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• Olga Sandoval Romero

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Ing. Abelardo Acosta Aguirre

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Introducción ¾ La globalización y la reducción de costos operativos, demanda el empleo de materiales con características especiales. ¾ Los fabricantes de acero desarrollan productos acordes a las nuevas requerimientos de los usuarios. ¾ Materiales que tienen como finalidad incrementar la vida útil de las piezas. ¾ Es importante entonces conocer la gama de Materiales Especiales que hay en el mercado para establecer el correcto procedimiento de soldadura a aplicar. 3

Mecanismo de Desgaste

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Mecanismo de Desgaste

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Mecanismo de Desgaste • • •

Desprendimiento de material en un componente mecánico Perdida de eficiencia y/o inutibilidad completa del sistema El objetivo es minimizar los costos de mantenimiento a través de la prolongación de la vida útil de partes y piezas 1. La aplicación de un revestimiento protector antidesgaste 2. La reparación de partes y piezas que han sufrido roturas y/o desprendimientos. 6

Clasificación de tipos de desgaste 1. ABARASION 2. IMPACTO 3. FRICCION 4. CORROSION 5. CALOR 6. EROSION 7. CAVITACION

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1.- ABRASION • • •

Describe varias formas de desgaste superficial Causado por el movimiento relativo de partículas duras en la superficie El grado de abrasión depende de la naturaleza de las partículas abrasivas, (morfología, granulometría, concentración, ángulo incidencia y la velocidad relativa) 1. Abrasión pura o de bajo esfuerzo 2. Abrasión de alto esfuerzo 3. Abrasión por desgarramiento 8

Abrasión pura o de bajo esfuerzo • Abrasivo de granulometría fina/media • Excepción de impacto • Angulos de incidencia pequeños • Presiones bajas (abrasivo sobre metal) • Para proteger, se emplean revestimientos de elevada dureza y alta densidad de deposito, minimizar la resistencia al flujo del abrasivo

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Chute de descarga

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Abrasión de alto esfuerzo • Abrasión de tres cuerpos • Constituido por partículas pequeñas y que no impactan sobre la superficie de desgaste • Se encuentra entrapado y expuesto a elevadas presiones producto de la acción de dos superficies • Los esfuerzos generados sobre las superficies son grandes, muchas veces superiores al limite elástico del metal, lo que conlleva la plastificación y/o el desprendimiento de material • La selección de estructuras metalúrgicas del tipo CarburosMatriz (martensita) es lo mas apropiado

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Rueda guía de pala

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Abrasión por desgarramiento • “Abrasión por penetracion” ó “abrasión cortante” • Difiere al anterior en cuanto a que el elemento abrasivo es de mayor tamaño y muchas veces existe impacto • Las presiones ejercidas sobre la superficie son muy elevadas • Se caracteriza por el deterioro superficial implica desprendimiento macroscópicos de metal • La acción penetrante y cortante implica una deformación plástica de la superficie • La aplicación de material de alta tenacidad, reduce este tipo de desgaste

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2.- IMPACTO • Es la transferencia de energía, el cual se convierte en trabajo de deformación elástica y plástica • En la medida que la superficie reciba el impacto y pueda absorber energía es que exhibirá resistencia al choque • La propiedad de la tenacidad es muy importante en este tipo de desgaste, test de Charpy-V • El empleo de las aleaciones tenaces del tipo aceros al manganeso austeniticos y aceros de baja aleación tratados térmicamente, son los que están

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3.- FRICCION • • • •

•

Se considera la acción de un par bimetálico en contacto dinámico El análisis de estas superficies amplificadas nos permite observar la existencia de aristas agudas Micro rugosidades, las cuales son las responsables de recibir y transmitir las cargas aplicadas Dado que las áreas de contacto son extremadamente pequeñas, las presiones involucradas son elevadísimas y frecuentemente exceden el limite elástico del material El desplazamiento de dos superficies implica un considerable aumento de la temperatura la puede alcanzar el punto de fusión de uno u otro de los metales posibilitando la generación de micro soldaduras

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3.- FRICCION (continua) •

•

Debido al movimiento de superficies, se produce la inmediata ruptura de estas micro soldaduras Esta ruptura se puede dividir en: 1.

2.

•

Cuando la micro soldadura ofrece menor resistencia al esfuerzo de corte que el metal, “friccion por corte” Cuando la micro soldadura es mas resistente que alguno de los metales, “friccion con soldadura”, partículas removidas del material mas suave

La experiencia practica junto con pruebas de laboratorio han permitido grandes avances, por ejemplo: El desgaste dirigido, producir el desgaste sobre una superficie que tenga menor costo, “babbit”

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4.- EROSION • La diferencia frente a la abrasión, esta en el hecho de que el abrasivo es proyectado en un flujo fluido o gaseoso contra la pieza • La energía cinética de las partículas abrasivas es transferida al componente, deterioro superficial • El deterioro de la superficie dependerá de la tenacidad y dureza del metal base, dureza y granulometría del abrasivo, angulo de incidencia del haz abrasivo 20

5.- CORROSION •

•

Existe en casi todos los sectores industriales, particularmente donde las piezas están en contacto con agua fresca o salina, en ambientes básicos o ácidos, o cuando las mismas están expuestas a gases a temperaturas normales o elevadas Se puede definir la corrosión como un ataque químico o electroquímico sobre un material del ambiente que lo rodea 1. En ambientes secos o corrosión por oxidación 2. Corrosión electro-quimica

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6.- CAVITACION •

•

• •

Es la generación y posterior implosión de burbujas de vapor de agua producto de un cambio de velocidades en el fluido que implican cambios de presión hidráulica en el sistema. La burbuja es generada cuando la presión baja a los niveles de presión de vapor del fluido y se produce implosión cuando dicha burbuja se encuentra nuevamente con zonas de mayor presión Conjuntamente a la cavitacion está presente la corrosión Para resistir estos desgastes, los materiales resistentes a la cavitacion deben exhibir buenas propiedades de tenacidad, tales como los aceros inoxidables martensiticos, inoxidables austeniticos, aleaciones de Cr-Co-W y fundiciones de bronce.

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7.- CALOR 1.

2.

3.

Fatiga térmica.- se debe a la repetición de ciclos de calentamiento y enfriamiento en donde, si el componente tiene alguna restricción a su libre contracción o dilatación, se generan esfuerzos residuales considerables Oxidación.- al estar ésta expuesta a elevadas temperaturas y dependiendo de Composición química del metal base, se puede formar óxidos inestables y de pobre adherencia, escamas de oxidación La protección de componentes para trabajos de altas temperaturas se basa en la aplicación de un recubrimiento protector refractario o rico en cromo, para favorecer la formación del oxido de cromo (Cr2O3), es estable, denso y d b dh ió

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Criterios de Selección de los Materiales Especiales 26

EXSA S.A. – DIVISION SOLDADURAS

Propiedades Límite de Fluencia Resistencia a la Tracción Materiales

Tenacidad

Corrosión

Especiales

Temperatura

Elongación

Dureza 27

Agentes de Desgaste Impacto

Abrasión

Fricción

Materiales Especiales

Temperatura

Corrosión

Cavitación

Erosión

28 EXSA S.A. - DIVISION SOLDADURAS

Tipos de materiales • Aceros al carbono

Ferrosos

– ( St-52, A 633, A355)

• Aceros de baja aleación – (HSLA, A 514, T1, HB 400)

• Aceros de alta aleación – (Ac. Inoxidables, Ac. Mn)

• Aceros fundidos – (FeFdo. Blanco, Fe Fdo. Nodular) 29

Tipos de materiales • Aluminio y aleaciones

No-Ferrosos

– (AA 5652, AA5086)

• Níquel y aleaciones – (Monel 400, Inconel 600, Hastelloy X)

• Cobre y aleaciones – (Bronces, Cupro aluminios, Cupro níquel con Al y Mg)

• Titanio y aleaciones – (Aleaciones a, aleaciones b, Ti 5 Al-2,5 Sn)

• Cobalto y aleaciones – (Stellyte) 30

¿Cómo establecemos Una Secuencia de Soldadura?

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¿Tipo de Soldadura? Soldadura de Unión :

Soldadura de Recargue : 32

Pasos a seguir IDENTIFICACION DEL METAL BASE

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TECNICA DE SOLDADURA

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METAL BASE

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SELECCIÓN DEL PROCESO DE SOLDADURA

3 SELECCIÓN DEL MATERIAL DE APORTE 33

1. Identificación del Metal Base ™ Composición Química (análisis químico) ™ Características Mecánicas (ensayos mecánicos) ™ Tratamiento Térmico (metalografía) ™ Curvas de Revenido ™ Dimensiones y Formas ™ Grado de embridamiento 34

2. Procesos de Soldadura soldadura porhidrógeno atómico .................... AHW soldadura por arco con electrodo desnudo ... BMAW soldadura por arco con electrodo de grafito .. CAW -gas ............................. CAW-G -protegido ............................. CAW-S -doble ............................. CAW-T soldadura por electrogas .............................. EGW soldadura por arco con electrodo tubular ..... FCAW

soldadura por coextrusión ........... CEW sodadura en frio ............................ CW soldadura por difusión .................. DFW soldadura por explosión ................ EXW soldadura por forja ........................ FOW soldadura por fricción ................... FRW soldadura por presión en caliente.. HPW soldadura por rolado ..................... RW soldadura por ultrasonido .............. USW

soldering por inmersión ............ DS soldering en horno .................... FS soldering por inducción ............. IS soldering por infrarrojo ............. IRS solding por soldador de cobre .. INS soldering por resistencia .......... RS soldering por soplete ................ TS soldering por ultrasonido .......... USS soldering por ola ....................... WS soldadura por chisporroteo ................... FS soldadura por proyección ..................... PW soldadura de costura por resistencia .. RSEW -alta frecuencia ............... RSEW-HF -inducción ....................... RSEW-I soldadura por resistencia por punto ..... RSW soldadura por recalcado ...................... UW -alta frecuencia ............... UW-HF -inducción ....................... USEW-I

SOLDADURA POR ARCO (AW) SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SSW)

SOLDERING (S)

SOLDADURA POR RESISTENCIA (SW)

SPRAYING TERMICO (THSP)

BRAZING (B)

PROCESOS DE SOLDADURA

PROCESOS AFINES

OTROS PROCESOS DE SOLDADURA

SOLDADURA POR OXIGAS (OFW)

CORTE TERMICO (TC)

CORTE POR OXIGENO (OC)

EXSA S.A. – DIVISION SOLDADURAS

CORTE POR ARCO (AC)

OTROS PROCESOS DE CORTE

brazing por bloques ...................................... BB brazing por difusión ...................................... CAB brazing por inmersión ................................... DB brazing exotérmico ....................................... EXB brazing por flujo ............................................ FLB brazing en horno ........................................... FB brazing por inducción .................................... IB brazing por infrarrojo ..................................... IRB brazing por resistencia .................................. RB brazing por soplete ........................................ TB brazing por arco con electrodo de grafito ...... TCAB soldadura por haz de electrones ............ EBW -alto vacío ......................... EBW-HV -vacío medio ..................... EBW-MV -sin vacío ........................... EBW-NV soldadura por electroescoria .................. ESW soldadura por flujo .................................. FLB soldadura por inducción ......................... IW soldadura por láser ................................. LBW soldadura por percusión .......................... PEW soldadura aluminotérmica ....................... TW

soldadura aeroacetilénico ....................... AAW soldadura oxiacetilénica ......................... OAW soldadura por oxihidrógeno ..................... OHW soldadura por presión con gas .............. PGW

spraying por arco ................ .ASP spraying por llama ............... FLSP spraying por plasma ............ PSP

corte con fundente ............... FOC corte con polvo metálico ...... POC corte por oxigas ................... OFC -corte oxiacetilénico ............ OFC-A -corte oxídrico ................... . OFC-H -oxicorte con gas natural .... OFC-N -oxicorte con gas propano .. OFC-P

soldadura por arco con alambre y protección gaseosa ... GMAW -arco pulsante .............................................. GMAW-P -arco en corto circuito ................................. GMAW-S soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa........................................................ GTAW -arco pulsante .............................................. GTAW-S soldadura por plasma ....................................................... PAW soldadura por arco con electrodo revestido ...................... SMAW soldadura de espárrago ..................................................... SW soldadura por arco sumergido ........................................... SAW -series .......................................................... SAW-S

corte por arc air .............................................. CAC-C corte por arco con electrodo de carbono ........ CAC corte por arco con arco alambre y protección gaseosa ..................................... GMAC corte por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa ......................................... GTAC corte por plasma .............................................. PAC corte por arco con electrodo revestido ............ SMAC

corte por haz de electrones ................. EBC corte por láser ...................................... LBC -aire ................................ LBC-A -evaporativo ................... LBC-EV -gas inerte ...................... LBC-IG -oxígeno .......................... LBC-O

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2. Procesos de Soldadura SOLDADURA POR FUSION ARCO ELECTRICO

OXIGAS

SMAW (ARCO ELECTRICO MANUAL)

GTAW (TIG)

GMAW (MIG/MAG)

ELECTRODO

VARILLA

ALAMBRE MACIZO

EXSA S.A. – DIVISION SOLDADURAS

FCAW

SAW (ARCO SUMERGIDO)

ALAMBRE TUBULAR 36

3. Material de Aporte

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3. Material de Aporte Criterio de Selección: ¾ Similar al metal base 9 Composición Química 9 AISI 316-L = ER 316L

9 Características Mecánicas 9 HB 400, Acero T1 = E 71T-1M (compresión) 9 ASTM A633 Gr E = E 81T-1 Ni2 (tracción)

¾ Diferente al metal base 9 Contrarrestar problemas metalúrgicos del metal base 9 Acero T1 & Ac. Mn = E 309L-16 / E 309LT1-1/4

¾ Condiciones de operaciones 9 Contrarrestar problemas de desgaste 9 Abrasión de alto esfuerzo-compresion = EXSATUB MnCr-O 38

............ Material de Aporte ™Tipo de Consumible: ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Electrodo Revestido Varilla / Fundente para soldadura autógena Varilla para proceso TIG Alambre macizo para Proceso MIG/MAG Alambre / Flujo para Arco Sumergido Alambre Tubular Pastas Metálicas etc.

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4. Técnica de Soldeo ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Secuencia de Soldeo Entrada de Calor Temperatura de Precalentamiento Temperatura de Interpase Alivio de Tensiones Mecánico Velocidad de Enfriamiento Post-calentamiento Tratamiento Térmico Supervisión Inspección Antes, Durante y Después etc. 40

SELECCIÓN DE RECUBRIMIENTOS PROTECTORES

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SELECCIÓN DE RECUBRIMIENTOS PROTECTORES • La aplicación de recubrimientos mejoran las características superficiales, prolongando la duración en servicio • Es importante seleccionar un buen sistema de recubrimiento apropiado en función del mecanismo de desgaste presente • El desgaste rara vez se presenta en su categoría elemental, siempre esta combinada

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ALEACIONES METALICAS • ALEACIONES BASE HIERRO/FERROSAS – Baja aleación – Alta aleación – Aceros al manganeso austenicos

• ALEACIONES NO FERROSAS • ALEACIONES CON CARBUROS COMPLEJOS

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ALEACIONES FERROSAS DE BAJA ALEACION • Son de menor costo • Se emplean en aplicaciones masivas • Es posible alcanzar durezas de hasta 55HRc, como también depósitos de 30HRc mecanizables y tenaces • Poseen buena tenacidad, apropiada para aplicaciones expuestas a impacto severo • Su composición química se caracteriza por contener: 1% al 5% de Cr, 0.20 a 1% de C, como también Mo, Mn, Ni, W • Las aleaciones de este grupo responden en general al tratamiento térmico, obteniendo una gama de durezas

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ALEACIONES FERROSAS CON ALTA ALEACION • Sus contenidos de Cr varían de 10% a 40% y C 2% a 4% • Su micro estructura principal es a base de carburos de Cr, responsable de las propiedades antidesgaste • Sus altos porcentajes de Cr, exhiben buena resistencia a la corrosión y a temperatura • Pueden presentarse otros elementos como: Mo, W, Ni, Mn, etc. • La dureza alcanza entre 55HRc a 65 HRc • Sus depósitos presentan fisuracion,

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ACEROS AL MANGANESO AUSTENITICOS • Aceros Hadfield, en honor al metalurgista Sir Robert Hadfield quien lo desarrollo 1883 • Es una aleación Fe-Mn, con C del 1% al 1.4% y Mn del 10% al 15% • El Mn retarda la formación de la austenita, la cual es retenida a temp. Ambiente, mediante enfriamiento brusco • Es un acero no magnético y endurece considerablemente al deformarse plásticamente • Su dureza inicial es de 25HRc, luego de sometido impacto severo y deformación plástica, puede alcanzar los 55 HRc 47

ALEACIONES NO FERROSAS • Llamadas también Superaleaciones • Aleaciones complejas diseñadas para resistir elevadas temperaturas, corrosión y oxidación • Existen tres tipos: – Base Níquel – Base Níquel-Hierro – Base Cobalto 48

Aplicaciones Industriales 49

PIEZA A RECUPERAR:

ASIENTO DE BUJE DESGASTE: Fricción, Compresión MATERIAL BASE: Acero al C alta tenacidad

Proceso

Unión/Reconstrucción

Recargue

SMAW

SUPERCITO TENACITO 80

SUPERCITO TENACITO 80

GMAW

CARBOFIL PS 6 GC

CARBOFIL 80 50

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PIEZA A RECUPERAR:

SPROCKET

DESGASTE: Fricción, Compresión,Impacto MATERIAL BASE: Acero al C baja aleación

Proceso

SMAW SMAW

Unión/Reconstrucción

Recargue

SUPERCITO-INOX 309ELC TENACITO 110-CITODUR 350 INOX 29/9 – EXSA 106

CITODUR 600 - CITOMANGAN 52

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PIEZA A RECUPERAR:

ZAPATA DE PALA DESGASTE: Compresión e Impacto MATERIAL BASE: Acero al C baja aleación

Proceso

SMAW SMAW

Unión/Reconstrucción

Recargue

SUPERCITO-INOX 309ELC TENACITO 110-CITODUR 350 INOX 29/9 – EXSA 106

CITODUR 600 - CITOMANGAN 54

PIEZA A RECUPERAR:

CONO CHANCHADORA DESGASTE: Severo Impacto, Compresión MATERIAL BASE: Acero al C baja aleación, al Mn

Proceso

Unión/Reconstrucción

Recargue

SMAW

TENACITO 80

TENACITO 110-CITODUR 350

SMAW

INOX 309ELEC – EXSA 106

CITOMANGAN 55

PIEZA A RECUPERAR:

RYMER

DESGASTE: Fricción, Compresión,Impacto MATERIAL BASE: Acero al C baja aleación

Proceso

Unión/Reconstrucción

Recargue

SAW

POP 185 / PS 1 - PS 2 POP 100 / PS 1 - PS 2

POP 250A / PS 2 - PS3 POP 350A / PS 2 - PS3

FCAW

EXSATUB 71

EXSATUB 350-O EXSATUB 600-O 56

PIEZA A RECUPERAR:

CUCHARON PALA DESGASTE: Abrasión severa,Impacto MATERIAL BASE: Acero al C baja aleación,

Proceso

Unión/Reconstrucción

Recargue

SMAW

SUPERCITO TENACITO 80

CITODUR 350 CITODUR 600 O CITODUR 1000

SMAW

INOX 309 ELC – EXSA 106

CITODUR 1000 CITOMANGAN 57

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PIEZA A RECUPERAR:

CARRILES

DESGASTE: Fricción, Compresión,Impacto MATERIAL BASE: Acero al C baja aleación

Proceso

Unión/Reconstrucción

Recargue

SAW

POP 185 / PS 1 - PS 2 POP 100 / PS 1 - PS 2

POP 250A / PS 2 - PS3 POP 350A / PS 2 - PS3

FCAW

EXSATUB 71

EXSATUB 350-O EXSATUB 600-O 59

PIEZA A RECUPERAR:

OLLAS DE FUNDICION DESGASTE: Calor, Corrosión, impacto MATERIAL BASE: Acero al C

Proceso

Unión/Reconstrucción

Recargue

SAW

Supercito Tenacito 80

Inox AW Exsa 106

FCAW

EXSATUB 81Ni1 EXSATUB 74

EXSATUB 308L-O EXSATUB 1000-O 60

Olla de Fundición Labio

Muñones

Piquera

Caras Laterales

Olla de 700 pies3

Fondo

Olla de 500 pies3

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Recubrimiento de la Olla

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PIEZA A RECUPERAR:

BOMBAS DE LODO DESGASTE: erosión y golpe moderado. MATERIAL BASE: Acero al C baja aleación

Proceso

Unión/Reconstrucción

Recargue

SMAW

SUPERCITO

CITODUR 600

SMAW

SUPERCITO

CITODUR 600 Mn 63

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EXSA S.A. – DIVISION SOLDADURAS

PIEZA A RECUPERAR:

UÑA DE PALA DESGASTE: Abrasión y golpe moderado. MATERIAL BASE: Acero al C baja aleación

Proceso

Unión/Reconstrucción

Recargue

SMAW

SUPERCITO

CITODUR 600

Se calza la uña con plancha HSLA de espesor de 3/4” para recuperar su forma original. La forma de la costura del recargue se hace en función a las características del material abrasivo. 65

PIEZA A RECUPERAR:

UÑA DE PALA DESGASTE: Abrasión y golpe moderado. MATERIAL BASE: Acero al C baja aleación Proceso

Unión/Reconstrucción

Recargue

SMAW

SUPERCITO

CITODUR 600

Abrasión Cortante Material grueso: Rocas

Abrasión de Baso Esfuerzo Material fino: arena, barro, carboncillo

Material mixto Rocas y finos

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PIEZA A RECUPERAR:

CANTONERA DESGASTE: Abrasión y golpe moderado. MATERIAL BASE: Acero de baja aleación al MnCr

Proceso

Unión/Reconstrucción

Recargue

SMAW

SUPERCITO

CITODUR 600 – CITODUR 1000

Calzar la cantonera haciendo uso de planchas HSLA para recuperar su forma original. El recubrimiento duro se debe de colocar para proteger el cordón de unión frente a la abrasión y para proteger las zonas de trabajo sometidas a mayor desgaste, esta protección puede ser en forma 67 de almohadillado, mediante cocada y/o botones.

Cantonera desgastada

Calzada con acero HSLA soldada con SUPERCITO

Inicio de aplicación de CITODUR 600

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Pieza de Recuperación

APLICACIÓN DE ELECTRODOS INOXIDABLES EN RECUPERACION DE PIÑONES INOX 29/9: BASE CITORIEL 801: ACABADO

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RECUPERACION DE 5 DIENTES ROTOS DE PIÑON CITORIEL 801

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APLICACIÓN DEL ELECTRODO INOX 29/9

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REPARACION DE BOWL LINER CON ELECTRODO EXSA 106

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Hierro Fundido

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DADOS DE MAZAS DE TRAPICHE: Ferrocord U

REPARACION DE PIÑONES DE HIERRO FUNDIDO BOMBAS: CITOFONTE 74 EXSA S.A. - DIVISION SOLDADURAS

Pieza de Hierro Fundido Recuperada :

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REPARACION DE PIEZA DE FIERRO FUNDIDO TAPA DE MOLINO

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REPARACION DE FISURAS DE UN CILINDRO DE MOLINO

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EXSA AGRADECE SU GENTIL ASISTENCIA

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