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I

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Fundamentos Teóricos 1.1 Conceptos Generales de la Soldadura

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL E.A.P. INGENIERIA INDUSTRIAL 1.1.1 Historia

La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios, con los primeros ejemplos de soldadura desde la edad de bronce y la edad de hierro en Europa y el Oriente Medio. La soldadura fue usada en la construcción del Pilar de hierro de Delhi, en la India, erigido cerca del año 310 y pesando 5.4 toneladas métricas. La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que los herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó a De la pirotechnia, que incluye descripciones de la operación de forjado. Los artesanos del Renacimiento eran habilidosos en el proceso, y la industria continuó creciendo durante los siglos siguientes. Sin embargo, la soldadura fue transformada durante el el siglo XIX. En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico, y los avances en la soldadura por arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por un ruso, Nikolai Slavyanov, y un americano, C. L. Coffin a finales de los años 1800, incluso como la soldadura por arco de carbón, que usaba un electrodo de carbón, ganó popularidad. Alrededor de 1900, A. P. Strohmenger lanzó un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco más estable, y en 1919, la soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag, pero no llegó a ser popular por otra década. La soldadura por resistencia también fue desarrollada durante las décadas finales del siglo XIX, con las primeras patentes yendo a Elihu Thomson en 1885, quien produjo posteriores avances durante los siguientes 15 años. La soldadura de termita fue inventada en 1893, y alrededor de ese tiempo, se estableció otro proceso, la soldadura a gas. El acetileno fue descubierto en 1836 por Edmund Davy, pero su uso en la LABORATORIO soldadura no fue práctico hasta cerca de 1900, cuando fue desarrollado DE MANUFACTURA: SOLDADURA un soplete conveniente. Al principio, la soldadura de gas fue uno de los más populares métodos de soldadura debido a su portabilidad y costo relativamente bajo. Sin embargo, a medida que progresaba el siglo 20, bajó en las preferencias para las aplicaciones industriales. En gran fue sustituida por CURSO: Procesos departe Manufactura I la soldadura de arco, en la medida que continuaron siendo desarrolladas las cubiertas de metal para el electrodo (conocidas como fundente), que estabilizan el arco y blindaban el material base de las impurezas. La Primera Guerra Mundial causó un repunte importante en el uso de los PROFESOR: Ing. Rosales procesos de soldadura, con las diferentes fuerzas militares procurando determinar cuáles de los varios procesos nuevos de soldadura serían los mejores. Los británicos usaron primariamente la soldadura por arco, incluso construyendo una nave, el Fulagar, con un casco enteramente soldado. Los estadounidenses eran más ALUMNO: vacilantes, pero comenzaron a reconocer los beneficios de la soldadura de arco cuando el proceso les permitió reparar rápidamente sus naves después de los ataques vera 07170180 alemanes Peña en el puerto de Gustavo Nueva York alAlonso principio de la guerra. También la soldadura de arco fue aplicada primero a los aviones durante la guerra, pues algunos fuselajes de aeroplanos alemanes fueron construidos usando el proceso. Durante los años 1920, importantes avances fueron hechos en la tecnología de la soldadura, incluyendo la introducción de la soldadura automática en 1920, en la que el alambre del electrodo era alimentado continuamente. El gas de protección se convirtió en un tema recibiendo mucha atención, mientras que los científicos procuraban proteger las soldaduras contra los efectos del oxígeno y el nitrógeno en

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos la atmósfera. La porosidad y la fragilidad eran los problemas primarios, y las soluciones que desarrollaron incluyeron el uso del hidrógeno, argón, y helio como atmósferas de soldadura. Durante la siguiente década, posteriores avances permitieron la soldadura de metales reactivos como el aluminio y el magnesio. Esto, conjuntamente con desarrollos en la soldadura automática, la corriente alterna, y los fundentes alimentaron una importante extensión de la soldadura de arco durante los años 1930 y entonces durante la Segunda Guerra Mundial. A mediados del siglo XX, fueron inventados muchos métodos nuevos de soldadura. 1930 vio el lanzamiento de la soldadura de perno, que pronto llegó a ser popular en la fabricación de naves y la construcción. La soldadura de arco sumergido fue inventada el mismo año, y continúa siendo popular hoy en día. En 1941, después de décadas de desarrollo, la soldadura de arco de gas tungsteno fue finalmente perfeccionada, seguida en 1948 por la soldadura por arco metálico con gas, permitiendo la soldadura rápida de materiales no ferrosos pero requiriendo costosos gases de blindaje. La soldadura de arco metálico blindado fue desarrollada durante los años 1950, usando un fundente de electrodo consumible cubierto, y se convirtió rápidamente en el más popular proceso de soldadura de arco metálico. En 1957, debutó el proceso de soldadura por arco con núcleo fundente, en el que el electrodo de alambre auto blindado podía ser usado con un equipo automático, resultando en velocidades de soldadura altamente incrementadas, y ése mismo año fue inventada la soldadura de arco de plasma. La soldadura por electro escoria fue introducida en 1958, y fue seguida en 1961 por su prima, la soldadura por electrogas. Otros desarrollos recientes en la soldadura incluyen en 1958 el importante logro de la soldadura con rayo de electrones, haciendo posible la soldadura profunda y estrecha por medio de la fuente de calor concentrada. Siguiendo la invención del láser en 1960, la soldadura por rayo láser debutó varias décadas más tarde, y ha demostrado ser especialmente útil en la soldadura automatizada de alta velocidad,. Sin embargo, ambos procesos continúan siendo altamente costosos debido al alto costo del equipo necesario, y esto ha limitado sus aplicaciones.

1.1.2 La soldadura como unión metálica El primer paso hacia la comprensión de los procesos de soldadura lo constituye el análisis de los fenómenos, que intervienen cuando se produce el contacto de dos superficies sólidas. Para ello recordemos, que los metales están constituidos por granos. Cada uno de éstos es a su vez un arreglo periódico especial de átomos, que da origen a lo que conocemos como retícula cristalina. El tamaño medio de estos granos es variable y cada grano está separado de sus vecinos por una zona de transición, que se conoce como límite de grano. Los límites de grano desempeñan un papel importante en la determinación de las propiedades mecánicas de un metal. Si consideramos ahora un átomo cualquiera en el interior de un grano, el mismo se halla ligado a sus vecinos por fuerzas de enlace, que caracterizan a estos sólidos. Sin embargo, resulta evidente que los átomos metálicos, que se encuentran en la superficie libre, no podrían completar sus enlaces. Si en estas condiciones ponemos en adecuado contacto dos superficies de este tipo, se establecerán dichos enlaces, constituyendo la superficie así formada algo equivalente a un límite de grano. Es la posibilidad de reproducir este fenómeno en forma controlada, lo que da origen a los procesos de soldadura.

1.1.3 Naturaleza de las superficies metálicas

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos En la explicación anterior hemos considerado dos superficies metálicas planas, ideales como para que se establezca un íntimo contacto entre ellos. Sin embargo, las superficies metálicas raramente se encuentran en ese estado, lo que impide en la práctica la reproducción del proceso ya descrito. Para comprender los procesos reales, es necesario analizar las características de las superficies reales, tal como ocurren en la naturaleza. Cualquier superficie real examinada en la escala atómica es extremadamente irregular. Está constituida por picos y valles variables entre unos doscientos diámetros atómicos correspondientes a las superficies más perfectas que el hombre puede preparar, hasta cien mil diámetros atómicos para superficies desbastadas. Dado que estas irregularidades se encuentran distribuidas al azar, es sumamente improbable que poco más que algunos átomos se pongan en contacto íntimo necesario para que experimenten fuerzas de atracción sensibles. Otro impedimento, que se presenta para lograr la soldadura ideal, lo constituye la presencia inevitable de capas de óxido y humedad adheridas a las superficies metálicas. De este análisis surgen las dificultades, que se presentan para lograr una unión metálica adecuada al poner dos cuerpos en contacto. Sin embargo, la ciencia de la Soldadura se ocupa de estudiar los medios prácticos, para producir uniones átomo a átomo a través de superficies metálicas preexistentes y en un número suficiente para otorgar resistencia mecánica satisfactoria. Los recursos empleados para lograr este objetivo nos permitirán hacer una clasificación de los procesos de soldadura.

1.1.4 Clasificación de los procesos de soldadura Una forma de lograr el contacto íntimo de dos superficies metálicas para la producción de una soldadura, es someter las mismas a una presión recíproca. Si ésta es de magnitud adecuada, será capaz de romper las capas de óxido y humedad y deformar la superficie, logrando así el contacto necesario. Esto da origen a lo que se conoce como Soldadura por Presión. Este proceso puede o no ser asistido por energía térmica, pero debe tenerse en cuenta que, cuando así ocurre, la temperatura del proceso debe mantenerse por debajo del punto de fusión de los materiales que intervienen. El principal efecto del uso de energía térmica es el de reducir la tensión de fluencia de los materiales que se sueldan, así como disociar los óxidos y volatilizar la humedad. Otro camino para lograr la soldadura, es emplear energía térmica para fundir localmente los metales que se deseen unir y, de esta manera, lograr la eliminación de las capas mencionadas y el íntimo contacto de las piezas por la fusión y solidificación de los materiales en contacto. Generalmente, éste se conoce como Soldadura por Fusión. Son múltiples las posibilidades de aplicación de estos procesos de soldadura. Su campo de aplicación depende, entre otras cosas, del material a soldar, de su espesor, de los requisitos que debe satisfacer la costura, y de la construcción. La multiplicidad de la ejecución de la costura, tanto en la forma como en el método y las aplicaciones, ha conducido al desarrollo de muchos procesos en esta técnica. La selección del proceso más favorable, adecuado y económico de soldadura presupone el conocimiento de la manera de ejecutarla y sus peculiaridades. En el presente Capítulo hacemos una breve descripción de los procesos por Arco Eléctrico más empleados en el país y también del proceso Oxi-Gas.

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Fig. 1: Clasificación General de los Procesos de soldadura

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1.2 Soldadura por Arco Eléctrico (SMAW) Es un proceso de soldadura, donde la unión es producida por el calor generado por un arco eléctrico, con o sin aplicación de presión y con o sin metal de aporte. La energía eléctrica se transforma en energía térmica, pudiendo llegar esta energía hasta una temperatura de aprox. 4 000°C. La energía eléctrica es el flujo de electrones a través de un circuito cerrado. Cuando ocurre una pequeña ruptura dentro de cualquier parte, o apertura del circuito, los electrones se mueven a gran velocidad y saltan a través del espacio libre entre los dos terminales, 1,5 - 3 mm produciendo una chispa eléctrica, con la suficiente presión o voltaje para hacer fluir los electrones continuamente. A través de esta apertura, se forma el arco eléctrico, fundiéndose el metal a medida que se avanza. El arco eléctrico es, por lo tanto, un flujo continuo de electrones a través de un medio gaseoso, que genera luz y calor.

1.2.1 Soldadura por arco eléctrico manual con electrodo metálico revestido Idea del proceso La soldadura por arco eléctrico manual con electrodo revestido o simplemente “Soldadura Eléctrica”, como la conocemos en nuestro medio, es un proceso de unión por fusión de piezas metálicas. Para lograr la unión, se concentra el calor de un arco eléctrico establecido entre los bordes de las piezas a soldar y una varilla metálica, llamada electrodo, produciéndose una zona de fusión que, al solidificarse, forma la unión permanente. Principio de funcionamiento de la soldadura por arco eléctrico. El equipo consta de:

Fig. 2: Partes del Circuito de Soldadura por Arco Eléctrico 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Generador de corriente (Fuente de poder) Cables de soldadura Porta-Electrodo Masa o tierra Electrodo Pieza de trabajo

El circuito se cierra momentáneamente, tocando con la punta del electrodo a la pieza de trabajo, y retirándola inmediatamente a una altura preestablecida, 1,5 - 3mm

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos formándose de esta manera un arco. El calor funde un área restringida del material base y la punta del electrodo, formando pequeños glóbulos metálicos, cubiertos de escoria líquida, los cuales son transferidos al metal base por fuerzas electromagnéticas, con el resultado de la fusión de dos metales y su solidificación a medida que el arco avanza, según puede verse en la Fig. 3.

Fig. 3: Fusión de Electrodo 1. Núcleo metálico 2. Revestimiento 3. Gota en formación 4. Escoria 5. Arco eléctrico 6. Metal base 7. Baño de fusión y cráter del metal base en fusión 8. Protección Gaseosa 9. Cordón depositado 10. Penetración El arco eléctrico es muy brillante y emite rayos visibles e invisibles, algunos de los cuales causan quemaduras, ligeras lesiones a la piel y dolores temporales a los ojos, si es que no se les protege debidamente.

1.3 Soldadura por arco eléctrico con alambre sólido y gas 1.3.1 Descripción del proceso En la soldadura por Arco Metálico con Gas, conocida como Proceso MIG/MAG, la fusión es producida por un arco que se establece entre el extremo del alambre aportado continuamente y la pieza a soldar. La protección se obtiene íntegramente de los gases suministrados simultáneamente con el metal de aporte. Existen dos clasificaciones en este proceso, las cuales son en función del tipo de gas protector:  

MIG: El cual emplea protección de un gas inerte puro, (helio, argón, etc.). Para metal no ferroso. MAG: El cual hace uso de dióxido de carbono, CO2, o mezcla de CO2 + Argón como gas protector. Para metal ferroso.

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos La tarea, que cumplen los gases protectores arriba mencionados, es la de proteger al arco, al baño de fusión al material de aporte contra el peligroso acceso de los gases de la atmósfera. Este proceso de soldadura se muestra en al Fig. 4. En ella se señala el alambre, la protección gaseosa, el arco y el metal depositado. El proceso puede ser semiautomático o automático, siendo el método semiautomático el de mayor aplicación.

Fig. 4: Representación esquemática de la Soldadura con CO2 El tipo de transferencia del alambre de aporte a través del arco depende del valor de la corriente. A bajas corrientes, la transferencia se realiza por grandes glóbulos o gotas (cortocircuito, globular). Cuando la corriente aumenta y se usa 80% de Argón, estas gotas se reducen progresivamente hasta que, a una determinada corriente que depende del material y del diámetro del alambre, la transferencia se efectúa en finas gotitas o por pulverización (Spray).

1.3.2 Características del proceso        

Este proceso permite: Excelente calidad de soldadura en casi todos los metales y aleaciones empleados por la industria. Mínima limpieza después de soldar. Arco y baño fundido claramente visibles para el soldador. Fácil trabajo en todas las posiciones, lo que depende del diámetro del alambre y de las variables del proceso. Alta velocidad de trabajo. Excento de escoria. Cuando se hace uso de CO2, es para soldar aceros al carbono y aceros de baja aleación, empleando el alambre adecuado. Cuando se hace uso de argón o helio (MIG), es para soldar sólo material no ferroso, aluminio-cobre-magnesio, acero wox, etc.

La razón del uso de Argón o Helio como gas protector en estos materiales se debe al carácter oxidante del CO2.

1.3.3 Equipo Los componentes principales del equipo requerido para el proceso se muestran en la Fig. 5 y son:  

La máquina de soldar (fuente de poder). Motor para la alimentación de alambre y controles.

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos   

Torcha o pistola o ensamblaje de cables para soldadura semiautomática refrigerada por aire o por agua. Suministro de gas protector y controles. Alambres o material de aporte.

Fig. 5: Equipo de Soldadura MIG/MAG La Máquina de Soldar: La fuente de poder es del tipo de “voltaje constante” (CV). Las fuentes de poder de voltaje constante no tienen control de amperaje y, por ello, no pueden ser empleadas para la soldadura anual con electrodos. Normalmente se emplea, para este proceso, corriente continua con polaridad invertida. Las máquinas están disponibles desde 100 a 500 amperios. Alimentador de Alambre: Es el dispositivo que hace que el alambre pase por el tubo de contacto de la pistola para fundirse en el arco. El alimentador tiene uno o dos pares de rodillos accionados por un motor reductor de velocidad variable. Tienen 01 electroválvula para controlar el paso de gas de protección. Consta de: - Porta Rollo - Guía de Alambre - Rodillo de Arrastre - Rodillo de Presión y una -Antorcha o Pistola. Los sistemas de alimentación pueden ser: - De empuje (Push) - De arrastre (Pull) - Combinado (Push - Pull) La antorcha o pistola es el conjunto de cables que sirven para conducir el alambre, la corriente para soldar y el gas protector está dispuesto en forma concéntrica a la guía. La guía de alambre se encuentra en el centro de la boquilla, y el canal de suministro de gas protector está dispuesto en forma concéntrica a la guía. La pistola debe mantenerse bastante cerca del trabajo para controlar el arco apropiadamente y producir una eficiente protección a través del gas protector. Las pistolas pueden ser de diferente diseño: del tipo mango de pistola o con cabezal curvo (cuello de ganso). El tipo cuello de ganso es muy popular para la soldadura con alambres finos, en todas las posiciones; y el tipo mango de pistola se emplea generalmente con alambres más gruesos, en posición plana. Para la soldadura plenamente automática, se suele montar la pistola directamente en el motor de avance del alambre. Las pistolas automáticas tienen

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos enfriamiento por aire o agua, lo que depende de su aplicación. En la soldadura CO 2, con frecuencia se emplea un sistema de suministro lateral de gas para las pistolas automáticas. EL Gas Protector: Desplaza el aire alrededor del arco para evitar la contaminación del metal fundido con gases de la atmósfera. La envoltura protectora de gas debe proteger eficientemente el área del arco para obtener un metal de aporte de buena calidad. El gas protector, para la soldadura por arco metálico a gas normalmente usado, es el argón, helio o una mezcla para metales no-ferrosos; para aceros se emplea CO2, CO2 con argón y a veces helio para aceros inoxidables o argón con pequeña cantidad de oxígeno para ciertos aceros y aceros inoxidables. Los gases protectores deben tener la especificación “Welding Grade” (“grado para soldadura”). De esta manera se consigue un nivel específico de pureza y de contenido de humedad. Los grados de la presión de gas dependen del tipo de gas empleado, del metal a soldar, de la posición de soldar, velocidad de avance y de las corrientes de aire. Alambre de Aporte: La composición del alambre para soldadura por arco metálico a gas debe seleccionarse de acuerdo al metal a soldar, a la variación dentro del proceso MIG/MAG y la atmósfera de protección. Los alambres están disponibles en diferentes diámetros, en carretes. Por lo general, están empaquetados en recipientes especiales para protegerlos del deterioro durante el almacenaje.

1.4 Soldadura por arco eléctrico con electrodo de Tungsteno y gas 1.4.1 Descripción del proceso La soldadura por arco de tungsteno con gas (TIG) es un proceso, en que la fusión es producida por el calor de un arco que se establece entre un electrodo de tungsteno no-consumible y la pieza de trabajo. La protección se obtiene de un gas inerte (argón o helio). La Fig. 6 muestra el esquema del proceso TIG. Ahí se indican el arco, el electrodo de tungsteno y la envoltura protectora de gas sobre la pieza de trabajo. La varilla desnuda de metal de aporte es aplicada manualmente, introduciéndola en el arco y en el baño de fusión, como en el proceso oxi-acetilénico. Se puede o no emplear metal de aporte.

Fig. 6: Proceso de Soldadura TIG

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1.4.2 Características del proceso Las características sobresalientes de la soldadura TIG son:  Excelente calidad de la soldadura en casi todos los metales y aleaciones empleados por la industria.  Prácticamente no se requiere ninguna limpieza posterior.  Arco y baño de fusión son claramente visibles para el soldador.  No hay metal de aporte que atraviese el arco, de modoque no se producen salpicaduras.  La soldadura es posible en todas las posiciones.  No se produce escoria que podría quedarse atrapada en la soldadura. El proceso TIG puede emplearse para aluminio, magnesio, acero inoxidable, bronce, plata, cobre, níquel y aleaciones, hierro fundido, aceros dulces, aceros aleados, abarcando una amplia gama de espesores de metal. También se emplea para pases de raíz en juntas soldadas de tubos de acero, buscando la mayor eficiencia en primer pase.

1.4.3 Equipo Los principales componentes del equipo requerido para el proceso TIG (ver Fig. 7) son:  La máquina de soldar (fuente de poder).  La pistola y los electrodos de tungsteno.  Los alambres para metal de relleno.  El gas protector y controles. Están disponibles varios accesorios opcionales, que incluyen un pedal para control remoto, permitiendo al soldar controlar la corriente durante la soldadura y pudiendo así efectuar correcciones y llenar cráteres. Así mismo están disponibles sistemas de circulación de agua de enfriamiento para la pistola, un distribuidor para encendido del arco, etc.

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Fig. 7: Equipo y Aplicaciones de GTAW La Máquina de Soldar: Para el proceso TIG se emplea una máquina de soldar (fuente de poder) de diseño especial. Puede ser un rectificador con CA/CC o un generador de corriente continua (CC) con una unidad de alta frecuencia. La selección de corriente CA o CC depende del material a soldar. Corriente alterna es recomendada para la soldadura de aluminio y magnesio; corriente continua se recomienda para soldadura de aceros inoxidables, hierro fundido, acero Al C y baja aleación, cobre, níquel y aleaciones y plata. Una típica máquina de soldar TIG opera con un amperaje de 3 a 350 amperios, con 10-35 voltios y un ciclo de servicio de 60%. También es posible hacer uso de fuentes de poder normales de CA o CC, diseñadas principalmente par electrodos revestidos, adicionando un dispositivo para alta frecuencia. Sin embargo, los mejores resultados se obtienen con una máquina de soldar especialmente diseñada para la soldadora TIG. La pistola: La pistola TIG sujeta el electrodo de tungsteno y dirige el gas protector y la energía de soldar al arco. Las pistolas pueden ser enfriadas por agua o aire, lo que depende del amperaje de la corriente para soldar. Generalmente se emplean las pistolas con enfriamiento para agua. El Gas de Protección: Un gas inerte, sea argón, helio o una mezcla de ambos, protege el arco de los gases perjudiciales de la atmósfera. El argón es más usado, porque es fácil obtenerlo y, siendo más pesado que el helio, proporciona mejor protección a menor grado de presión. Para la soldadura en posición plana y vertical es suficiente un caudal de 15 a 30 pies cúbicos/hora. La posición sobre cabeza requiere un caudal ligeramente mayor. Los electrodos: Los electrodos que se emplean para el proceso TIG son de tungsteno y aleaciones de tungsteno. Tienen un punto de fusión muy elevado (6 170°F) y prácticamente no se consumen. El electrodo no toca el baño fundido. En posición apropiada, el electrodo es sostenido encima de la pieza de trabajo, y es el calor intenso procedente del arco el que mantiene el baño en estado líquido. Los electrodos son de tungsteno puro (los más baratos), tungsteno con 1-2% de torio (de larga vida -se emplean para aceros) o de tungsteno aleado con circonio (menor contaminación, mejor calidad- se emplean para aluminio). Los diferentes tipos de tungsteno son fácilmente reconocibles según un código de color. Se presentan en varios diámetros y largos de 3 a 24 pulgadas. El Metal de Aportación: Se puede o no emplear metal de aporte. Normalmente es empleado, con excepción de casos en que se suelda láminas delgadas. La composición del metal de aporte deber ser adecuada para el metal base. Los diámetros de las varillas de metal de aporte dependen del espesor del metal base y de la corriente para soldar. La alimentación del metal de aporte puede ser manual o automática.

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2.5

Normas de Soldadura

2.5.1 Norma AWS de electrodos para aceros de baja aleación Tomando como ejemplo los electrodos E 6011 (CELLOCORD AP), E 7010 (CELLOCORD 70), E 7018 (SUPERCITO) y E 11018 (TENACITO 110), podemos interpretar la Norma, guiándonos por las Tablas No. 1y2.

Tabla 1 Según las normas AWS las posiciones de soldeo son: F = plana; H = horizontal; H- filete = filete horizontal; V-Descend. (V-down) = vertical descendente; V= vertical; OH= sobre cabeza. Las normas AWS A5.1 y AWS A5.5 señalan otras propiedades de estos electrodos, especialmente en cuanto a características físicas y a la composición química, que deben tener los depósitos de soldadura efectuados con estos electrodos. El sufijo (Ejemplo EXXXX A1) indica el porcentaje aproximado de aleación en el depósito de soldadura

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Tabla 2 * (Solamente se requiere un elemento de esta serie para alcanzar la clasificación G.) Interpretación de la Norma a) La letra E designa el producto: Electrodo para soldadura eléctrica manual. b) Los primeros 2 dígitos -en un número de 4 dígitos- o 3 dígitos -en un número de 5 dígitos señalan la resistencia mínima a la tracción, sin tratamiento térmico post soldadura: E 60XX 62 000 lbs/pulg mínimo E 70XX 70 000 '' '' E 110XX 110 000 '' '' c) El último dígito, íntimamente relacionado con el penúltimo, es indicativo del tipo de corriente eléctrica y polaridad en la que mejor trabaja el electrodo e identifica a su vez el tipo de revestimiento, el que es calificado según el mayor porcentaje de materia prima contenida en el revestimiento; por ejemplo el electrodo E-6010 tiene un alto contenido de celulosa en el revestimiento aproximadamente un 30% o más; por ello es que a este electrodo se le clasifica como un electrodo de tipo celulósico. Similar clasificación se da en los otros electrodos. d) El tercer dígito indica la posición en la que se puede soldar satisfactoriamente con un electrodo. Por ejemplo, el número 1 en el electrodo E 60 1 significa que el electrodo es apto para soldar en toda posición (plana, vertical, sobre cabeza y horizontal). El número 4 en un electrodo E 70 8 indica que el electrodo es conveniente para posición plana y también para posición vertical descendente.

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Fig. 8: Ejemplo de aplicación de norma AWS

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2.6

Gases protectores para soldadura al arco con gas

La norma AWS específica los gases protectores. A continuación se detallan sucintamente algunas características de los más empleados.

2.6.1 Efectos de Gases sobre la forma del cordón

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Fig. 9: Efectos de gases sobre el cordón

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2.7 Técnicas de la Soldadura por Arco 2.7.1 Generalidades Existe gran variedad de tipos de juntas y son varias las posiciones, en las cuales puede realizarse una soldadura. La figura adjunta muestra la variedad de juntas tal como aparecen en los trabajos de soldadura.

Fig. 9: Efectos de gases sobre el cordón

2.7.2 Posiciones de la Soldadura Los trabajos de soldadura, o más propiamente la ejecución de los cordones, pueden realizarse en las posiciones siguientes:  

 

Posición plana: Es decir, sobre un plano horizontal. La ejecución de cordones en esta posición es más fácil y económica. En lo posible, la pieza debe colocarse de tal forma, que permita la ejecución de los cordones en esta posición. Posición vertical: Las planchas a soldar se encuentran en posición vertical y los cordones también se ejecutan siguiendo la dirección de un eje vertical. La soldadura puede hacerse en forma ascendente y también en sentido descendente. Posición horizontal: Las planchas están colocadas verticalmente y el cordón se ejecuta horizontalmente, tal como indica la figura. La soldadura de tuberías: Es una combinación de las diferentes posiciones. En los trabajos, que se realizan en el taller o en campo, se presentan situaciones diversas, tal como las posiciones indicadas, así como posiciones intermedias.

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Fig. 10: Soldadura en Posición Plana

Fig. 11: Soldadura en Posición Vertical

Fig. 12: Soldadura en Posición Horizontal

Fig. 13: Soldadura en Posición Sobre Cabeza

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Fig. 14: Soldadura para tubos

2.7.3 Factores fundamentales para obtener una buena soldadura Los siguientes factores son determinantes para obtener una buena junta en la soldadura eléctrica: 

 











Electrodos Apropiados para el Trabajo: Es muy importante seleccionar correctamente el tipo y diámetro del electrodo apropiado para el trabajo a realizarse. Para determinar el tipo adecuado del electrodo, deben conocerse bien los “Electrodo para Soldadura Eléctrica”. Esta determinación debe hacerse siguiendo las indicaciones dadas en los capítulos anteriores. Un amperaje insuficiente: Dificulta mantener el arco, produce abultamiento del material y mala penetración. Un amperaje excesivo: Tiene como consecuencia un cordón chato y con porosidades, produce recalentamiento del electrodo y mucha salpicadura. Longitud adecuada del arco: La longitud del arco, aunque no es posible determinarla en mm o fracciones de pulgada, se mide por los resultados de deposición del metal, o sea por la forma del cordón y también por el comportamiento del arco. Una longitud muy corta: Produce cordones con sopladuras e inclusiones de escoria, de poca penetración, gruesas e irregulares. El arco se interrumpe y el electrodo muestra tendencia a pegarse al metal base. Una longitud muy larga: Trae como consecuencia un apreciable aumento de salpicaduras; la penetración es insuficiente, el cordón presenta sobre montas y es de un ancho indeseable. Además, en muchos casos el cordón resulta poroso. Apropiado ángulo de inclinación del electrodo: El ángulo de inclinación del electrodo con respecto a la pieza de trabajo influye sobre la forma y aspecto del cordón y también sobre su penetración; de ahí la necesidad de trabajar con un ángulo de inclinación correcto. Un ángulo demasiado cerrado: Trae como consecuencia una deposición excesiva de metal de aporte, mala conformación del cordón y penetración inadecuada.

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





Un ángulo demasiado abierto: Producirá ondulaciones pronunciadas en el cordón con formación de crestas. El cordón resulta irregular, porque por acción del soplado la escoria es expulsada y no recubre bien. Apropiada velocidad de avance: Una lenta o excesiva velocidad de avance del electrodo produce defectos en la soldadura, razón para buscar un avance apropiado que produzca buenas juntas soldadas. Una velocidad muy lenta: Produce abultamiento del metal de deposición, desbordándose sobre la plancha. Puede ser causa de incrustaciones de escoria en la junta soldada. Una velocidad excesiva: Produce un cordón delgado, de aspecto fibroso, con poca penetración, deficiente fusión del metal y muchas porosidades.

Fig. 15: Defectos que se presentan por Mala Regulación de los Parámetros de Soldadura

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2.8 Forma básica del símbolo de soldadura

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4.1

Riesgos y Recomendaciones

Un accidente en la ejecución de soldaduras generalmente ocasiona lesiones graves y pérdidas económicas significativas. La faena produce humos, emite radiación y utiliza electricidad, esto puede provocar quemaduras, intoxicaciones, incendios y explosiones. La utilización de equipos de protección personal, una correcta ventilación y la capacitación resultan fundamentales para una soldadura más segura. Un dato importante es que una escoria (o chispa) puede saltar más de 5 metros y pueden pasar hasta 20 minutos antes de su enfriamiento. Entonces, se apunta a evitar que la chispa caiga sobre un ojo o sobre material combustible. Por ello, es necesario analizar los principales riesgos del sistema de soldadura de arco manual y las recomendaciones para prevenir y disminuir los accidentes. A continuación se muestra posibles riesgos en un taller de soldadura y algunas recomendaciones importantes: 4.1.1.- Las quemaduras El arco eléctrico que se utiliza como fuente calórica y cuya temperatura alcanza valores sobre los 4.000º C, desprende radiaciones visibles y no visibles que pueden provocar quemaduras en piel y ojos, en caso de no contar con una protección adecuada. Las quemaduras también pueden ocurrir cuando las chispas ingresan a través de la ropa arremangada, al interior de las vastas, en los dobleces o en los bolsillos. En ocasiones se utilizan poleras corporativas de algodón o fibra sintética sin tratamiento ignífugo, la que se derrite o funde al tomar contacto con material incandescente. La lesión más común es la quemadura ocular, señalan los especialistas y ésta se da cuando no se utilizan los elementos de protección personal correctos. Éstos variarán dependiendo del material y de la intensidad lumínica. Las recomendaciones: •La vestimenta que se utilice durante la experiencia de soldadura debe reducir el potencial riesgo de quemado o atrapado de chispas. Se evitará la ropa rasgada, arremangada, de fibra sintética, con residuos de grasa y pantalones con basta exterior. Las mangas y los cuellos estarán abotonados y si existen bolsillos, éstos deben poseer solapas o cierres para evitar la entrada de chispas. Son preferibles las prendas de lana. En 23

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caso de usarse ropa de algodón, ésta deberá ser tratada químicamente para reducir su combustibilidad. •Usar delantales de cuero, guantes y protecciones de cabeza resistentes a las llamas. Por ningún motivo, utilizar guantes engrasados. •Para proteger los ojos usar antiparras para soldar con protección de contornos y cristal con un filtro o un lente protector con la densidad adecuada al proceso e intensidad de la corriente utilizada. A esto se suman las máscaras o pantallas de mano con vidrios oscuros. •Se prohíbe el uso de lentes de contacto en los soldadores. •Incorporar apantallamientos para protección de terceros. Actualmente se comercializan cortinas de PVC con una estructura de aluminio, con lo que se evita que se proyecten las chispas y que atraviese la radiación ultravioleta, protegiendo a los estudiantes que se encuentran alrededor. •Es recomendable que los elementos de protección personal cuenten con algún tipo de certificación. Las soluciones inadecuadas generan una falsa sensación de seguridad que exponen al trabajador a mayores peligros. 4.1.2.- Incendios y explosiones Los incendios generalmente se producen por caídas de escorias sobre un material combustible como cartones, virutas de madera y papel. Esto ocurre porque habitualmente no se limpia el lugar de trabajo una vez que termina el trabajo de soldadura. Las recomendaciones: •Nunca soldar en las proximidades de líquidos inflamables, gases, vapores, metales en polvo o combustibles. •Antes de iniciar un trabajo en el laboratorio de soldadura, identificar los potenciales generadores de calor. Es importante recordar que éste puede ser transmitido a las proximidades de materiales inflamables por conducción, radiación o chispa. •Cuando las operaciones lo requieren, las estaciones de soldadura se deben separar mediante pantallas o protecciones incombustibles y contar con extracción forzada. •Los equipos de soldar se deben inspeccionar periódicamente. La frecuencia de control se documentará para garantizar que estén en

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condiciones de operación segura. Cuando se considera que la operación no es confiable, el equipo debe ser reparado por personal calificado. •Es importante considerar que soldar recipientes que hayan contenido materiales inflamables o combustibles resulta una operación muy peligrosa y que sólo debe efectuarse si se ha realizado previamente una limpieza por personal experimentado y bajo directa supervisión. La elección del método de limpieza depende generalmente de la sustancia contenida. Existen tres métodos: agua, solución química caliente y vapor. •Las condiciones en que se realicen las experiencia en el laboratorio de soldadura pueden cambiar, por lo que se sugiere realizar tantos chequeos como sean necesarios para identificar potenciales ambientes peligrosos. •Es fundamental contar con procedimientos claros que especifiquen las áreas de trabajo y sus condiciones. El lugar debe ser chequeado antes de comenzar la faena.

4.1.3.- Intoxicación por gases Si durante la experiencia el alumno aspira los humos metálicos procedentes de los materiales a soldar (pinturas, galvanizado, cromado) puede dañar su salud. Por ejemplo las soldaduras sobre disolventes o en sus cercanías genera fosgeno, un gas venenoso que produce líquido en los pulmones y por consiguiente la muerte. A esto se agrega que las altas temperaturas de la operación originan la ionización de los gases del aire formándose ozono y óxidos nítricos, vapores que irritan los ojos, la nariz, la garganta y los pulmones. Las recomendaciones: •Para realizar la soldadura, elegir los lugares ventilados del taller. •Tener especial precaución con los filtros que se usan en los extractores. Se recomiendan los filtros electrostáticos que se limpian fácilmente. •Cada alumno deberá utilizar una protección respiratoria acorde con el tipo y la concentración del contaminante, tomando en cuenta el tiempo de exposición. •Advertir al resto de los alumnos, a través de letreros, cuál es la zona de soldadura y sus peligros.

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4.1.4.- La electrocución En soldaduras al arco los alumnos pueden estar expuestos a descargas eléctricas. Generalmente ocurren cuando las máquinas soldadoras están en mal estado o faltan las protecciones diferenciales en alimentadores eléctricos. Las recomendaciones: •En la mayoría de los talleres el voltaje usado es 220 ó 380 volts. Se debe tener en cuenta que estos son voltajes altos son capaces de inferir graves lesiones y debe evitarse hacer algún trabajo en los cables, interruptores y controles, antes de desconectar la energía. •Todo circuito eléctrico debe tener una línea a tierra para evitar que la posible formación de corrientes parásitas produzca un choque eléctrico al operador. Nunca operar una máquina que no tenga su línea a tierra. •En las máquinas que tienen dos o más escalas de amperaje no es recomendable efectuar cambios de rango cuando se está soldando, esto puede producir daños en las tarjetas de control, u otros componentes. •Cuando el portaelectrodos no está en uso, no debe ser dejado sobre la mesa o en contacto con cualquier otro objeto que tenga una línea directa a la superficie donde se está soldando. El peligro en este caso es que el portaelectrodo, en contacto con el circuito a tierra, provoque un corto circuito en el transformador del equipo. •El trabajador no debe estar sobre una poza, ni tampoco trabajar en un lugar húmedo. •Se recomienda utilizar zapatos dieléctricos con puntera reforzada.

4.1.5.- Los golpes En ocasiones los soldadores no utilizan cascos ya que éste no tiene un buen anclaje con las viseras de las caretas de seguridad. Por este motivo, se exponen a golpes por caídas de materiales o por los mismos elementos para soldar que no están correctamente sujetos como barandas o estructuras. Las recomendaciones:

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•Se recomienda utilizar casco de seguridad sin visera, el que permite acoplar las máscaras de soldar o las caretas de corte para el uso de esmeril angular. •Utilizar andamios conforme a la normativa y arnés y línea de vida cuando sea necesario.

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