Tema 08.1 - SMAW Tecnología

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Tema08.1-SMAWTecnolog a-slidepdf.com

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Procesos de Soldadura SOLDADURA POR FUSION ARCO ELECTRICO

ARCO ELECTRICO MANUAL

ELECTRODO

TIG

VARILLA


OXIGAS

MIG/MAG

FCAW

ALAMBRE MACIZO

SAW

ALAMBRE TUBULAR

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Definición  La soldadura por arco eléctrico manual es un proceso

de soldadura en el que la coalescencia se produce por el calor generado por el arco eléctrico establecido entre el extremo del electrodo revestido y la superficie del metal base en la unión en que se esta soldando.  La AWS 3.0 lo denomina como:

S : Shield M : Metal A : Arc W : Welding http://slidepdf.com/reader/full/tema-081-smaw-tecnologia

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Principios del Proceso  Establecimiento de un circuito eléctrico cerrado.  Iniciación con el cebado del arco.  Generación de calor por efecto Joule.  Emisión de electrones.  Generación de una atmósfera ionizada (permite el paso de la corriente a través del aire).  Desprendimiento de gotas de metal fundido

sobre el metal base fundido, formando el baño de fusión.  Formación del cordón de soldadura.


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ElANODO Arco 4200 Eléctrico Descarga contínua ° °C C + + + IONES METALICOS

+ + + + +

L

+

L

L A

L

COLUMNA PLASMA

A

M

M

A

A

-

entre 2 conductores separados ligeramante por donde va a pasar - una corriente eléctrica. - ELECTRONES - La temperatura máxima promedio medida al centro de arco eléctrico es de 5000°C (9000°F).

CATODO 3200 ° C CATODO 3200 ° C http://slidepdf.com/reader/full/tema-081-smaw-tecnologia

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Mercado U.S.A. 45 40 35 30 SMAW MIG/MAG FCAW SAW

25 20 15 10 5 0 1986

1990

1994


1997

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Mercado EUROPEO 60 50 40 SMAW MAG/MIG FCAW SAW

30 20 10 0 1986

1990


1994

1997

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Esquema del Proceso Fuente de poder Portaelectrodo Electrodo

Cable de fuerza Metal Base Cable de tierra http://slidepdf.com/reader/full/tema-081-smaw-tecnologia

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Ventajas y Desventajas del Proceso Ventajas:   

económica Fuente de poder y pórtatil. sencilla, Menos sensible al viento. No es necesario protección adicional.

Desventajas: Tasa de deposición por tiempos muertosbaja, en retirar la escoria y cambio de electrodo.  No es aplicable en metales de bajo punto de fusión (Pb,Ag), ni a los metales sensibles a la oxidación.  Es un proceso manual. 

Se puede emplear cualquier posición.en  Es aplicable en cualquier espesor ( > 1,60 mm).  Es aplicable a la mayoría de los y aleaciones de  Para espesores mayores a usometales industrial. 38mm el proceso es  Se puede emplear en zonas sumamente improductivo. de acceso limitado.  Baja rendimiento 


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Rendimiento del Material Depositado PROCESO DE SOLDADURA

EFICIENCIA

Electrodo Revestido Arco Sumergido (SAW)(SMAW) MIG-MAG (GMAW)

60-80% 90-95% 90-95%

TIG (GTAW) Alambres Tubulares (FCAW)

98% 80-85%


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FUENTE DE PODER http://slidepdf.com/reader/full/tema-081-smaw-tecnologia

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Caracteristicas de Poder– Fuente

♦

Tipo de corriente : Alterna / Continua. Voltaje en vacío. Ciclo de trabajo. Capacidad de corriente : Amperaje (min/máx). Tipo de regulación : Electrónica / Eléctrica/Combustión. Red : Monofásica / Trifásica. Funciones adicionales : Fuerza de arco y Hot Start.

⇒

Condición fundamental: Amperaje Constante

♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦


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Fuente de Poder de Amperaje Constante V

1

Vn

Vo Diagrama Estático de la Máquina Curva de Equilibrio del Arco f(tipo de electrodo, long. del arco) 3

2

In http://slidepdf.com/reader/full/tema-081-smaw-tecnologia

A Icc 14/83

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Máquinas de Soldar - SMAW  Máquinas Estáticas  Máquinas Rotativas  Máquinas Inversoras


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Máquinas Estáticas - SMAW

 Transformadores

 Rectificadores

 Transformadores -rectificadores


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Máquinas Rotativas - SMAW  De motor eléctrico  De motor a combustión interna : 

A gasolina



A petróleo


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Máquinas Inversoras - SMAW  Máquinas Inversoras Monofásicas

 Maquinas Inversoras Trifásicas


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ACCESORIOS http://slidepdf.com/reader/full/tema-081-smaw-tecnologia

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Portaelectrodo la corriente eléctrica del  Transfiere cable al electrodo.

aislado para permitir la  Está manipulación por el operador.

 Disponible en varias capacidades.


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Pinza de Tierra  Es el medio de conexión del cable de fuerza a la pieza de trabajo.  Están disponibles en varios tamaños y configuraciones para diferentes aplicaciones.


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Cables Longitud de cable en el circuito A 100 150 200 250 300 350 400 450 500 400 800 1200

60´ 4 2 2 2 1

100´ 4 2 2 2 1

150´ 4 2 1 1/0 2/0

200´ 2 1 1/0 2/0 3/0

1/0 1/0 2/0 2/0 4/0 4/0 (2) 4/0 (3)

1/0 1/0 2/0 2/0 4/0 4/0 (2) 4/0 (3)

3/0 3/0 4/0 4/0

4/0


∅ A.W.G.

300´ 1 2/0 3/0

400´ 1/0 3/0 4/0

Operación automática (100% Ciclo de trabajo)

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MATERIAL BASE http://slidepdf.com/reader/full/tema-081-smaw-tecnologia

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Material Base

Se debe conocer:

Composición Química .  Dimensiones y formas.  Historia Térmica (Tratamiento Térmico).  Curvas de revenido  Características Mecánicas.  Condiciones de Servicio. 



Soldabilidad.


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Propiedades de los Materiales Bases Límite de Fluencia Resistencia a la Tracción

Tenacidad Corrosión

Aceros Especiales

Temperatura

Elongación

Dureza


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Agentes de Desgaste Impacto Abrasión

Fricción

Aceros Especiales

Temperatura

Corrosión

Cavitación

Erosión


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Clasificación General de los Aceros Aceros al Carbono Aceros de Bajo Carbono

0,03% < C ≤ 0,25% 

ASTM A-36

Aceros de Mediano Carbono

0,25 < C ≤ 0,45% 

Aceros Fundidos

Aceros de Alto Carbono

C > 0,45% 

Aceros Herramienta


Aceros Aleados Aceros de Baja Aleación

Aleantes ≤ 5% Aleantes Aceros T1



Aceros de Mediana Aleación

5% < Aleantes ≤ 10%

Aceros al 5% Cr – 0,5% Mo



Aceros de Alta Aleación

Aleantes > 10% Aceros Inoxidables Aceros al Manganeso 

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Técnica de Soldadura en Función del Metal Base b b

b

b

Conocimiento del metal base (metalurgía) Tranformaciones Estructurales debido a la velocidad de enfriamiento: Energía aportada Dimensiones de la pieza Precalentamiento, Post-calentamiento y T T Posibles problemas de agrietamiento: Carbono Eq., Hidrógeno y Espesor Material de aporte y Soldabilidad del metal base

Dilataciones y contracciones Dilución


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MATERIAL DE APORTE http://slidepdf.com/reader/full/tema-081-smaw-tecnologia

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Material de Aporte Tema08.1-SMAWTecnolog a-slidepdf.com


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Electrodo Revestido Alma o metálico) Núcleo (alambre

Revestimiento

xxxxx

Identificación según NEMA

Nombre del producto ó Norma Técnica


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Alma ó Núcleo Composición Química (%): C Mn

0,06 (0,1 máx.) 0,4 máx.

Si S P

0,02 máx. 0,01 (0,04 máx.) 0,01 (0,04 máx.)


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Funciones del Revestimiento a a a

Función Eléctrica Función Metalúrgica Función Mecánica ó Física


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Funciones del Revestimiento Gas de protección proveniente del revestimiento de electrodo

Metal solidificado Escoria

Depósito de soldadura


Dirección de avance Núcleo del electrodo Fundente del electrodo

Gotas de metal Metal Base

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Función Eléctrica b

Asegurar una buena ionización entre el cátodo y el ánodo (estabilización del arco y una fusión uniforme).

b

Permitir el empleo de corriente alterna y/o corriente continua Facilitar el encendido del arco (cebado)

b


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Función Metalúrgica b

Generación de gases para proteger al metal fundido de los

b

gases dañinos del medio ambiente de la escoria protectora: Agregar los elementos formadores h Evita los cambios bruscos de temperatura h En la escoria se elimina las impurezas: S y P Compensar la perdida de los elementos aleantes que por acción de las altas temperaturas del arco tienden a perderse: Silicio,Cromo. Aporta elementos de aleación para obtener propiedades y características determinadas: Cromo, Manganeso, Niquel, etc.

b

b


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Función Mecánica ó Física b b b b b b b b

Formar el cañón (cráter) del electrodo (transferencia de las gotas alen baño de fusión)del cordón de soldadura Influenciar la formación (escoria) Influenciar el la protección de baño de fusión Influenciar en la penetración Evitar un arco errático Permitir operar el electrodo en diferentes posiciones de soldadura Permitir en algunos casos la soldadura por “arrastre” del electrodo Ayudar a la transmisión del calor al metal


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Tipos de Revestimientos según AWS  Celulósicos  Rutílicos: Medio Y Grueso  Hierro en Polvo: Acidos  Básicos de Bajo Hidrogeno  Mixtos


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Tipos de Revestimientos según DIN Símbolo O A AR R RR B C V


Designación Oxidantes Acidos ( O. de Hierro) Acido Rutilo Rutilo de medio Rutilo grueso Básico Celúlosico Varios

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Electrodos Celulósicos El revestimiento esta formado por sustancias

b

orgánicas que generan grandes cantidades de calor (celulosa) b

b

Pueden trabajar con amperajes altos, sin embargo, son susceptible a que se queme el revestimiento cuando se emplea amperajes demasiados altos Se puede soldar con corriente continua y alterna.

b b

Aplicaciones especiales en tuberías (piping) Ejemplos: E 6010, E 6011 E 7010-A1, E 8010-G


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Características de los Electrodos Celulósicos Tema08.1-SMAWTecnolog a-slidepdf.com

b b b b b b

b b

Elevada penetración- Arco muy potente Poca escoria y es liviana Transferencia tipo spray Revestimiento con alto contenido de celulosa C6 H10 O5 + 1/2 O2 6 CO + 5 H2 Factor de revestimiento: 1,4-1,6 Secado: 65 - 110°C Humedad en el revestimiento: 2 a 4% Los electrodos de biselado llegan hasta 7% Puede trabajar con ambos tipos de corriente Con corriente continua la polaridad debe ser (pase invertida, sin en embargo trabajan bien con polaridad directa de raíz soldadura de tuberías)


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Electrodos Básicos a a a a a a a a a a

Su principal componente es el Ca CO3 y F2Ca, lo que produce una escoria básica (desulfurizante) El Mn y Si aumentan la basicidad de la escoria Soldadura presenta altos valores mecánica La temperatura de secado es de 450°C Humedad máxima en el revestimiento: 0,4% Son electrodos muy higroscópicos Sueldan en toda posición Factor del revestimiento: 1,65-1,80 Trabajan con corriente CA y CC (+) Ejemplos: E 7018, E 8018-C3, E 11018-G


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Características de los Electrodos Básicos b

Características del arco: h Transferencia del metal en gotas h Importante efecto de la polaridad h Existe dificultad con c.a

b

Necesariamente debe usarse: arco corto con poca oscilación El arco es suave, pocas salpicaduras, penetración media y buena velocidad de avance.

b


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Electrodos con Hierro en Polvo b b b b b b

Tiene adición de hierro en polvo en el revestimiento El hierro en (alta polvoeficiencia incrementa la cantidad de material depositado de deposición) Presenta arco mas ancho y estable Soportan de mejor manera los altos amperajes que los electrodos comunes de relleno y acabado Ideal para soldadura Limitados a posición plana y horizontal E 7024, E 6027


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b

Electrodos Rutílicos El revestimiento contiene oxido de rutílo (aproximadamente 50% del revestimiento)

b b b b b

La escoria es densa y viscosa Ideal para soldadura de relleno y acabado Sueldan en toda posición Presentan excelentes características de soldabilidad Ideales para aplicarse en soldaduras por arrastre E 6012, E 6013


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TASA DE DEPOSICION 10 1/8" ) r h / b l ( D e d T

5/32"

3/16"

8 6 4 2 0 E6010 E6011 E6013 E7014 E7018 E7024

Tipo de Electrodo


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Caracteristicas Generales de los Electrodos en Funcion del Revestimiento Tema08.1-SMAWTecnolog a-slidepdf.com

 Ductilidad   Penetracion Ausencia de socavado  Ausencia de salpicaduras

Celulosicos 2 1 3

 Eficiencia de deposicion  Facilidad de manipuleo

de  Facilidad reencendido  Resistencia a la fisuracion 1: Muy bueno


Rutilicos 3 3 1

Basicos 1 2 2

3 3

1 1-2

2 1-2

2

1

3

2

1

3

3

2

1

2: Bueno

3: Regular

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Minerales Típicos en los Revestimientos (%) Componente

CELULOSICO RUTILICO

BASICO DE BAJO H

EFECTO

Si O2

32

19

16

Ti O2

18

45

23

Forma escoria Estabiliza el arco

CaF

-

-

13

Básicidad

CELULOSA

30

4

-

Protección gaseosa

Fe-Mn

7

6

3

Repone Mn

CaCO3

-

-

35

Basicidad


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Contenidos de Humedad de los

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Electrodo

Electrodos según AWS Contenido de humedad Contenido máximo en

ml. en el revestimiento (%) hidrógeno difundido por 100 grs de metal

depositado E-6011 CELULOSICO E-6013 RUTILICO E-7018 BASICO E-10018 G BASICO E-312-16 RUTILICO E 410 NiMo-15 BASICO

1.5-3.5

> 20

1% Má Má x.

> 15

0.4 Má x.

5

0.2 Má Má x. 0.4 Má x.

3 >5

0.2 Má x.

3


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Tiempos Permisibles de Exposición al medio ambiente según D1.1 Tema08.1-SMAWTecnolog a-slidepdf.com

ELECTRODO

A (Horas)

A5.1 b E 7018

4 máx CONDICIONES 26.7°C

b

A5.5 E 80XX

2 máx 80% HUMEDAD RELATIVA

b

E 90XX

1 máx

b b

E 100XX E 110XX



A: Electrodo expuesto a la interperie por un tiempo mayor debe resecarse


1/2 máx 1/2 máx

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Absorción de Humedad en los

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Electrodos B ásicos de Bajo Hidró Hidr geno Curva Bá para electrodos básicos E-7018 YEó 10018 G 6.0 % H

5.6

u

4.8

80% HR

m e d a

3.6

60% HR

d

1.2 0.4

40 % HR 8

10

12

14

16

18

22

24

26

28

30

TIEMPO DE EXPOSICION DEL ELECTRODO E-7018 Y E-10018 G A LA INTEMPERIE ( horas)


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Problemas en los Electrodos Revestidos por Absorcion de Humedad b b b b b b

Porosidad en el metal depositado. Incremento de salpicaduras. Mal aspecto exterior del cordón. Mala estabilidad del arco. Socavaciones en el metal depositado. Formación de precipitados sobre el revestimiento (afloramiento).


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Condiciones Típicas de Mantenimiento y Resecado Tema08.1-SMAWTecnolog a-slidepdf.com

de Electrodos Revestidos CONDICIONES DE MANTENIMIENTO*

AWS RESECADO** AMBIENTE

BAJO HORNO

E6010/11 T° ambiente no recomendado recomendado E6012/13 E6019/20 30±10°C 12 A 24° C por

no

1 hora

a T° E6022/27 HR Máx50% encima de T° 135±15°C E7014/24 ambiente E7027 E7015/16 no 30 a 140°C por 427°C E7018/7028 recomendado encima de T° horas E7018M/7048 ambiente


260 a 1ó2

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Resecado de Electrodos


b

b

b

Se debe evitar sobrepasar las temperaturas que el fabricante recomienda Los hornos deben tener circulación de aire y permitir la evacuación del aire húmedo Se RECOMIENDA usar hornos de mantención en campo y termos, con mayor razón donde la humedad relativa es alta y cuando se esta soldando con electrodos básicos


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Embalaje de Manipuleo y Transporte Electrodos b

b

b

b

El manipuleo debe ser de tal manera que no se deteriore las ”condiciones normales”. Se requiere que el envase proteja al electrodo de un deterioro por mal trato. Manipular los electrodos con guantes limpios y secos, colocarlos en superficies sin grasa, polvo, pintura o suciedad Es necesario considerar siempre al elegir un producto el tipo de embalaje, tomando en cuenta: el transporte, las condiciones del clima y la humedad relativa del medio


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a

Almacenaje de Electrodos Hacer uso de los electrodos de manera cronológica. Es necesario que figure la fecha de fabricación del producto.

a a a a a

Los envases nocaso deben serhornos abiertos su uso. Cuando sea el usar de hasta conservación, especialmente cuando se trata de electrodos básicos. En el caso de las latas deben almacenarse verticalmente. De ser posible el almacén debe ser en un lugar seco. Controlar que los envases no estén deteriorados.


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NormaPosiciones AWS Ade5.1Elementos y A 5.5aleantes

Electrodo

soldadura

E x x x x x x x - x Resistencia a la tracción en 1000 lb/pulg2


Revestimiento Tipo de corriente Polaridad

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Significado del ultimo dígito Clasificación Corriente

Penetración

Tipo de Revestimiento

EXX10 EXXX1 EXXX2 EXXX3 EXXX4 EXXX5 EXXX6 EXXX8 EXX20 EXX24 EXX27

DCEP AC-DCEP AC-DCEN AC & DC AC & DC DCEP AC O DCEP AC O DCEP AC O DC AC O DC AC O DC

BUENA BUENA BAJA BAJA BAJA MEDIO MEDIO MEDIO MEDIO BAJA MEDIO

CELULOSA-SODIO CELULOSA-POTASIO RUTILO-POTASIO RUTILO-SODIO RUTILO-Fe en polvo BAJO H.-SODIO. BAJO H.-POTASIO BAJO.H.-Fe en polvo OXIDO DE HIERO-SODIO RUTILO-Fe en polvo. OXIDO DE Fe-Fe en Polvo

E7018

AC/DCEP

MEDIO

BASICO DE BAJO HIDROGENO


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Materiales con que SMAW se pueden soldar a

Aceros al carbono

a a

Aceros de baja aleación Aceros al Manganeso Aceros inoxidables Hierros Fundidos Aluminio y aleaciones Cobre y aleaciones Níquel y aleaciones

a a a a a a

Recubrimientos duros (carburos de tungsteno, cobalto, hastelloy, etc.


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Especificaciones de la AWS para Electrodos Revestidos TIPO DE ELECTRODO ESPECIFICACION ACERO AL CARBONO ACERO DE BAJA ALEACION ACEROS INOXIDABLES

A5.1 A5.5 A5.4

FIERROS FUNDIDOS ALUMINIO Y ALEACIONES COBRE Y ALEACIONES

A5.15 A5.3 A5.6

NIQUEL Y ALEACIONES RECUBRIMIENTOS

A5.11 A5.13 y A5.21


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¿COMO SE SELECCIONA UN MATERIAL DE APORTE?


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Criterios de Selección de Electrodos Revestidos a a

a a a a a a

Composición química similar al metal base Composición química diferente al metal base Posición de soldadura Diámetro del electrodo Propiedades mecánicas del electrodo Dilución Soldabilidad Transferencia


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Parametros de Soldadura PARAMETROS PARAMETROS

CONSECUENCIA DE

PRINCIPALES: a a a a a

Amperaje LOS PRINCIPALES: b Tipo y Ø de electrodo Velocidad de avance b Posición de soldadura Altura de arco Tipo de corriente Polaridad

b

b b


Espesor de material base Preparación de junta N°de pases

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Intensidad de Corriente ó Amperaje Tema08.1-SMAWTecnolog a-slidepdf.com

POSICION

Amp.mín

Amp.medio Amp.máx

50

80

110 PLANA

n

FILETE n

HORIZONTAL SOBRECABEZA

n

n

VERTICAL ASC


n n

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Dilución

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EC: -1101811018 -G 0,06% 3 Mn: 1,2% Ni: 1,5%

4

2 SAE 1040

C: 0,40 Mn: 0,8 1

70% % Dilucion Electrodo Revestido

30%

Influencia de los Parametros de


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Soldadura en el % de Dilucion b

b

VELOCIDAD DE AVANCE (250mm/min) Amperaje (A) Dilución 130 150

30% 42%

AMPERAJE ( 160 Amp) Velocidad (mm/min) Dilución 220

44%


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Corriente alterna (AC) El sentido del flujo de corriente cambia 120 veces por segundo (frecuencia de 60 Hz).  Se obtiene una penetración y una tasa de depósito media.  Se reduce el soplo magnético.  El equipo es más económico. e t n e i r r o C


t

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Corriente directa (DC)

La corriente directa fluye continuamente en un solo sentido.  Puede usarse con todos los tipos de electrodos recubiertos.  Es la mejor opción para aplicaciones a bajos amperajes.

DCEP (+) (-)


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Corriente directa (DC)

El encendido y la estabilidad de arco son

mejores. Produce menos salpicadura. DCEP para alta penetración. DCEN para alto depósito.

DCEN ( -) (+)


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Tipos de Corrientes y Polaridad Corriente continua Polaridad Invertida

Corriente continua Polaridad Directa

Corriente alterna


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(-)

(+)

(+)

(-) Polaridad Invertida MAYOR PENETRACION (1012 A/m2)

Polaridad directa MENOR PENETRACION (109 A/m2 )

Pasos a seguir


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IDENTIFICACION DEL METAL BASE

1 TECNICA DE SOLDADURA

4

METAL BASE

2

SELECCIÓN DEL PROCESO DE SOLDADURA

3 SELECCIÓN DEL MATERIAL DE APORTE


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Efecto de las variables 5/27/2018


OK

A-

A+


V-

V+ TS- TS+

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Calidad de soldadura 5/27/2018


 Inclusiones de escoria

 Porosidad

 Velocidad de avance errática.  Oscilación demasiado amplia.  Escoria del cordón anterior.

 Corriente excesiva.  Metal óxido. base sucio, aceites, grasa, demasiado  Alta humedad en el recubrimiento.

 Fusión Incompleta

 Velocidad de avance muy alta.  Mayor diámetro de electrodo del necesario.


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Calidad de soldadura


 Socavado

 Excesivo amperaje de soldadura.  Voltaje demasiado alto.  Velocidad de oscilación alta.

 Porosidad de agujero de gusano

por humedad o azufre  Causado en el acero.  Superficie de la junta sucia.  Demasiada humedad en la junta.


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Diseños de Junta


b

A tope b En filete b

A solape b Tubería


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POSICIONES DE SOLDADURA

Posiciones de Soldadura a Tope


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4G 3G

2G

1G

Posiciones de Soldadura en Filete


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1F

3F

Seguridad e Higiene


2F

4F

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 

  


ANSI Z49.1 – Seguridad al soldar y cortar. El arco eléctrico emite una luminosidad intensa, acompañada de radiación ultravioleta e infrarrojas. Utilizar filtros. Los humos generados son volátiles y pueden ser tóxicos. Utilizar extractores de aire y solicitar MSDS. Vestimenta humeda puede originar derivaciones de corriente. Utilizar ropa aislante. Se generan altos niveles de temperatura pudiendo originar quemaduras. Utilizar equipo completo para el soldador.

Seguridad e Higiene


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Conclusión General


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08.1-SMAWTecnolog a-slidepdf.com Para cada aplicación Tema existirá la posibilidad de emplear varios procesos de soldadura. La selección dependerá de los procesos que tengamos disponibles y del dominio de cada uno de ellos. Desde el punto de vista técnico cada proceso brindará diferentes calidades de uniones soldadas. Desde el punto económico cada proceso de soldadura nos brindará

diferentes costos de uniones soldadas. “Por lo tanto, todos los procesos de soldadura son importantes, siendo en el Perú el SMAW el de mayor aplicación en la actualidad.”


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Tema 08.1 - SMAW Tecnología

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