0,20 - 0,30 0,20 - 0,30 0,20 - 0,30
130 -
270 -
ºC 190 220 350 230 270
70 100 320 105 190
230 240 370 250 290
Aceros al cromo Espesor de la pieza a soldar (mm) Cr 2,5 5 10 25
Composición, en peso (%) Mn Si
0,17 - 0,22 0,18 - 0,33 0,38 - 0,43 0,48 - 0,53 0,95 - 1,10
2,5
Espesor de la pieza a soldar (mm) 5 10 25 50 250
0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35 0,20 - 0,35
0,70 - 0,90 0,80 - 1,10 0,70 - 0,90 0,70 - 0,90 1,30 - 1,60
270 440
230 340 470
ºC 180 250 330 400 520
70 170 280 370 500
260 270 380 260 310
50
250
230 280 340 410 530
250 300 360 420 540
Aceros al cromo-vanadio SAE
C
Composición, en peso (%) Mn Si Cr
V
2,5
Espesor de la pieza a soldar (mm) 5 10 25 50 250 ºC
6150
SAE 9255 9260
0,48 - 0,53
0,70 - 0,90
0,20 - 0,35
Composición, en peso (%) C Mn S 0,50- 0,60 0,55- 0,65
0,70 - 0,95 0,70 - 1,00
F u n d a m e n t os d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
0,80-1,10
0,15 mín.
330
380
400
430
Aceros al silicio-manganeso Espesor de la pieza a soldar (mm) 2,5 5 10 25 50
1,80 - 2,20 1,80 - 2,20
280 300
340 360
370 390
ºC 400 420
410 430
440
450
250 420 440
29
Notas |
30
F u n d a m e n to s d e l a s o l d a d u r a p o r a r c o e l é c t r i c o
ATENCION | Los contenidos de esta publicación están basados en información de diferentes fuentes, algunas de las cuales han sido
incluidas en la lista de referencias. ESAB- CONARCO, FLS y el autor no se responsabilizan por la precisión de la información o por cualquier daño, imprevisto o indirecto,
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