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Ing. Grisel Cordero Ing. Danny Espinoza T.S.U. Wladimir Parra

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Proceso similar al TIG. Pero de mayor productividad. En el sistema de soldadura por plasma hay dos flujos independientes de gas, el gas plasmágeno que fluye alrededor del electrodo de tungsteno, formando el núcleo del arco plasma y el gas de protección el cual proporciona la protección al baño de fusión. 2

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Se presenta en tres modalidades: 1. Soldadura microplasma, con corrientes de soldadura desde 0.1 Amp. hasta 20 Amp. 2. Soldadura medioplasma, con corrientes de soldadura desde 20 Amp. hasta 100 Amp. 3. Soldadura Keyhole, por encima de los 100 Amp. en el cual el arco plasma penetra todo el espesor del material a soldar.

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Principalmente, se utiliza en uniones de alta calidad tales como en construcción aeroespacial, plantas de procesos químicos e industrias petroleras.

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Este tipo de proceso ofrece una gran flexibilidad en cuanto a parámetros de control, versatilidad, resistencia a la corrosión de sus recubrimientos, por ataque químico, y además, pueden recubrirse materiales con punto de fusión muy altos.

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Es muy parecida a la soldadura MIG/MAG en cuanto a manejo y equipamiento se refiere. el electrodo continuo no es sólido si no que es un tubo metálico hueco relleno de flux.

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Depende del gas de protección 

Si se aplica gas para proteger el baño se denomina de protección gaseosa,

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Si el gas se genera por la descomposición de los elementos contenidos en el flux, se habla de hilos tubulares autoprotegidos.

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Con la “protección exterior de gas”, • Soldaduras suaves y sanas. • Penetración profunda. • Buenas propiedades para radiografía.  Con el autoprotegido • Eliminación del gas externo de protección. • Penetración moderada. • Posibilidad de soldar en corriente de aire. • Metal depositado de alta calidad. 

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• El operador puede ver el arco. • La soldadura es posible en todas las posiciones lo que depende del diámetro del alambre empleado. • Se puede hacer cualquier tipo de junta en función al espesor de plancha. 

Se produce una escoria que protege al metal depositado en el enfriamiento. Posteriormente se elimina la escoria

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Proceso de unión térmica utilizando la radiación láser como fuente de energía. No se utiliza aportación de ningún material externo. Mediante espejos se focaliza toda la energía del láser en una zona extremadamente reducida del material. .

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Gracias a la gran energía aportada, se produce la ionización de la mezcla del material fundido con los vapores generados en el proceso (formación de plasma). La capacidad de absorción energética del plasma es mayor incluso que la del material fundido, por lo que prácticamente toda la energía del láser se transmite diréctamente y sin pérdidas al material a soldar.  La alta temperatura causada por la absorción de energía del plasma continúa mientras se produce el movimiento del cabezal rodeada con material fundido a lo largo de todo el cordón de soldadura.

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La aportación de un gas inerte como Argón o Helio en el proceso de soldadura evita la formación de burbujas de oxígeno durante la fase líquida del material, atenuando así la porosidad en la soldadura. Se consigue un cordón homogéneo dirigido a un pequeño área de la pieza, con lo que se reducen así las posibilidades de alterar propiedades químicas y/o físicas del material soldado. Es posible controlar en cierta medida tanto la profundidad de penetración como la anchura del cordón de soldadura.

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1) Permite uniones de gran calidad con o sin aporte de material 2) Permite soldar en sus instalaciones sin desmontar los moldes o matrices. 3) No hay riesgos de distorsión, debilitamiento o aparición de fisuras 4) No se generan rechupes 5) La precisión del procedimiento es la mayor existente

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6)No es necesario hacer tratamientos térmicos o precalentamientos. 7) Se produce concentración de calor sobre la pieza en zonas muy limitadas y definidas. 8) La afección térmica del material base es extremadamente baja. 9) Posibilidad de soldar materiales hasta 64 HRC. 10) Posibilidad de recuperación de cantos dañados

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Espacios en blanco a medida para la industria de automoción Soldado de zonas anchas y de zonas estrechas Componentes ligeros de automóviles Estructuras de pórticos. Industria naviera No requiere contacto mecánico entre la herramienta y los componentes a soldar, de esa manera desaparecen las marcas en las superficies o las vibraciones que pueden dañar los materiales. El resultado es una soldadura precisa, sin aplicar ningún tipo de tensión o calor sobre las superficies soldadas. Este sistema ofrece un acabado visual muy agradable en componentes con geometrías complejas, sean grandes o pequeños, de modo que la trayectoria de soldado puede ser programada en tres dimensiones.

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Concentra gran cantidad de energía en zonas reducidas. Esto se consigue mediante la concentración de un haz de electrones de alta velocidad, producido por un cañón de electrones. El impacto de los electrones de alta velocidad sobre la pieza incrementa la temperatura en la zona de impacto. El proceso se realiza en una cámara de vacío para evitar la dispersión de los electrones en la atmósfera normal. 15

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Soldadura de grandes espesores (hasta 65 mm) de una sola pasada y sin aporte, Soldaduras libres de contaminación, Soldaduras con deformaciones y tensiones mínimas debida a las reducidas dimensiones del cordón de soldadura (p.e. 4 mm de anchura para una penetración de 20 mm. en acero) Soldaduras de gran precisión en piezas reducidas; el pequeño diámetro del haz (0.5 mm) permite soldar zonas inaccesibles para cualquier herramienta. Se pueden soldar innumerables metales diferentes y metales refractarios (tungsteno, molibdeno). Permite realizar tratamientos térmicos superficiales, mejoras en diversas propiedades del material (comportamiento a fatiga, desgaste, etc.)

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Tamaño de las piezas a soldar y la necesidad de un tiempo adicional para realizar el vacío.

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se utiliza el calor generado en la superficie de impacto, para fundir el material y conseguir la unión del mismo al solidificar. La transformación de energía cinética en calor se efectúa en un volumen muy pequeño, debido al pequeño diámetro del haz y a la escasa penetración de los electrones en el interior del material. La principal característica de esta aplicación es la alta densidad de energía de la fuente de calor (no superada por ningún otro proceso).

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PARÁMETROS DEL PROCESO Velocidad de soldadura: Al incrementar la velocidad de soldadura se producirá un efecto opuesto, por ser menor el aporte energético por unidad de longitud. Tensión de aceleración: Al incrementarla se reduce el tamaño de la huella del haz y produce una zona fundida más pequeña y una soldadura más estrecha y profunda. Intensidad del haz: Al incrementar la corriente del haz, incrementamos la energía del haz y posibilita una mayor penetración y una mayor velocidad de soldadura. Diámetro del haz: Para la soldadura de grandes espesores es más adecuado el uso de un haz muy fino, también podemos acceder a zonas muy estrechas y ejecutar uniones de gran precisión. Distancia entre pieza y cañón: Una distancia de trabajo pequeña permite una mayor concentración del haz sobre la superficie de la pieza. Efecto de la presión en el haz: Sólo en valores de presión por debajo de 10-1 Pa podemos alcanzar la máxima efectividad de la producción de soldaduras relativamente profundas y estrechas.

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Para actividades con requerimientos especiales en cuanto al rendimiento de soldadura exigen una variante especializada del proceso MIG/MAG, la soldadura TIME. Para la soldadura de cordones muy largos, de gran perfil, y con alta velocidad de fusión, el proceso TIME es actualmente la solución más económica.

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Cuando comienza el proceso de soldadura, se crea un arco entre el electrodo y la pieza a soldar. Cuando el flux de soldadura que se coloca en la junta se funde, se produce un baño de escoria que aumenta en profundidad.

Cuando la temperatura de la escoria y por tanto su conductividad aumentan, el arco se extingue y la corriente de soldadura es conducida mediante la escoria fundida, donde la energía necesaria se produce por resistencia.

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La soldadura se forma entre una parte fija, zapatas de cobre refrigerada por agua o zapatas móviles y la junta a soldar. El cabezal de soldadura se mueve hacia arriba según va avanzando el proceso de soldadura. Como consumibles se utilizan uno o más electrodos, dependiendo del espesor de la chapa.

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· Alta productividad · Bajos costos en la preparación de las juntas · La posibilidad de que pueda realizarse en una sola pasada independientemente del espesor de la chapa · No se forman deformaciones angulares con la soldadura a tope · Mínima tensión transversal · Bajo riesgo de fisuración por Hidrógeno

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La gran cantidad de energía utilizada produce un enfriamiento lento, que crea un crecimiento del grano en la zona afectada por el calor . La resiliencia o resistencia al impacto en la zona afectada por el calor del material base no es lo suficientemente alta, pudiéndose producir fractura frágil.

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La soldadura por electrogas, es un desarrollo de la soldadura por electroescoria En vez de escoria, el electrodo es fundido por un arco, que se establece en un gas de protección, de la misma manera que en la soldadura MIG/MAG. Este método se utiliza para soldar chapas con espesores desde 12 mm. hasta 100 mm.

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Se pueden utilizar hilos sólidos o tubulares, utilizándose los mismos tipos de gases de protección que en MIG. Comparado con la soldadura por electroescoria , este sistema produce ZAC más pequeña y por tanto mejores valores de resiliencia. Con una extensión del electrodo más larga (stick – out), se puede conseguir una velocidad de soldadura mayor, produciendo menor fusión de material base y por tanto menos aporte calorífico

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Para soldar grandes masas de fundición o de aceros aleados, Está basado en la propiedad del aluminio de descomponer a alta temperatura los óxidos de hierro tomando el oxígeno para oxidarse, y dejando el hierro en libertad.

La reacción se produce con gran desprendimiento de calor que no sólo funde el hierro que queda libre, sino que también calienta las partes a soldar. 28

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Garantiza una excelente resistencia de la unión a agentes externos como la vibración, golpes, contracción y dilatación por variación de temperatura, Este tipo de soldadura no se sulfata, no se corroe, no se oxida; y además posee excelente conductividad. 

Se usa en la industria ferroviaria y en telecomunicación.

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Oxicorte Plasma Láser Chorro de agua

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En el corte por plasma el arco se forma entre un electrodo no fusible y la pieza a ser cortada. A través de una boquilla y por el aire comprimido alimentado es estrechado adicionalmente con lo que son aumentadas considerablemente su intensidad y estabilidad. Debido a este estrechamiento se genera en la antorcha un gas de alta temperatura con gran contenido energético, cuya energía eléctrica es convertida directamente en calor. Este gas ionizado se denomina plasma.

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Este proceso usa un arco eléctrico concentrado el cual funde el material a través de un haz de plasma de muy alta temperatura. Cualquier material conductivo puede ser cortado con este sistema. Los gases plasmáticos que pueden usarse son aire comprimido, nitrógeno, oxígeno o argón/hidrógeno, para cortar materiales tales como el acero al carbono, aceros de alta aleación, inoxidables, aluminio, cobre, fundición, latón, etc.

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Baja afectación térmica del material gracias a alta concentración energética del arco plasma Altas velocidades de corte (En algunos espesores, de 5 a 7 veces superior al oxicorte) y menos tiempos muertos (No se necesita precalentamiento para la perforación) Espesores de corte de 0.5 a 160 mm con unidades de plasma de hasta 1000 Amps. Cortes en acero estructural con posibilidad de biselados hasta en 30mm Cortes de alta calidad

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Corte térmico sin contacto para garantizar la máxima precisión en los acabados Mínima afectación térmica (Sangrías de 0,1 a 0,6mm.) gracias al haz LASER de alta focalización Altísima calidad de corte en diferentes materiales. En acero al carbono en espesores hasta 25 mm Corte con bisel en espesores de hasta 15 mm Comparado con plasma u oxicorte, el láser es un proceso que remata las piezas con tanta calidad que no necesita de operaciones posteriores para adecuar o mejorar los acabados. 35

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El corte por chorro de agua a alta presión es una útil alternativa a los procesos de corte térmico tradicionales. Añadiendo materiales abrasivos en el chorro de agua se pueden cortar una gran variedad de materiales metálicos (Acero al carbono, inoxidable, titanio, aluminio, etc.) y no metálicos (Piedra, cristal, cerámica, compuestos, plásticos, etc.) de grandes espesores con unos contornos excelentes.

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Puede desarrollar velocidades de corte con abrasivo desde 2,5 hasta 25.000 mm/min. , y con corte puro, hasta de 50.000 mm/min.

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Soldadura por resistencia • Por puntos • Por costura • Por proyección • Por Chisporroteo Soldadura por Fricción  Fricción Inercial  Fricción Agitación Soldadura por Ultrasonido

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En la soldadura por resistencia, los metales se unen sin necesidad de material de aporte, es decir, por aplicación de presión y corriente eléctrica sobre las áreas a soldar. La cantidad de calor a aportar, depende de la resistencia eléctrica sobre dicha área. Este hecho, es un factor importante en este tipo de procesos de soldadura y le aporta el nombre a dicho proceso. Los principales procesos de soldadura por resistencia son: * Soldadura por puntos * Soldadura por proyecciones o resaltos * Soldadura por costura (roldanas) * Soldadura a tope * Soldadura por chispa

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Las soldaduras por resistencia dependen del grado de conductividad eléctrica del metal a ser soldado, mas que de la soldabilidad.

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Q = I2 . R. T    

Q : calor (Joules) I : intensidad de corriente (Amp) R : resistencia (Ohm) T : tiempo (seg)

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Llamada también soldadura por electro-punto (Spot Welding). Utiliza ,Para generar calor, electrodos de cobre por donde circula una corriente eléctrica que atraviesa la pieza de trabajo, el calor generado dependerá de la resistencia eléctrica y la conductividad térmica del metal y el tiempo en que la corriente es aplicada,

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Se trata del proceso de soldadura por resistencia más conocido. Generalmente se destina a la soldadura de chapas o láminas metálicas. La soldadura se limita a uno o varios puntos en los que las dos piezas solapan una con otra. Como norma se usan las puntas de los electrodos.

Las láminas metálicas que van a ser soldadas se colocan entre los electrodos que presionan fuertemente asegurando el contacto y una corriente de bajo voltaje y alto amperaje,

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La intensidad es igual en todo el circuito, pero la resistencia varía 1 2 3 4 5 6 7

1y7: Resistencia eléctrica del electrodo 2y6: Resistencia de contacto entre electrodo y MB. Depende del tipo de superficie del MB, de la punta del electrodo (tamaño y forma) y de la presión (R α 1/ presión) 3y5: Resistencia de la lámina (R α “e” y “ρ” y “ 1/ área de flujo eléctrico) 4: Resistencia que ofrece el contacto. Aquí hay fusión. 43

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Los electrodos son usados de cobre, por su baja resistencia eléctrica y  alta conductividad térmica. Los electrodos son enfriados con agua, el agua fluye por dentro de los electrodos disipando el exceso de calor.

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Es la usada comúnmente para la unión de hilos o alambres. Los extremos a soldar se colocan a tope y cuando se aplica presión sobre dichos extremos, se hace pasar la corriente, se ensanchan las zonas soldadas, fluyendo los materiales base hacia el exterior.

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Las superficies a soldar se colocan enfrentadas entre sí, extremo a extremo. Este proceso se subdivide en precalentamiento, chispazo y abultamiento. El precalentamiento se lleva a cabo bajo una leve presión de soldadura. Una vez se calientan los puntos de unión, comienzan los chispazos provocando su rápida fusión. Tras cesar los chispazos, se produce un abultamiento irregular hacia el exterior donde se expulsan óxidos e inclusiones. Ejemplos de artículos de soldadura de este tipo: barras accionadoras, cadenas, tuberías y vías ferroviarias.

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Es la destinada a la "costura" de láminas impenetrables. La soldadura es un proceso continuo en el que los electrodos son roldanas que aplican una fuerza (presión), corriente y solapan los materiales base.

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La soldadura se realiza por contacto de la pieza con resaltes o puntos especialmente rugosos de diferente forma. Estos puntos de contacto pueden consistir por ejemplo, en proyecciones o protuberancias anulares o elongadas. Con este proceso, es posible soldar al mismo tiempo por distintos puntos de soldadura. Ejemplos • Soldadura de proyección sobre hojas metálicas de cerrojos y tornillos. • Soldadura de barras accionadores como alambres o varillas. • Soldadura de proyección de tuberías en T o uniones cruciformes como grifos. • La soldadura cruzada de alambre (mallas) es un ejemplo de soldadura por proyección. 48

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es un proceso de penetración completa en fase sólida, se obtienen temperaturas suficientemente altas para forjar dos componentes de aluminio, utilizando una herramienta giratoria que se desplaza a lo largo de una unión a tope. Las piezas han de ser amarradas a un soporte de respaldo de manera que se prevenga que el calor producido separe las partes a soldar. 50

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El calor generado por la fricción entre la herramienta y las piezas a unir, provoca el ablandamiento del material base sin llegar a alcanzar el punto de fusión y permite el desplazamiento de la herramienta a lo largo de la línea de soldadura. El material en estado plástico se transfiere a la parte posterior de la herramienta y se forja por el contacto íntimo de la zapata de la herramienta y el perfil del pin de la misma. Al enfriarse deja una unión en fase sólida entre las dos piezas.

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sin material de aportación o gas de protección. El espesor del material varía desde 1’6 mm. hasta 30 mm., penetración total sin porosidad ni cavidades internas. muy baja distorsión, en muchos tipos de aleaciones de aluminio, incluso aquellas consideradas de difícil soldadura por métodos de fusión convencionales.

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Aleaciones de aluminio (series 2xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx y 8xxx) y aleaciones Al-Li. Últimamente se han realizado en plomo, cobre, magnesio e incluso aleaciones de titanio.

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Se aplica energía vibratoria de alta frecuencia (entre 10000 y 175000 Hz.), mientras se mantienen las partes juntas bajo presión.  La presión para mantener las piezas en contacto varía con el tamaño de la máquina de soldar que se utilice La fuerza de prensado depende de la potencia requerida para soldar el conjunto, 54

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Es posible soldar aluminio con espesor hasta de 0.10 pulgadas, el espesor de la mayoría de los materiales está entre 0.015 a 0.04 pulgadas. No parece haber límite inferior soldable, Siempre que sea posible, debe colocarse el miembro más delgado o el más blando en contacto con el sonotrodo. Hay máquinas disponibles en frecuencias (20, 30, 40 kHz) y rangos de poder de 800 a 3300 vatios. 55

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El sonotrodo es la herramienta acústica que convierte la energía vibratoria en calor Estos en la mayoría de las aplicaciones son de titanio o aluminio.

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Energía eléctrica mínima que se requiere para la soldadura ultrasónic a, en función de la fuerza y el espesor del material.

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Es mucho más rápido que los adhesivos convencionales o los disolventes. Es muy rápido, comparado con pegamentos La soldadura se puede también automatizar fácilmente. las uniones son limpias y precisas. La zona de soldadura también es muy limpia No necesita ningún ajuste de material ni material de adherencia.

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En este grupo encontraremos los procesos de rociado térmico cuya fuente de energía para fundir el material proviene de la energía eléctrica, ya sea arco eléctrico o la formación de plasma Los recubrimientos o capas que se logran a través de este proceso son normalmente más densas y de una mejor calidad en comparación con procesos equivalentes por combustión, este proceso es eficaz e idóneo, tanto como para la proyección de recubrimientos en áreas de grandes dimensiones como para alta productividad.

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Este grupo se refiere a los procesos de rociado térmico en los que el material de alimentación es calentado en una cámara de combustión a la cual convergen una serie de inyectores con la finalidad de proporcionar combustible y oxígeno, estos a su vez se dividen según la velocidad que alcanza la partícula del recubrimiento en el momento de ser proyectada sobre el sustrato.

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Es la proyección de partículas metálicas, cerámicas, y otras, en estado de fusión sobre superficies adecuadamente preparadas. En el termorrociado la partícula es proyectada a gran velocidad sobre la superficie, no es fundida al metal base por un arco eléctrico por esta razón no se generan esfuerzos térmicos.

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 Metálicos:

Acero Inox 308, Acero Inox 316, Acero Inox 420, Acero Inox 18/5 CrNi, Acero Alto Carbono, Bronce, Babbit, Aluminio, Zinc.

• Carburos:

Tungsteno/Co, Tungsteno/Ni, Cromo/Ni.

• Cerámicos:

Zirconio Aluminio, (Óxidos) - Óxido de Aluminio.

• Superaleacio Hastelloy, Stellite, Inconel, Monel, nes: Deloro, Haynes. • Plásticos:

Teflón, Termoplásticos. 64

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Este proceso combina fusión e impacto sobre un sustrato previamente preparado, la calidad del recubrimiento es superior principalmente como resultado de las altas velocidades alcanzadas por las partículas (1200-1500m/seg).

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está basado en la formación entre el cátodo refractario y la pieza a recargar de una columna de plasma de Argón mantenida por un arco eléctrico. .

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Se libera una alta densidad de energía que permite alcanzar temperaturas lo bastante elevadas como para controlar la fusión de las aleaciones que se utilizan como recubrimiento y depositarias en la superficie de la pieza, reduciendo al mínimo la dilución entre ambos materiales. Tanto el arco de plasma como la aleación depositada están protegidos durante el proceso de recargue por una atmósfera de gas reductor que mejora las características del recubrimiento 67

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Fin de clase para el tercer parcial

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Las condiciones de Soldabilidad deben estar claramente establecidas entre el fabricante y el comprador, ya  que dependen esencialmente de la composición química del Producto, del tipo de electrodo a ser usado y del proceso de soldadura. La unión soldada esta compuesta de todas las partes que son afectada por el calor durante la soldadura. 70

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a metalurgia de cada zona de la unión soldada esta íntimamente relacionada con el tipo de material, es así que: La zona de metal de soldadura esta formada por una combinación del metal de aporte y metal base.  En realidad esta zona no es muy critica dependiendo de la cantidad de elementos aleantes del metal base que pueden formar microestructuras frágiles o humedad que promueva la formación de porosidades. La zona afectada por el calor que permanece en estado sólido solamente absorbe el calor generado por la fuente del calor en soldadura, por el efecto de la conducción calorífica sufre un ciclo de calentamiento y enfriamiento ya que las temperaturas para las distintas secciones de esta zona varían desde la temperatura de fusión hasta unos 100 ºC, que son los factores que producen cambios en la microestructura y propiedades mecánicas del metal.  Estos cambios se producen en aquellos aceros que so tratables térmicamente, y es la zona mas critica en la unión soldada. La zona del metal base no sufre ningún cambio permanente en su microestructura.

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El área azul resulta de la oxidación en una temperatura correspondiente a 316°C. Esto es una manera precisa de identificar la temperatura, pero no representa el ancho de la (ZAT). La ZAT es el área estrecha que inmediatamente rodea el metal base soldado. Los efectos de soldar pueden ser perjudiciales en el material rodeando la soldadura. Dependiendo de los materiales usados y la entrada de calor del proceso de soldadura usado, la zona afectada térmicamente (ZAT) puede variar en tamaño y fortaleza. La difusividad térmica del material base es muy importante - si la difusividad es alta, la velocidad de enfriamiento del material es alta y la ZAT es relativamente pequeña. Inversamente, una difusividad baja conduce a un enfriamiento más lento y a una ZAT más grande. La cantidad de calor inyectada por el proceso de soldadura también desempeña un papel importante, pues los procesos como la soldadura oxiacetilénica tienen una entrada de calor no concentrado y aumentan el tamaño de la zona afectada. 73

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Los procesos como la soldadura por rayo láser tienen una cantidad altamente concentrada y limitada de calor, resultando una ZAT pequeña. La soldadura de arco cae entre estos dos extremos, con los procesos individuales variando algo en entrada de calor Para calcular el calor para los procedimientos de soldadura de arco, puede ser usada la siguiente fórmula:

en donde Q = entrada de calor (kJ/mm), V = voltaje (V), I = corriente (A), y S = velocidad de la soldadura (mm/min) El rendimiento depende del proceso de soldadura usado, con la soldadura de arco de metal revestido teniendo un valor de 0,75, la soldadura por arco metálico con gas y la soldadura de arco sumergido, 0,9, y la soldadura de arco de gas tungsteno, 0,8. 74

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