Soldadura para diseño de estructuras metálicas

Objetivos

1. 2. 3. 4.

Desarrol Desarrollar lar la investigaci investigación ón de soldaduras soldaduras especiale especiales. s. Diagnostic Diagnosticar ar los los proceso procesoss de soldadura. soldadura. Investigar Investigar sobre sobre los métodos métodos de soldadura soldadura Explicar Explicar la importan importancia cia de las soldadura soldadurass y sus benefcios. benefcios.

Introducción

Existen mucos procesos de soldadura! la soldadura est" relacionada con casi todas las actividades! adem"s de ser una importante industria en s# misma. $a tecnolog#a de la soldadura se basa en el pensamiento original! tal como en mucas otras disciplinas cient#fcas. El crecimiento de esta rama de la ingenier#a se reali%ó gracias a las contribuciones de ombres &om'n es! ombres (ue no dudaron en aplicar cada pi%ca de conocimiento ad(uirido! cuando era posible! para resolver problemas pr"cticos.

Soldadura

)eg'n la *+) defne una soldadura como una coalescencia ,unión de dos metales en uno- locali%ada de metal! en donde esa conglutinación se produce por calentamiento a temperaturas adecuadas! con o sin la aplicación de presión y con o sin la utili%ación de metal de aporte. Importancia $a soldadura orece mucas venta/as! entre ellas se encuentran0 •

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Estan(ueidad ,)ellado de e(uipos (ue mane/an uidos a presión! con altas temperaturas o agentes corrosivosesistencia ec"nica ,resistencia a la exión! cortadura! atiga! al impacto! torsiónesistencia a la corrosión. Escaso volumen (ue ocupa! adem"s en las uniones a tope permite disposición frme de los metales a determinadas condiciones y m"xima econom#a.

*plicaciones de las soldaduras • • • • •

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Edifcios! puentes y embarcaciones. ara minimi%ar ruidos de construcción. 5abricación de electrodomésticos. &omo medio de abricación. a(uinarias y e(uipo agr#cola! minas! explotaciones petrol#eras! ma(uinas6 erramientas! muebles! calderas! ornos y material erroviario. &onstrucción naval. 5abricación de calderas y recipientes a presión. aterial de transporte. 7leoductos. Etc.

 8ipos de soldadura Soldadura blanda: Es la unión de dos pie%as de metales dierentes

por medio de otro metal llamado de aporte! éste se aplica entre ellas en estado l#(uido. ,lomo y Esta9o entre 1:;<& y 3=;<& menor de 42>?Soldadura Fuerte: )e aplica también metal de aporte en estado

l#(uido! pero este metal! por lo general no erroso! tiene su punto de usión superior a los 42> @&. $a soldadura uerte y la soldadura blanda )e trata de técnicas de unión térmica en las (ue el metal de

aportación undido uye a lo largo de las superfcies a soldar por capilaridad. *mbas técnicas tienen lugar por deba/o de la temperatura de usión de los metales a unir. Soldadura por forja: &onsiste en el calentamiento de las pie%as a unir

en una ragua asta su estado pl"stico y posteriormente por medio de presión o martilleo ,or/ado- se logra la unión de las pie%as. Soldadura Eléctrica

Es un tipo de soldadura por usión! la corriente eléctrica es usada para crear el *&7 E$A&8I&7 entre el material base y la barra de electrodo consumible ,material de aporte-. )e logran temperaturas comprendidas entre 3>;; a 4;;;@&. En la soldadura de arco! la longitud del arco est" directamente relacionada con el volta/e! y la cantidad de entrada de calor est" relacionada con la corriente. El metal se calienta al ro/o vivo en el uego de una ragua! y después se golpea sobre un yun(ue para darle orma con grandes martillos denominados macos de ragua. E(uipos utili%ados en la soldadura de arco0 in%a porta electrodos0 )e utili%a para f/ar el electrodo al cable de conducción de la corriente y guiarlo sobre la costura por soldar. Deber" ser liviano para reducir atiga excesiva durante la soldadura. Esta deben ser de material aislante. in%a para puesta a tierra0 Es vital en un e(uipo soldador eléctrico! sin tener la conexión correcta a tierra el pleno potencial del circuito no producir" el calor re(uerido para soldar. Electrodos0 Barilla met"lica (ue actuar" de material de aportación! recubierta de otras sustancias! (ue tienen como propósito avorecer la creación del arco y su mantenimiento! adem"s de ser undente! disolviendo óxidos y proteger el cordón.  8ransormador0 roduce una corriente alterna. $a potencia es tomada directamente de una l#nea de uer%a eléctrica para obtener el volta/e re(uerido para soldar. roduce una tensión de 2: a :; voltios. )oldadura de arco de metal protegido ,)*+ )ield etal *rc +elding ó *+ anual etal *rc +elding-0e/or conocida como soldadura de arco revestido. En este electrodo utili%ado tiene un revestimiento o

recubrimiento! es un proceso de usión por(ue se unden los dos metales a unir. )e utili%a un porta electrodo especial de presión para electrodo! cuando el aperador acerca la varilla al metal se produce el arco debido a la corriente eléctrica ,&ierre del circuito- produciéndose calor para undir el metal base y el electrodo uyendo el metal undido acia la unión.

Benta/as del revestimiento (u#mico0 • • • •

rovee una atmósera protectora. Estabili%an el arco revienen la oxidación y retardan el enriamiento. *gregan elementos a la aleación.

)oldadura 7xiacetilénica ,7*+Estos emplean el calor de los gases en combustión para undir o calentar el metal base.

Este procedimiento por usión usa como uente calor#fca la llama (ue se logra en un soplete especial! por la combustión del acetileno ,&2C2- este es un gas incoloro de olor penetrante (ue arde con una llama muy luminoso! desprendiendo gran cantidad de calor (ue se aproveca para undir los metales (ue se tratan de soldar El oxigeno y el acetileno se (ueman por medio de un mecero o soplete! ambos gases se conducen a la llama a través de v"lvulas reductoras de presión. Debido a (ue estos gases me%clados son muy explosivos deben tenerse precauciones en su me%cla. $a llama tiene dos %onas dierentes. El m"ximo de temperatura ,3;;@ 5 34:; &- se produce en el extremo del cono interior. 

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$a relación de oxigeno y acetileno de 101 a 1!1>01 da una llama neutra . ayor porcenta/e de oxigeno da una llama oxidante ,bronces y latones-. enor porcenta/e de oxigeno da una llama carburi%ante ,soldadura monel! acero de ba/o carbono-.

Encendido y apagado de equipo

)i estando encendido el soplete tuviéramos un retroceso de llama! se proceder" de la siguiente orma0 • • • • •

&errar la B"lvula del combustible &errar la B"lvula del ox#geno &errar la llave de la botella de combustible &errar la llave de la botella de ox#geno Fo encender el soplete asta (ue no se ayan comprobado las causas (ue lo originaron y si el retroceso de llama a alcan%ado a la botella se actuar" de conormidad con las normas sobre acetileno.

&ondiciones generales de seguridad •

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)e debe comprobar (ue ni las bombonas de gas ni los e(uipos (ue se acoplan a ellas tienen ugas. roteger las bombonas contra golpes y calentamientos peligrosos. &uando el soplete est" uncionando muco tiempo! se calienta la lan%a y la me%cla puede encenderse al pasar por ella! produciendo explosiones o cisporreo. En este caso ay (ue apagar inmediatamente el soplete y de/arlo enriar. Fo traba/ar con ropa mancada de grasa! aceites o cual(uier otra sustancia (ue pueda inamarse. Fo utili%ar o limpiar pie%as con oxigeno! el exceso en el aire provocar#a un grave riesgo de incendio

Equipos de protección individual • • • • •

Gaas de protección adecuadas. Guantes largos de cuero. andril de cuero. olainas de apertura r"pida. &al%ados de seguridad aislante

Recomendaciones para cuando se realia una soldadura •

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$a pin%a deber" estar lo sufcientemente aislada y cuando esté ba/o tensión deber" tomarse con guantes. ara colocar los electrodos debe estar desconectada la m"(uina adem"s se deben utili%ar guantes.

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Berifcar (ue el cristal de las caretas sea el adecuado para la tarea (ue va a reali%ar. Fo se reali%ar"n traba/os de soldadura utili%ando lentes de contacto. $os ayudantes del soldador deber"n utili%ar gaas con cristales especiales. ara picar la escoria o cepillar deben protegerse los o/os de salpicaduras.

!osiciones de las soldaduras

)oldadura lana0 El metal de aporte se deposita sobre el metal base y éste a su ve% sirve como soporte. )oldadura Cori%ontal0 El metal base act'a sólo como soporte parcial y el metal de aporte (ue ya se a depositado se debe utili%a como ayuda. )oldadura Bertical0 El metal (ue se va a soldar act'a sólo como soporte parcial y el metal de soldadura (ue ya se a depositado se debe utili%a como ayuda. )oldadura de 8eco0 De todas las posiciones de soldadura es la (ue m"s pr"ctica y cuidados re(uiere. &on esta soldadura se logran cordones ancos y uniormes despla%"ndolos en sentido vertical y en perpendicular respecto a las pie%as (ue se van a soldar.  "untas soldadas

)on las diversas ormas (ue presentan las uniones en las pie%as! y est"n estrecamente ligadas a la preparación de las mismas. Estas ormas de uniones se reali%an a menudo en monta/es de estructuras y otras tareas (ue eect'a el soldador. #ipos de juntas soldadas

 Huntas a 8ope0 )on a(uellas donde los bordes de las capas a soldar! se tocan en toda su extensión! ormando un "ngulo de 1:;< entre s#! este tipo de /unta se eect'a en todas las posiciones. * su ve% se subdividen en0  Huntas a tope en bordes rectos0 En donde el borde de las capas no re(uieren preparación mec"nica. sada en capas con espesores no mayores a mm de espesor! también se considera para pie%as (ue no sean sometidas a grandes esuer%os.

 Huntas en Jngulos 8 y K0 )on /untas donde las pie%as debido a su confguración! orman "ngulos interiores y exteriores! en el punto a soldar. Es aconse/able soldar las uniones en 8 en orma alternada! para evitar deormaciones. Soldaduras especialiadas

)oldadura 8IG $a sigla 8IG corresponde a las in#ciales de las palabras inglesas L8ungsten Inert GasL! lo cual indica una soldadura en una atmósera con gas inerte y electrodo de tungsteno. Este proceso emplea un electrodo permanente de 8ungsteno en un soporte especial el cual provee un gas para ormar una protección alrededor de arco y del metal undido. $os gases utili%ados son el Celio o *rgón! us"ndose en algunos casos el &72. Este procedimiento es utili%ado en uniones (ue re(uieran alta calidad de soldadura y en soldaduras de metales altamente sensibles a la oxidación ,como el titanio y el aluminio-. ero su uso m"s recuente est" dado en aceros resistentes al calor! aceros inoxidables aluminio. Es importante destacar (ue este método pude ser usado con o sin material de aporte.el metal de aporte debe ser de la misma composición o similar a la del material base. Soldadura #I$% &entajas • • • •

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Estabilidad y la concentración del arco. Es actible de utili%ar en todas las posiciones y tipos de /untas Muen aspecto del cordón ,con terminaciones suaves y lisas*usencia de salpicaduras y escorias ,lo (ue evita traba/os posteriores de limpie%a-. *plicabilidad a espesores fnos ,desde ;!3 mm-. $a gran venta/a de este método de soldadura es! b"sicamente! la obtención de cordones m"s resistentes! m"s d'ctiles y menos sensibles a la corrosión (ue en el resto de procedimientos.  $a soldadura 8IG puede ser utili%ada para soldar casi todo tipo de metales y puede acerse tanto de orma manual como autom"tica. $a soldadura 8IG! se utili%a principalmente para soldar aluminio! y aceros inoxidables! donde lo m"s importante es una buena calidad de soldadura.

Soldadura 'I$(')$

)oldadura G*+ $as siglas signifcan Gas etal *rc +elding es un proceso semiautom"tico! autom"tico o roboti%ado de soldadura (ue utili%a un electrodo consumible y continuo (ue es alimentado con la pistola tanto el arco como el ba9o de soldadura es protegido con un gas (ue puede ser inerte o activo (ue crea la atmósera protectora. Este procedimiento ace (ue no sea necesario estar cambiando de electrodo constantemente. El principio es similar a la soldadura por arco! con la dierencia en el electrodo continuo y la protección del gas lo (ue le dan a este método la capacidad de producir cordones m"s limpios ,no orma escoria! por lo (ue se pueden ormar varias capas sin necesidad de limpie%a intermedia-.de los procesos de soldadura con gas y arco de metal existen dos variantes las cuales se dierencian por el tipo de gas0 • •

IG. )oldadura de *rco et"lico con Gas Inerte *G. )oldadura de arco et"lico con gas activo

Soldadura 'I$

El método IG ,etal Inerte Gas- utili%a un gas inerte ,*rgón! Celio o una me%cla de ambos-. )e emplea generalmente para soldar aceros inoxidables! cobre! aluminio! capas galvani%adas y aleaciones ligeras. * veces es me/or utili%ar elio ya (ue este gas posee mayor ioni%ación y por lo tanto mayor rapide% de generación de calor. Durante la soldadura IG! solamente se calienta una pe(ue9a %ona alrededor de la /unta. )imult"neamente a la alimentación con ilo tiene lugar una adición del gas Inerte (ue enr#a las superfcies y protege el metal de la acción del aire ambiental. Esta previene la oxidación. El ilo de acero no est" recubierto! sino compuesto de un alma totalmente met"lica. or tanto! no se orma escoria ,cuya eliminación re(uiere bastante traba/o-! sino un cordón muy liso. Soldadura ')$

$a soldadura *G ,etal *ctive Gas- es un tipo de soldadura (ue utili%a un gas protector (u#micamente activo0

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Dióxido de carbono *rgón m"s dióxido de carbono *rgón m"s ox#geno

)e utili%a b"sicamente para aceros no aleados o de ba/a aleación. Fo se puede usar para soldar aceros inoxidables ni aluminio o aleaciones de aluminio. Es similar a la soldadura IG! se distinguen en el gas protector (ue emplean! sin embargo este procedimiento es mas barato debido al gas (ue utili%a. &entajas de la soldadura 'I$(')$ *$')+ , •

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$a soldadura G*+ es intr#nsecamente m"s productiva (ue la soldadura *! donde se pierde productividad cada ve% (ue se produce una parada para reponer el electrodo consumido. $a soldadura G*+ no se deseca tanto material como en el * cuando la 'ltima parte del electrodo revestido es desecado. $a soldadura G*+ es un proceso vers"til! pudiendo depositar el metal a una gran velocidad y en todas las posiciones. El procedimiento es muy utili%ado en espesores delgados y medios! en abricaciones de acero y estructuras de aleaciones de aluminio! especialmente donde se re(uiere un gran porcenta/e de traba/o manual.

$ases para soldadura #I$- 'I$ •

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ara soldar aceros Inoxidables! en el escudo gaseoso se utili%a argón puro! elio o la me%cla de los dos. $a me%cla de argón con ox#geno (ue se utili%an en la soldadura IG no se usan en la 8IG! debido al r"pido deterioro del electrodo de tungsteno. $a adición de nitrógeno en la soldadura 8IG no es recomendable.  8anto en la soldadura anual y reali%ación de /untas por deba/o de un espesor de 1! mm se prefere al argón como escudo gaseoso. En la 8IG la combinación de undentes e C2 provoca porosidades en el cordón de soldadura. En la soldadura 8IG el elio produce mayor u/o calor#fco y una penetración mas prounda El uso de una atmósera de elio puro

permite incrementar la velocidad de avance en mas de un 3; N en comparación con una atmósera pura de argón. Soldadura !)+

lasma *rc +elding! es un proceso muy similar al de soldadura 8IG. Es un sistema m"s desarrollado (ue el método de soldadura 8IG! (ue proporciona un aumento de la productividad. En el sistema de soldadura por plasma ay dos u/os independientes de gas! el gas plasm"geno (ue uye alrededor del electrodo de tungsteno! ormando el n'cleo del arco plasma y el gas de protección el cual proporciona la protección al ba9o de usión. En la soldadura por plasma la energ#a necesaria para conseguir la ioni%ación la proporciona el arco eléctrico (ue se establece entre un electrodo de tungsteno y el metal base a soldar. &omo soporte del arco se emplea un gas! generalmente argón puro o en ciertos casos elio con pe(ue9as proporciones de idrógeno! (ue pasa a estado plasm"tico a través del orifcio de la bo(uilla (ue estrangula el arco! dirigiéndose al metal base un corro concentrado (ue puede alcan%ar los 2:.;;; @&. Benta/as de la soldadura *+ • • • •

*lta densidad energética. #nima distorsión por calor debido a la gran velocidad de soldeo. Excelente calidad en los cordones. $os resultados obtenidos son la soldadura por plasma son comparables a la soldadura l"ser! pero con los m#nimos costos de inversión y mantenimiento.

.efectos de las soldaduras Falta de Fusión%

)i el etal de elleno se unde en la parte superior del metal base antes de estar éste listo para recibirlo! se producir" una usión defciente! resultando una soldadura muy débil. !orosidad

*gu/eros producidos por gas en las soldaduras! también llamadas sopladuras.

!enetración

$a unión no se unde en todo su espesor. Ensayos de las soldaduras

$a técnica de ultrasonidos utili%a vibraciones de alta recuencia! para determinar y medir deectos en pie%as érricos y no érricos. n transductor ultrasónico eco de cuar%o! titanato de bario o sulato de litio aproveca el eecto pie%oeléctrico para introducir una serie de pulsos el"sticos a alta recuencia en el material! por lo general por encima de los 1;;!;;; C%. $os pulsos crean una onda de deormación por compresión! (ue se propaga a través del material. $a onda el"stica se transmita a través del material a una velocidad (ue depende del módulo de elasticidad y de la densidad del mismo.

&onclusión

$a tecnolog#a y la ciencia de la soldadura an avan%ado con tal rapide% en los 'ltimos a9os! (ue ser#a casi imposible enumerar todos los métodos dierentes de soldadura (ue actualmente est"n en uso. )in embargo! todos en dos categor#as dierentes0 soldadura por usión y soldadura sin usión. Gracias al desarrollo de nuevas técnicas se a logrado notar (ue durante la primera mitad del siglo OO! la soldadura sustituyó al atornillado y al remacado en la construcción de mucas estructuras! como puentes! edifcios y barcos.