Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Unidad Profesional Azcapotzalco Tem
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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Unidad Profesional Azcapotzalco
Tema :
APLICACIÓN DEL PROCESO DE SOLDADURA EN PUENTES VEHICULARES Tesis para Obtener el Titulo de: Ingeniero Mecánico Autor: José Abraham Torres Solano DIRECTOR 1 DE TESIS: M. en C. SALVADOR RUBÉN AYALA RODRÍGUEZ DIRECTOR 2 DE TESIS: DR.. JOSÉ RUBÉN AGUILAR SÁNCHEZ
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Este trabajo resalta la importancia del proceso de soldadura, en la fabricación de estructura metálica para puentes vehiculares. Actualmente en las empresas del área metalmecánica, la soldadura es una herramienta de trabajo importante, para la unión de elementos metálicos, especialmente aquellos que son sometidos a grandes esfuerzos de carga, como es el caso de los puentes de uso vehicular. El conocimiento de las variables esenciales que intervienen en el proceso de la soldadura es muy importante para la aplicación adecuada de esta, de tal manera que se pueda contar con una calidad y resistencia adecuada para el trabajo a que serán sometidas las piezas fabricadas bajo este proceso.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL I.- CARACTERISTICAS DE SOLDADURA Y PUENTES. II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS. III.- SOLUCIONES Y MEJORAS A LOS DISEÑOS DE JUNTAS PARA LA APLICACIÓN DE SOLDADURA IV.- ESTUDIO Y ANALISIS DEL COSTO ECONÓMICO POR MEJORAS
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL I.- CARACTERISTICAS DE SOLDADURA Y PUENTES.
SOLDADURA: Se llama soldadura al proceso en el que se unen dos metales mediante una fusión localizada, producida por un arco eléctrico entre un electrodo metálico y el metal base que se desea unir; para posteriormente conseguir un cordón que al enfriarse forma una unión fuerte.
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Esquema del proceso de soldadura por arco eléctrico.
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PRINCIPIOS Y ORIENES DE LA SOLDADURA. La soldadura ha sido practicada desde que la humanidad aprendió a trabajar los metales. Originalmente, los metales eran soldados a fuerza de golpes, y los soldadores eran respetados artesanos.
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Pilar de hierro de Delhi, construido en la India en el año 310.
Unión de metales por medio del calentamiento y golpes.
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Usos y Áreas de la Aplicación de la Soldadura a) Construcción de puentes, edificios b) Producción de tuberías, recipientes, calderas, tanques c) Construcción naval d) Industria aeronáutica y espacial e) Automóviles, ferrocarriles, etc.
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LA SOLDADURA EN PUENTES La soldadura a jugado un rol importante dentro del desarrollo de la humanidad, a dando pie a la transformación, fabricación, y construcción del medio que nos rodea. Al igual que la forma en que nos desplazamos, para esto se han desarrollado vías terrestres de comunicación, las cuales nos permiten transportarnos, pero esto implica las adecuaciones del terreo a transitar, es por ello que resaltar la importancia de la soldadura en el conformado de los puentes, ya que esta permite el conformado de estructuras metálicas las cuales a su vez conforman el concepto Puente. Los puentes metálicos son estructuras imponentes que se construyen con rapidez.
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CARACTERISTICAS Y TIPOS DE LOS PUENTES Un Puente; es una estructura reticular que facilita las actividades aquellas que pudieran encontrar dificultad en sortear un obstáculo natural o una vía de circulación terrestre o marítima.
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Puentes de viga ó trabe. Están formados fundamentalmente por elementos horizontales que se apoyan en sus extremos sobre soportes o pilares.
Puente conformado por vigas del Circuito Exterior Mexiquense.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL I.- CARACTERISTICAS DE SOLDADURA Y PUENTES. Puentes de Celosía o Armadura. Es una estructura reticular de barras rectas interconectadas en nudos formando triángulos planos o pirámides tridimensionales.
Tipos de Armazón de Celosía usados en Puentes.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL I.- CARACTERISTICAS DE SOLDADURA Y PUENTES. Puentes de arco. Están constituidos básicamente por una sección curvada hacia arriba que se apoya en unos soportes o estribos y que abarca una distancia o espacio vacío.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL I.- CARACTERISTICAS DE SOLDADURA Y PUENTES. Puentes Atirantados. Están formados por un tablero suspendido por el que circulan los vehículos; los puentes atirantados sostienen la plataforma mediante cables de acero, estos cables se conectan directamente a los pilares
Puente Atirantado Sinaloa - Durango.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL I.- CARACTERISTICAS DE SOLDADURA Y PUENTES. Puente colgante es un puente sostenido por un arco invertido formado por numerosos cables de acero, del que se suspende el tablero del puente mediante tirantes verticales.
PILARES + CABLE PRINCIPAL + CABLE SECUNDARIO + TABLERO.
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PROCESOS DE SOLDADURA MÁS UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE PUENTES.
Existe un gran número de procedimientos para soldar piezas metálicas, sin embargo, hay tres principios generales aplicables a todos los procedimientos. Los tipos de soldaduras en metales se clasifican fundamentalmente por el método que se emplea para aplicar calor a las piezas a unir. Los más comúnmente usados en la fabricación de puentes vehiculares son:
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PROCESO SMAW (Soldadura manual por Arco Eléctrico con electrodo revestido.) En este proceso la unión metálica se da por el calor generado por un arco eléctrico, establecido entre el extremo del electrodo y la pieza a soldar. El electrodo revestido constituye el metal de aporte de la soldadura y está formado por un núcleo central metálico conductor de la corriente eléctrica, llamado “alma”, recubierto por una capa no conductora de la corriente llamada “revestimiento”.
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Configuración del equipo del proceso SMAW.
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Proceso FCAW (Soldadura semiautomática con Alambre Tubular) Este proceso nos permite tener grandes avances de producción, por contar con un material de aporte continuo, sin tener que cambiar el mismo continuamente como se presenta el caso en el proceso SMAW
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Proceso SAW (Soldadura por arco Sumergido) Es un proceso automático y el cual permite generar grandes avances de producción y un buen control en la aplicación de soldadura sobre todo, en la aplicación de soldaduras de filete donde es usado comúnmente.
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Proceso SAW en la unión Alma-Patín de Viga para puente.
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IMPORTANCIA DEL CONTROL DE CALIDAD EN PUENTES Un buen control de calidad asegura que el producto fabricado cumpla con todas las especificaciones y normas correspondientes, brindando seguridad a las personas que lo utilicen. Se inspeccionará la calidad de las uniones soldadas mediante los métodos: Visual, Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas, Ultrasonido y Radiografía. Los resultados de estos ensayos deben encontrarse dentro de los criterios de aceptación y rechazo de la AWS D 1.5.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
FACTORES PRINCIPALES DEL RECHAZO DE LA SOLDADURA EN PUENTES.
Los factores y defectos más frecuentes encontrados en las soldaduras son:
Porosidad: Contaminación en el material e aporte. Inclusión de escoria: Material sólido no metálico que ha quedado atrapado entre el material de aporte y el material base, o embebido en el material de aporte. Falta de Fusión: Generalmente ocasionada por falta de temperatura suficiente para fundir el metal base o el cordón anterior ya sólido. Penetración incompleta: Se da en la zona de raíz cuando no ha penetrado el metal fundido.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
Grietas o Fisuras: Pueden producirse en el centro del cordón (generalmente por movimientos durante o posteriores a la soldadura) o en la interface del material base con el de aporte (por causa de un enfriamiento brusco o falta de un correcto precalentamiento en grandes espesores) Sobre monta de soldadura: es el excedente de material base sobre lo requerido por el tipo de unión o junta. Esfuerzos residuales: Se por exceso de calor y generan deformación por las contracciones.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
La porosidad es un factor de rechazo en la soldadura.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
Posibles factores que originan el defecto
El cilindro no tiene gas. Esto pasa con mucha frecuencia. El aire o una corriente La presencia de humedad puede provocar problemas.
Las boquillas de la pistola de soldadura por arco metálico con gas (FCAW) tapadas o limitadas La boquilla de soldadura es sostenida demasiado lejos.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
El ángulo en que se pone la pistola de FCAW. La pintura, la grasa, el aceite, el pegamento y el sudor . Cuando se suelda con laminación y herrumbre. Los compuestos de revestimiento electrolítico con zinc. Los electrodos de SMAW, los electrodos de FCAW y el fundente de la soldadura por arco sumergido (SAW) absorben humedad.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
TIPOS DE MATERIALES USADOS PARA LA FABRICACIÓN DE PUENTES METÁLICOS.
En nuestros días se fabrican y se conforman puentes de acero los cuales son unidos mediante procesos de soldadura, por lo tanto se contemplan 2 materiales principales en la fabricación de los puentes metálicos; uno de ellos es el denominado el Material Base y el otro es el Material de Aporte.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
MATERIAL BASE. Los aceros que se pueden utilizar con fines estructurales para la fabricación de puentes; se pueden clasificar en:
Aceros al Carbono. Es aquel material que no requiere un contenido mínimo de elementos como: cromo, cobalto, niobio, molibdeno, níquel para cambiar sus propiedades. Aceros de Alta Resistencia y Baja Aleación (HSLA) Acero microaleado es un tipo de aleación metálica que provee mejores propiedades mecánicas o mejor resistencia a la corrosión. Aceros tratados térmicamente. Son aceros que cuentan con un tratamiento térmico para obtener mayores resistencias, alcanzando hasta 100ksi; siendo los aceros estructurales más utilizados.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
Aceros para puentes. Aunque la mayoría de los aceros estructurales son utilizables para la fabricación de puentes, se utilizan usualmente 3 tipos de aceros como el material base para el conformado de puentes vehiculares, estos son: el acero A-36, A-572 y el A-588. Estos aceros este contemplados dentro la clasificación de los aceros para puentes que contiene la norma ASTM A709. Grados de Acero. Grado 36 50 50 S 50 W HPS 50 W HPS 70 W 100 100 W
Límite de Fluencia Especificación (Ksi) ASTM 36 A-36 50 A-572 50 A-992 50 A-588 50 —— 70 —— 100 A-514 100 A-514
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
Materiales de Aporte. Dentro de la fabricación de estructura metálica para puentes vehiculares se determinara que tipo de material de aporte ó electrodos se utilizarán para la unión del material base los cuales tendrán que ser compatibles (Material Base + Material de Aporte).
El electrodo (SMAW) Alambre Tubular (FCAW) Electrodo SAW
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
PREPARACIÓN DEL METAL BASE.
Corte y habilitado del Material Base.
Biselado y Armado de piezas.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
TIPOS DE JUNTAS Y SOLDADURA PARA LA UNIÓN DE ELEMENTOS METÁLICOS.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
Tipos de Soldadura
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
PRINCIPALES POSICIONES DE APLICACIÓN DE SOLDADURA.
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II.- PROBLEMATICAS Y CARACTERISTICAS DEL DISEÑO DE JUNTAS.
LA IMPORTANCIA DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA. En dada uno de los trabajos de soldadura a desarrollar para la fabricación de estructura para puentes vehiculares, se debe de contar con un Procedimiento de Soldadura (WPS) para cada una de los procesos, para poder tener las bases necesarias y correspondientes, para saber cómo se tendrá que aplicar el proceso de soldadura a trabajar
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III.- SOLUCIONES Y MEJORAS A LOS DISEÑOS DE JUNTAS PARA LA APLICACIÓN DE SOLDADURA
ANÁLISIS DE RIESGOS PARA LA APLICACIÓN DE SOLDADURA EN PUENTES. En todo trabajo hay que tener en cuenta los posibles riegos a presentarse dentro de cualquier proceso y en todo escenario a presentarse, en el caso de la soldadura hay que analizar cada una de las variables del proceso de soldadura a ejecutar.
DETERMINACIÓN DE LUGARES Y PROCESOS ADECUADOS. No existen reglas sencillas y precisas que determinen el tipo de proceso de soldadura más adecuado para cada trabajo en particular en la fabricación de estructura metálica para puentes vehiculares. En general, los factores determinantes son las condiciones del proyecto.
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III.- SOLUCIONES Y MEJORAS A LOS DISEÑOS DE JUNTAS PARA LA APLICACIÓN DE SOLDADURA
PERSONAL CERTIFICADO PARA EL SEGUIMIENTO DEL PROCESO DE SOLDADURA.
EQUIPOS ESPECIALES PARA LA MEJORA DE PROCESOS. Corte mediante láser
Corte con Laser.
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III.- SOLUCIONES Y MEJORAS A LOS DISEÑOS DE JUNTAS PARA LA APLICACIÓN DE SOLDADURA
Equipo modular para el trasporte de grandes piezas.
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III.- SOLUCIONES Y MEJORAS A LOS DISEÑOS DE JUNTAS PARA LA APLICACIÓN DE SOLDADURA
IMPORTANCIA DE LAS MEJORAS PARA LOS PUENTES EN EL FUTURO. Las mejoras permitirán que se fabriquen Puentes metálicos con mayor calidad y en menor tiempo para proyectos importantes dentro y fuera de México. Además se reducirán las frecuencias y costos de mantenimiento en puentes que se encuentren en operación. Cada una de las mejoras implementadas dará frutos en nuevos diseños de Puentes Metálicos, los cuales podrán minimizar la cantidad de elementos prefabricados de concreto en las vías terrestres.
CONTROL Y SEGUIMIENTO DE LAS MEJORAS DEL PROCESO DE SOLDADURA. Es un proceso que requiere un esfuerzo organizado y sistemático; al igual que la calidad, no es un accidente encontrado dentro de un Taller, esto está contemplado para garantizar cada uno de los procesos que involucran la fabricación y el término de una pieza metálica.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL IV.- ESTUDIO Y ANALISIS DEL COSTO ECONÓMICO POR MEJORAS
COSTO POR MEJORAS DE LAS VARIABLES. Toda mejora implica un reajuste en el proceso y por lo tanto implica un costo extra al costo unitario del producto, en nuestro caso se vería impactado el precio unitario de nuestra estructura metálica, cabe mencionar que es importante controlar todas estas variables las cuales son esenciales para mantener siempre estable nuestro costo, pues si no es así tendremos una afectación con los sobre costos por reparaciones, las cuales son necesarias para el funcionamiento del puente y más aún cuando son de uso vehicular.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL APLICACIÓN DEL PROCESO DE SOLDADURA EN PUENTES VEHICULARES
FIN GRACIAS POR SU ATENCIÓN