UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
INFORME PROCESOS DE MANUFACTURA II (MC – 214 SEC. C) SOLDADURA POR OXIACETILENO
ALUMNO: Sánchez Cárdenas, Jorge Luís
PROFESOR: Ing. Escalante Zavaleta, Elias
PERIODO: 2005 – I LIMA - PERU
20021134k
INTRODUCCION
El soldeo por llama se desarrolló cuando fueron posibles el abastecimiento a escala industrial de oxigeno, hidrógeno y acetileno a precios accesibles, se inventaron los sopletes adecuados y se desarrollaron las técnicas de almacenamiento de dichos gases. En el año 1916 el soldeo oxiacetilenito era ya un proceso completamente capaz de producir soldaduras por fusión de calidad en chapas finas de acero, aluminio y cobre desoxidado, existiendo sólo ligeras diferencias con los procesos utilizados en la actualidad. El proceso de corte con flama es el mas antiguo y perecedero de todos los procedimientos de corte metálico, además el mas difundido por todo el mundo, no existe un método mas usado a nivel mundial, no importa el código ni las especificaciones, en la estructuración metálica el Gas estará siempre presente como numero uno en el proceso de corte.
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INDICE
1. OBJETIVOS
…………………………………………………….. 4
2. DESCRPCION Y DEFINICION ………………………………………. 5 3. GASES DE COMBUSTIBLE
……………………………………. 10
4. EQUIPOS PARA SOLDAR POR OXIACETILENO ………………... 11 5. VARILLAS DE SOLDAR Y FUNDENTE ……………………………… 14 6. DIFERENTES LLAMAS Y SUS CARACTERISTICAS ……………… 16 7. BIBLIOGRAFIA
……………………………………………… 20
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1. OBJETIVOS
1.
Tener un conocimiento básico sobre las definiciones del proceso.
2.
Conocer los factores que influyen para poder manejar apropiadamente el proceso de soldar.
3.
Conocer el equipo usado en el proceso de soldadura por oxiacetileno.
4.
Conocer los diferentes tipos de llamas y sus características más importantes.
5.
Aprender otros tipos de gases usados como combustible para el proceso oxigas.
6.
Conocer los diferentes tipos de fundentes usados normalmente en este proceso.
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2. DESCRPCION Y DEFINICION
En el proceso de soldadura y corte con Gas (Oxy-Fuel), el principio es simple, una intensa flama es producida por la combustión controlada de una mezcla de Oxigeno y un gas combustible. Los gases son obtenidos de fuentes o tanques separados y pasados a través de reguladores y luego pasados a través de una antorcha en donde se mezclan, para salir por la cabeza de soldadura o boquilla donde ocurre la ignición.
La intensidad de la flama depende del flujo de los gases, la proporción de la mezcla y las propiedades del gas combustible seleccionado así como del tipo de cabeza de soldadura o boquilla. El flujo de los gases y la proporción de la mezcla son controlados por los reguladores de presión y las válvulas ubicadas en la antorcha. Las soldaduras son formadas por el cordón de metal fundido del metal base y el material de aporte (cuando se usa) que se forma con el contacto de la flama. El uso de fundentes remueve el oxido y las costras de el área de soldadura y ayuda a asegurar una soldadura de calidad. En operaciones de corte, la flama es concentrada para precalentar y mantener el metal en su temperatura de ignición, mientras que un chorro de oxigeno es dirigido al área precalentada. Este chorro de oxigeno rápidamente Oxidiza el metal en un camino angosto y la escoria es expulsada para formar una ranura. SOLDANDO Para comenzar a hablar de la soldadura con flama, debemos aclarar algo, la definición de los tres diferentes procedimientos básicos que se pueden ejecutar cuando se utiliza la flama para unir dos metales, que aunque en ingles y en casi todos los
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idiomas tienen nombres diferentes y la aplicación de cada uno de estos procedimientos es muy especifica, es llamada en casi todos los países Latino-Americanos de la misma forma, "Soldadura". Esto curiosamente, no ha permitido que los procedimientos se difundan y se reconozcan como aplicaciones de procedimientos específicos, por tal motivo los llamaremos por sus nombres en ingles welding, brazing y soldering y estudiaremos un poco sus definiciones para ver las diferencias, aunque después nos concentraremos mas en los dos últimos ya que son los procedimientos que dan verdadera importancia y utilidad a el uso del soplete de flama para unir metales. Welding
Welding (soldadura) es el procedimiento de juntar dos metales donde el material base es elevado a una alta temperatura superando su punto de fusión, y en donde, aprovechando su estado liquido se mezclan para forman una unión de la fusión de todas las partes envueltas incluyendo el material de aporte si existiera. Brazing
Brazing (soldadura) es el procedimiento de juntar dos metales usando un material de aporte con una temperatura de trabajo por encima de los 427 Grados Centigrados (800 F) pero siempre por debajo del punto de fusión del metal base. Principios del Brazing
Brazing es el proceso en el que dos metales se unen con el uso de calor y un material de aporte que se funde a una temperatura por encima de los 427 grados Centigrados (800F) pero por debajo del punto de fusión de los metales bases a ser soldados. Brazing es probablemente el método mas versátil para unir metales hoy en día, por un sin numero de razones. Las uniones con brazing son fuertes, en metales no ferriticos y aceros, la fuerza tensil de una soldadura, apropiadamente hecha, muchas veces supera la de los metales bases, de hecho, en acero inoxidable, es posible desarrollar una soldadura con una fuerza tensil de 130.000 psi. Las soldaduras con
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brazing son dúctiles, considerablemente fáciles y rápidas de hacer y cuando son hechas apropiadamente, prácticamente no hay necesidad de usar esmeril, rellenar o usar cualquier acabado mecánico después que la soldadura es completada. Brazing es ejecutado relativamente a bajas temperaturas, reduciendo la posibilidad de deformaciones, sobrecalentamientos, o diluir de los metales a ser soldados, además es económico y altamente adaptable a métodos de automatización. Brazing suelda los metales creando una unión metalúrgica entre el metal de aporte y la superficie de los dos metales a ser soldados, el principio por el cual el material de aporte es conducido por las hendiduras y cavidades de la junta para crear esta unión es conocido como Acción Capilar. Tomando en cuenta que los metales bases nunca se funden, ellos retienen básicamente intactas todas sus propiedades mecánicas y físicas. Una ventaja importante del Brazing es la facilidad con la que se pueden unir metales no similares, si los metales bases no se derriten en realidad no importa si ellos tienen diferentes puntos de fusión. Otra ventaja de las soldaduras con brazing es su excelente apariencia, esta característica es especialmente importante en productos de consumo donde la apariencia es critica como en la industria relacionada con los alimentos o bebidas donde los suaves acabados del brazing no se convierten en una trampa para los materiales sólidos o líquidos. Hay muchas clases de juntas con brazing pero hay dos en particular que constituyen los procedimientos básicos en brazing, la junta de tope y la de plano. La junta de Tope da la ventaja de un espesor uniforme en la unión, la preparación de este tipo de juntas usualmente es muy simple, sin embargo la fuerza de la soldadura de Tope es limitada y dependerá, en parte, en la sección de el área a soldar. La soldadura de plano da el doble de espesor en la soldadura. En casi todas la juntas hechas con brazing el requerimiento principal es simplemente la fuerza, pero frecuentemente hay otras condiciones que se podrían considerar cuando se prepara una junta, por lo tanto se podría trabajar en un ensamble
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hecho con brazing que tuviera buena conductividad eléctrica así como buena capacidad de presión, la otra consideración importante es ventilar el ensamblaje para que durante el proceso de brazing el aire o los gases en expansión puedan escapar de el material fundido que fluye por la junta, ventilando el ensamble también se previene que el fundente quede atrapado en la junta. Soldering
Soldering (soldadura) es el procedimiento de juntar dos metales usando un material de aporte a una temperatura de trabajo por debajo de los 427 Grados Centígrados (800 F) pero siempre por debajo del punto de fusión del metal base. Principios del Soldering
Soldering no es solo unir un par de piezas de metal usando un rollo de algun material y una antorcha o un cautín. Soldering es mas que eso, soldering envuelve metalurgica, fisica y química en la interacción de elementos, la constitución de fundentes, la química termica envuelta en el calor aplicado sobre los fundentes y los metales al estado de soldadura liquida, además de la termodinámica fundamental y la dinámica de los fluidos promoviendo la formación de la soldadura.
(Departamento de
Ingenieria Dr. Weld) Traduciendo lo que los Ingenieros estan tratando de decirnos es que Soldering envuelve calentar una junta a una temperatura apropiada, usando un material de aporte el cual funde por debajo de los 427 Grados Centígrados (800 F), la soldadura fundida (liquida) es distribuida entre las angostas cavidades de la junta por la accion de la capilaridad, una temperatura apropiada es requerida para fundir la soldadura y ayudar al fundente a actuar en la superficie metálica para que la soldadura fundida pueda fluir por toda la junta. Un procedimiento exitoso en soldering envuelve la buena preparación de la forma para que las juntas estén lo mas cerca posible, limpiar apropiadamente las zonas de contacto, la aplicación correcta de el fundente, el ensamble de las partes y la
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aplicación de calor y el material de la soldadura y luego, cuando la juntas estén a una temperatura ambiente, la remoción del fundente. Un grado de destreza es requerido para ejecutar adecuadamente esta operación, particularmente en componentes críticos o complicados. En los procedimientos de soldering la rapidez de las soldaduras no repetitivas en operaciones manuales es relativamente lenta, aunque un soldador puede convertirse en adepto a las soldaduras de operaciones repetitivas. El soldering es preferido por muchos como la mejor alternativa sobre los demás métodos como adhesivos, pegamentos, soldadura, brazing, o uniones mecánicas porque ofrece las siguientes ventajas: •
Muy poca energía es requerida.
•
Control preciso de la cantidad de material de aporte a usar es posible.
•
Una gran variedad de metodos de calentamiento pueden ser usados
•
Es posible seleccionar varios rangos de fundición para ajustarse a la aplicacion.
•
Se puede automatizar de manera fácil y económica.
•
Es posible el ensamblaje secuencial.
•
Las juntas son altamente confiables.
•
Las juntas son de fácil reparación o re-ejecutables.
•
Las aleaciones de los materiales de aporte pueden ser seleccionadas según la atmósfera circundante. La mayoría de las operaciones de soldering pueden ser ejecutadas al aire
libre, con el fundente actuando como barrera contra la oxidación de la superficie e interacción con la atmósfera. Superficies a ser soldadas pueden acceder a ser bañadas con el metal liquido sin ninguna formación intermetalica, donde la adherencia metalúrgica de las superficies limpias es esencialmente mecánica, de todas formas la reacción metalúrgica entre el fundente, el metal liquido, y la superficie del metal base es generalmente deseada.
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3. GASES DE COMBUSTIBLE
Para la soldadura se emplean mezclas de gases combustibles y oxigeno. El gas mas empleado es acetileno, utilizándose, ademas, hidrógeno, gas de alumbrado y benzol.
Gas de soldadura
Temp. Máx. (Cº)
Material y espesor de la chapa
Acetileno C2H2
2700 - 3100
Hidrógeno H
2280-2320
Gas de alumbrado
2180-2200
Para todos los materiales fundibles, espesor de la chapa de acero hasta de 5 mm. Obtención en botellas. Para soldar acero en trabajos de montaje solo hasta 8 mm. de espesor de chapa. Principalmente para soldar Al y Pb; no adecuado para el Cu. Para chapa fina de acero (hasta 3 mm) y Al. Se requiere soplete especial; adecuado también para oxicorte.
Metano CH4
2000
Propano C3H8 Gasolina Vapor de benzol
2700
Chapa de acero hasta de 7 mm; a menudo para soldar Cu, latón y Al. Para trabajos ligeros de soldadura en Electrotécnica (fácilmente transportable) Muy apropiado para trabajos de montaje. Puede ser empleado para los metales soldables, hasta espesor de chapa de acero hasta 12 mm. Se requiere soplete de construcción especial.
El acetileno resulta de la acción del agua sobre carburo clásico C a C 2
+
2 H 2 O = C 2 H 2 + C a (OH )2
Y la mayoría de las veces se obtiene directamente en generadores adecuados. Para la gasificación de 1 kg. de carburo son necesarios alrededor de 10 litros de agua (para evitar el peligroso calor desarrollado en la reacción exotérmica) y se obtiene una producción de 250 hasta 300 litros de acetileno. La reacción se favorece al aumentar la granulación del carburo.
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4. EQUIPOS PARA SOLDAR POR OXIACETILENO
Botellas de gas y válvulas
Para el almacenaje y suministro de gas se utilizan botellas, depósitos de acero sin soldadura con un diámetro útil de unos 200 mm y 1500 hasta 1800 mm de altura. La toma lateral para la válvula reductora de presión tiene forma distinta según el tipo de gas para evitar errores en cuanto al tipo de gas, lo que podría conducir a explosión. Las botellas de oxigeno están provistas de rosca derecha de ¾” , y para los gases de combustión de rosca izquierda de ½”. Hay que evitar que la botella reciba golpes, vibraciones o radiaciones solares. Caracterización de las botellas de gas comprimido : Gas
Color
Rosca
Acetileno
Rojo
Oxigeno
Verde
Izq. ½” Der. ¾” G
Amarillo Negro Gris
Izq. ½” G
Nitrógeno Ácido carbónico Otros gases de combustión
Los reductores de presión de bronce o latón, sirven para regular la alta presión de los gases comprimidos en las botellas y reducirla a una presión en el soplete de 0,3 hasta 1,5 at de sobre presión. Están ajustados a la válvula de la botella por medio de una tuerca de racor o de un manquito ajustado (caso acetileno). De los dos manómetros, uno indica la presión existente en la botella, el otro la presión de trabajo. Se pueden distinguir válvulas de un solo paso para hidrógeno o para acetileno, así como reductores de presión de dos pasos, los cuales se emplean principalmente para oxigeno. La presión de trabajo de estos reductores de presión permanece siempre constante.
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Sopletes de soldadura
El soplete de soldadura se compone de una empuñadura tubular, fabricada de metal ligero; del quemador (boca), fabricada de cobre e intercambiable; del tubo mezclador, de latón, para mezclar el gas de combustión y el oxigeno; y de las llaves reguladoras o válvulas con las que se gradúa la llama requerida, así como de las boquillas de toma hechas de latón, y esta provista de una escala, cuyas graduaciones deben estar de acuerdo con los números de las boquillas del soplete que se deben utilizar. Sopletes
Presión
Características
Soplete inyector o de aspiración
Baja
Soplete de Alta presión de tobera mezcladora
Alta
El gas que llega al soplete a baja presión es aspirado por el oxigeno que fluye a alta presión (efecto inyector). La mas usada en el Perú. Se emplea principalmente para hidrógeno, permite que ambos gases hidrógeno y oxigeno lleguen a la cámara mezcladora casi a la misma presión. Es reconocido por la llave de mariposa única. Aplicación principal para soldadura de acetileno. El gas combustible y el oxigeno entran a la misma presión y en la misma cantidad en la cámara mezcladora.
Soplete de presión uniforme
Uniforme
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5. VARILLAS DE SOLDAR Y FUNDENTE
Las varillas empleadas en las soldaduras de fusión a gas para acero y metales no férricos son de estirado brillante y recocidas, para soldadura de hierro fundido, son varillas fundidas. La varilla se ajusta en su composición a la del material a soldar. Los espesores de las varillas dependen de los espesores de las chapas. La soldadura de aluminio y aleaciones de aluminio, cobre y aleaciones de cobre, no se realizan sin fundente. Junto a sustancias pulverulentas especiales. Se trabaja con la llama neutra o con un pequeño exceso de gas combustible; en caso de latón- y bajo ciertas condiciones también en caso de bronce-con algo de exceso de oxigeno. Para soldar magnesio y aleaciones de magnesio se trabaja con varilla de soldar de la misma aleación que el material base, para lo que se empela un fundente especial. La llama tiene un ligero exceso de gas combustible.
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El acero y el acero fundido son soldados sin fundente, la mayoría de las veces se trabaja con llama neutra, a veces, en caso de aceros bajamente aleados, con un ligero exceso de gas combustible. Para aceros altamente aleados son convenientes varillas especiales, preferiblemente de estructura austenitica. Para soldar hierro fundido, existen varillas del mismo material con un contenido de Si de alrededor de 2,5%. La soldadura se efectúa con fundentes especiales así como la llama neutra o con algo de exceso de gas combustible. Los materiales para soldar en el sistema de estaño/plomo son los mas ampliamente usados de todos, cuando se refiere a los materiales de estaño (Sn) /plomo (Pb), el contenido de estaño es casi siempre dado primero, Ej: 40%Sn/60%Pb o simplemente Soldadura 40/60. Las aleaciones de estos materiales van desde 2estaño/98% plomo con un liquido (punto de fusión) de 312 Grados Centígrados hasta 63% estaño/37% plomo con un liquido (punto de fusión) de 182 Grados Centigrados. Otras aleaciones comunmente usadas son: Estaño/Plata = SnAg Estaño/Antimonio = SnSb Estaño/Zinc = SnZn Plomo/Plata = Pb/Ag Plomo/Plata/Estaño = PbAgSn
Cadmio/Plata = CdAg Cadmio/Zin = CdZn Zinc/Aluminio = ZnAl Indium base de las soldaduras fusibles
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6. DIFERENTES LLAMAS Y SUS CARACTERISTICAS
Una de las características de la flama oxiacetilénica consiste en sus propiedades químicas por lo que su acción sobre el metal fundido puede variar notablemente Las diferentes características, se obtienen variando las proporciones es relativas de oxigeno y acetileno en la mezcla de gases que arde en la punta del soplete. Las válvulas del soplete además de cerrar y abrir los gases, permiten al operario el control de la graduación de la flama.
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Para hacer lo anterior, el operario debe estar familiarizado con la composición del metal base en que va a trabajar y conocer bien los diferentes flamas, características y modos de obtenerlas. LA FLAMA OXIACETILENICA Se produce por la combustión del acetileno en una atmósfera de oxigeno, con la siguinte reacción. 2C2H2+O2 2H2O+4C Osea que sçhay una combustión incompleta y la flama queda cargada de carbon cuyo color es amarillo y escape de humo negro. Si la cantidad de oxigeno es balanceado la reacción de combustión sera: C2H2+O2 2 CO+H2 Lo cual corresponde a volúmenes iguales de oxigeno y acetileno, si en la flama hay un ligero exceso de acetileno, se llama flama reductora, con tres zonas de color importantes: el dado, la zona reductora y el penacho. En la pubta del dado de la flama se tiene la región mas caliente (3100ºC), luego va a la zona reductora que corresponde a la reducción primaria con una temperatura de 2000º C y por ultimp esta el penacho que es la región de combustión secundaria en que tiene influencia el aire del ambiente, cuya temperatura es de 1200ºC. Diversas zonas caloríficas de la flama Oxiacetilénica
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Si el exceso de acetileno se reduce las zonas reductoras desaparece lentamente y en un momento dado se confunda con el dardo obteniendo hacia la flama neutra.
Si continuamos reduciendo las regiones de la flama se limitan a 2, el dado y el penacho obteniendo haci una flama oxidante. El dardo es puntiagudo y se escucha un sonido de “zziceo”, además se observa como si el dado se desprendiera de la punta del soplete.
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Aplicación de la llama
MATERIAL BASE ACERO BAJO CARBÓN • HIERRO GALVANIZADO • HIERRO FUNDIDO GRIS • ACERO INOXIDABLE AL CROMO-NIQUEL • ACERO AL CROMO • ACERO ALTO CARBONO
MATERIAL DE APORTE
FUNDENTE TIPO DE LLAMA
ACERO BAJO CARBONO
NO
NEUTRA
ACERO BAJO CARBONO
SI
NEUTRA
SIMILAR O 25-12 SI CON COLUMBIO
NEUTRA
•
•
ALUMINIO
ACERO BAJO CARBÓN • HIERRO GALVANIZADO • HIERRO FUNDIDO GRIS • HIERRO FUNDIDO MELEABLE
ACERO AL NO CARBONO ALUMINIO PURO SI O AL SILICIO
CARBURANTE CARBURANTE
•
BRONCE
SI
LIGERAMENTE OXIDANTE
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7. BIBLIOGRAFIA
1. Curso general de la tecnología del Soldeo Módulos 1 y 2
Fondo de Formación-CESOL 2. Centro Tecnológico de soldadura EXSA
3. Introducción a las tecnologías de soldadura
Curso de Formación de ingenieros europeos de soldadura 4. Sociedad Mexicana para la soldadura http://www.sms.com.mx/html/contenido_biblioteca/bibli_cont_espanol.htm
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