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UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA VICERRECTORADO ACADÉMICO DECANATO DE POSTGRADO E INVESTIGACIÓN

MANUAL PRÁCTICO PARA EL USO DE ELECTRODOS COMO MATERIAL DE APORTE EN SOLDADURA DE ACEROS ESTRUCTURALES

Trabajo Especial de Grado presentado por: Ing. Mary Elizabeth Fuenmayor Reyes CI: 18.394.258

Especialización en Construcción de Obras Civiles

Maracaibo, junio de 2016

MANUAL PRÁCTICO PARA EL USO DE ELECTRODOS COMO MATERIAL DE APORTE EN SOLDADURA DE LOS ACEROS

Trabajo Especial de Grado para Optar al título de Especialista en Construcción de Obras Civiles, Mención Edificación.

______________________________ Mary Elizabeth Fuenmayor Reyes C.I. 18.394.258

II

DEDICATORIA

Primeramente a Dios por permitirme culminar este trabajo especial de grado, de manera muy especial a mis padres y hermanas que siempre han estado conmigo, por su apoyo incondicional y enseñanzas en este camino.

Ing. Mary E. Fuenmayor.

III

AGRADECIMIENTOS

A Dios y a la Virgen María por darme la sabiduría y el entendimiento necesario para culminar con éxito este trabajo.

A mis padres y hermanas por darme su amor, apoyo y la ayuda en mi carrera profesional cuando la necesite.

A mi novio Alejandro, por su amor y apoyo incondicional, por incentivarme día a día para culminar este trabajo de investigación.

A mi amiga Fabiana, por su amistad, paciencia y apoyo a lo largo de esta especialización, por su ayuda para culminar este trabajo.

A la profesora Ana Irene Rivas, por su asesoría metodológica y al profesor Ernesto Velázquez por su asesoría técnica, quienes con dedicación guiaron mis pasos para culminar este trabajo. A Todos Muchas Gracias…

IV

ÍNDICE GENERAL

DEDICATORIA ........................................................................................................... III AGRADECIMIENTOS ................................................................................................ IV ÍNDICE GENERAL ...................................................................................................... V INDICE DE TABLAS .................................................................................................. IX RESUMEN ..................................................................................................................... X

CAPITULO I ................................................................................................................. 11 FUNDAMENTACIÓN ................................................................................................... 11 Planteamiento y formulación de problema ................................................................. 11 Objetivos de la Investigación ...................................................................................... 14 Objetivo General ..................................................................................................... 14 Objetivos Específicos ............................................................................................. 14 Justificación de la Investigación ................................................................................. 15 Delimitación de la investigación ................................................................................. 16 Delimitación Temporal ........................................................................................... 16 Delimitación Espacial ............................................................................................. 17 Delimitación Temática ............................................................................................ 17

CAPITULO II ............................................................................................................... 18 MARCO TEÓRICO ....................................................................................................... 18 Antecedentes de la investigación ................................................................................ 18 Bases Teóricas de la Investigación ............................................................................. 21 Manual .................................................................................................................... 21 Tipos de Manual ..................................................................................................... 23 Los metales en la construcción ............................................................................... 25 Ventajas de las construcciones metálicas ............................................................... 26 Acero ....................................................................................................................... 27 Aceros Estructurales ............................................................................................... 28 V

Proceso de fabricación del Acero Estructural ......................................................... 29 Tipos de aceros para estructuras ............................................................................. 31 Conexiones.............................................................................................................. 32 Soldadura ................................................................................................................ 35 Tipos de juntas soldadas ......................................................................................... 36 Cordón de Soldadura .............................................................................................. 37 Clasificación de los cordones de soldadura ............................................................ 38 Material de Aporte .................................................................................................. 41 Electrodos Desnudos............................................................................................... 42 Electrodos revestidos .............................................................................................. 43 Breve descripción sobre la fabricación de los electrodos revestidos ...................... 43 Funciones del Revestimiento .................................................................................. 44 Clasificación de los Electrodos según su revestimiento ......................................... 49 Parámetros de soldeo .............................................................................................. 51 Procesos de soldadura ................................................................................................. 54 Soldadura por arco sumergido (SAW) ........................................................................ 55 Soldadura con arco eléctrico ....................................................................................... 58 Soldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW) .............................................. 60 Soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas (GTAW)......................................... 64 Mapa de Variables ...................................................................................................... 72

CAPITULO III .............................................................................................................. 73 MARCO METODOLÓGICO ..................................................................................... 73 Tipo y Nivel de Investigación ..................................................................................... 73 Diseño de la Investigación .......................................................................................... 75 Técnicas de Recolección de Datos.............................................................................. 76 Procedimiento de la investigación .............................................................................. 77

CAPITULO IV .............................................................................................................. 79 VI

ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................. 79 Tipos de Acero Estructural ......................................................................................... 79 Acero estructural al Carbono ...................................................................................... 84 Clasificación de Electrodos según Normas AWS. ...................................................... 86 Selección de Electrodos .............................................................................................. 88 La soldadura metálica con arco protegido (SMAW) .................................................. 95

CONCLUSIONES ...................................................................................................... 100 RECOMENDACIONES ............................................................................................ 102

CAPITULO V ............................................................................................................. 103 LA PROPUESTA ........................................................................................................ 103 Introducción .............................................................................................................. 103 Misión de la propuesta .............................................................................................. 105 Visión de la propuesta ............................................................................................... 105 Objetivos de la propuesta .......................................................................................... 105 Justificación .............................................................................................................. 106 Delimitación.............................................................................................................. 107 Definiciones básicas.................................................................................................. 107

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ...................................................................... 129

VII

INDICE DE GRÁFICOS

Gráfico No. 1 Fases principales de la fabricación de productos laminados en caliente. ........................................................................................................... 30 Gráfico No. 2 Detalle de soldadura por arco. .................................................. 35 Gráfico No. 3 Tipos básicos de juntas soldadas. ............................................ 37 Gráfico No. 4 Partes del cordón de soldadura. ............................................... 37 Gráfico No. 5 Tipos de soldadura. .................................................................. 39 Gráfico No. 6 Soldadura de Ranura. ............................................................... 40 Gráfico No. 7 Soldadura de Ranura. ............................................................... 41 Gráfico No. 8 Identificación del electrodo. ....................................................... 41 Gráfico No. 9 Comparación de la estabilidad del arco eléctrico entre un electrodo desnudo y uno revestido. ................................................................. 42 Gráfico No. 10 Comparación entre el electrodo desnudo y el revestido. ......... 43 Gráfico No. 11 Detalles soldadura proceso SAW. ........................................... 57 Gráfico No. 12 Configuración básica y circuito eléctrico de un proceso de soldadura con arco eléctrico. ........................................................................... 58 Gráfico No. 13 Soldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW). ........... 61 Gráfico No. 14 Soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas. ................... 64 Gráfico No. 15 Soldadura por arco con núcleo de fundente con gas. ............. 68 Gráfico No. 16 Soldadura por arco con núcleo de fundente y autoprotección. 69 Gráfico No. 17 Clasificación de los cordones de soldadura según su posición durante la operación de soldar. ........................................................................ 71 Gráfico No. 18 Visión esquemática de la soldadura con electrodo revestido. . 96 Gráfico No. 19 Esquema del proceso de soldadura con electrodo revestido. 111

VIII

INDICE DE TABLAS Tabla No. 1 Esfuerzo del electrodo compatible con el metal base. .................. 36 Tabla No. 2 Mapa de Variable. ........................................................................ 72 Tabla No. 3 Características de los aceros más comunes. ............................... 84 Tabla No. 4 Procesos y electrodos recomendados para la soldadura de aceros específicos. ...................................................................................................... 92 Tabla No. 5 Comparación entre soldadura con corriente continua y con corriente alterna. .............................................................................................. 99 Tabla No. 6 Clasificación de los electrodos según su corriente y polaridad. .. 115 Tabla No. 7 Condiciones de almacenamiento y mantención de electrodos. .. 128 Tabla No. 8 Recomendaciones para el resecado de electrodos. ................... 129

IX

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA VICERRECTORADO ACADÉMICO DECANATO DE POSTGRADO E INVESTIGACIÓN ESPECIALIZACIÓN EN CONSTRUCCION DE OBRAS CIVILES MENCION: EDIFICACIONES

RESUMEN

MANUAL PRÁCTICO PARA EL USO DE ELECTRODOS COMO MATERIAL DE APORTE EN SOLDADURA DE LOS ACEROS ESTRUCTURALES

Autor: Ing. Mary E. Fuenmayor R. Tutor: Ing. Ernesto Velázquez Fecha: Junio 2016

El objetivo fundamental de esta investigación fue proponer un manual para el uso de electrodos como material de aporte en soldaduras de acero estructural, que sirve de ayuda a los profesionales en el área de construcción, mediante la recopilación de conocimiento relacionados con la clasificación de los diferentes materiales de aporte (electrodos) para realizar el proceso de soldadura y las herramientas necesarias para seleccionar el electrodo más idóneo según el acero estructural a utilizar y evitar obtener imperfecciones dentro o adyacentes a las soldaduras; lo cual originaria un desprendimiento de la pieza. Por esto se hace necesario conocer los parámetros a seguir para seleccionar un electrodo adecuado según el tipo, la posición, el diámetro del material que se va a soldar. De este modo, esta investigación fue de tipo descriptiva y de diseño documental no experimental. En este contexto, se tiene como conclusión una herramienta en la que se recopilaron los procedimientos de unión de estructuras metálicas con la selección adecuada del material de aporte, con el fin de obtener una soldadura aceptable. Descriptores: Manual, acero, soldadura, procedimientos, electrodos. [email protected]

X

CAPITULO I

FUNDAMENTACIÓN

Planteamiento y formulación de problema

La industria de la construcción cumple un importante rol en el desarrollo de un país, tanto cultural como económico, ya que a través de la construcción se satisfacen las necesidades de infraestructura de la mayoría de las actividades económicas y sociales que ayudan al desarrollo de la población.

En la actualidad existen diversos métodos constructivos, los cuales pueden ser seleccionados de acuerdo a la obra que se desea construir. En este proceso intervienen algunas variables: la economía, el tiempo, la calidad de los materiales, entre otros. Entiéndase por sistema o método constructivo al conjunto de tecnologías utilizadas para llevar a cabo una edificación en particular. En ese sentido, muchos de los sistemas constructivos que existen poseen características particulares las cuales diferencian uno del otro; siendo algunos casos la integridad estructural de cada una de estas. (Faria, 2009)

Uno de estos sistemas constructivos es el acero, el cual es un material muy versátil y adaptable, producido mediante una aleación del elemento hierro con otros metales y/o no metales. Dependiendo de la cantidad y el tipo de elemento en que este

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Compuesta la aleación de un acero se pueden obtener o resaltar características deseables, como lo son, alta resistencia, durabilidad, ductilidad, entre otras; tiene la capacidad de permitir luces mayores, especialmente interesante para locales comerciales, industrias, donde se requieran edificios sin columnas intermedias, así como para edificios de grandes alturas, sin columnas de grandes dimensiones, evitando ocupar espacios importantes. Por estas razones el acero es el material más utilizado en las construcciones a nivel mundial. Cabe destacar que todo diseño estructural, debe garantizar el adecuado comportamiento no solo de sus elementos, sino también de las conexiones de estos.

Según Fratelli (1991), se debe determinar el metal base partiendo de las propiedades mecánicas y físicas del material a utilizar, evaluando tipo de junta, permitiendo de esta manera que las cargas lleguen a los cimientos siguiendo un flujo ordenado y continuo. De igual forma, las conexiones deben diseñarse de manera adecuada, asegurando juntas resistentes y dúctiles, de alta calidad, fácil montaje y máxima economía. Siendo estas uniones los puntos críticos de la estructura.

Por tanto, en todo sistema estructural, cada elemento debe tener una conexión adecuada, capaz de transmitir las cargas a otros elementos o a la fundación, de manera segura de acuerdo con las especificaciones que se esté usando. Estas conexiones, se pueden hacer con soldadura o con conectores (remaches, tornillos o pernos), los cuales unen el elemento ya sea, a otro elemento directamente o a pletinas adicionales.

Según Larry Jeffus (2005), desde el final de la primera guerra mundial, se han desarrollado muchos métodos de soldadura para unir metales. Estos métodos variados

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juegan un papel importante en la expansión y producción de la industria de la soldadura, pues se ha convertido en un método fiable, eficiente y económico para unir materiales.

La American Welding Society (AWS) define soldadura como una coalescencia localizada (la fusión o unión de la estructura de granos de los materiales que se están soldado) de metales o no metales producida mediante el calentamiento de los materiales a las temperaturas requeridas. En términos menos técnico, una soldadura se produce cuando las piezas separadas de material que se van a unir se combinan y forman una pieza al ser calentadas a una temperatura lo suficientemente alta como para causar ablandamiento o fusión y fluyen juntas.

En general, se reconocen algunas ventajas de la soldadura como el otorgar mayor rigidez a las conexiones, demandar menor cantidad de acero para materializar la conexión y permitir una significativa reducción de costos de fabricación. Adicionalmente se le reconoce como ventajas el evitar las perforaciones en los elementos estructurales y simplificar los nudos complejos. Ahora bien, en la industria existen numerosos tipos de soldaduras, que varían en función de las necesidades del trabajo a ejecutar, las cuales, dependiendo del procedimiento a llevar a cabo, utilizan materiales de aporte conocidos como “electrodos” cuya función es fundamental para la obtención de resultados satisfactorios.

Es por ello que la selección de los elementos de aporte tiene gran importancia. Cuando el material de aporte es el mismo o similar al material de los elementos que se deben unir, conservando la continuidad del material y sus propiedades mecánicas y químicas, el calor debe alcanzar a fundir las caras expuestas a la unión; así se pueden

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lograr soldaduras de mayor resistencia con la capacidad de absorber los esfuerzos que con frecuencia se hacen presentes en los nodos. La elección del electrodo adecuado para cualquier operación de soldadura implica la consideración de factores tales como la posición de soldeo, las características del metal base, el diámetro del electrodo, el tipo de unión y la intensidad de corriente.

En base a lo expuesto anteriormente, si se conocen las características de los electrodos a utilizar, se podrán predecir con una mayor seguridad los resultados que se desean obtener; por lo tanto se plantea la siguiente interrogante ¿Cuál es el uso correcto de electrodos como material de aporte en soldadura de los diferentes aceros estructurales?

Objetivos de la Investigación

Objetivo General Elaborar un manual práctico para el uso de electrodos como material de aporte en soldadura de los diferentes aceros estructurales.

Objetivos Específicos Describir los diferentes tipos de aceros estructurales según los códigos o normas. Caracterizar los electrodos que existen para los diferentes aceros estructurales. Describir el método para la selección del electrodo a utilizar en los diferentes aceros estructurales.

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Identificar los procesos de soldaduras que existen para los diferentes aceros estructurales. Diseñar un manual práctico de campo, orientado a profesionales, que presente de manera sencilla el uso de electrodos como material de aporte a las soldaduras en los diferentes aceros estructurales.

Justificación de la Investigación

Es bien sabido que el acero es un material muy resistente, y es por ello que los elementos estructurales que con él se fabrican, deben contar con una buena calidad tanto en dimensiones como en los tipos de uniones que se presenten. La soldadura es uno de los procedimientos de unión de piezas metálicas más utilizados por todas las ventajas que ofrece. La importancia de la soldadura alcanza todas las ramas de la industria, desde puertas, balcones, pupitres hasta la construcción de puentes, torres, entre otros.

El objetivo de soldar es unir dos o más piezas metálicas de igual o de distinta naturaleza de una manera perfecta, por medio de la aplicación, por lo general, calor de tal manera que los metales soldados conservan las propiedades mecánicas y las propiedades químicas del metal. Los tipos de soldadura que más se utilizan en la industria de la construcción, sobre todo para soldar acero, requieren el uso de corriente eléctrica.

Esta corriente se emplea mediante el uso de uno o varios electrodos aplicados a la pieza lo que genera el calor suficiente para fundir el metal y crear la unión. Para obtener una soldadura de calidad es importante seleccionar el electrodo adecuado

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dependiendo de las condiciones de trabajo, la naturaleza del metal, dimensiones de la sección a soldar, tipo de corriente de la máquina de soldar, posición a soldar, tipo de unión y fijación de la pieza, entre otras.

De ahí, la importancia del presente estudio, el cual desde el punto de vista práctico y teórico guiara al profesional del área a seleccionar el electrodo adecuado, analizando las condiciones del trabajo en particular. Esta investigación aborda la necesidad de diseñar un manual para el uso correcto de los electrodos como aporte en las uniones de soldadura en los aceros estructurales.

Así mismo, el uso de las metodologías y técnicas específicas de recolección de información del presente estudio, sirve de guía y orientación a otros investigadores que deseen realizar estudios de problemas similares, lo cual se pudiese considerar un aporte significativo en el campo de las soldaduras.

Delimitación de la investigación

La presente investigación de delimito de la siguiente manera: Delimitación Temporal

Esta investigación está pautada para realizarse durante un lapso comprendido entre septiembre 2014 – junio 2016.

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Delimitación Espacial

Esta investigación se llevó a cabo en el municipio Maracaibo, estado Zulia específicamente en la Universidad Rafael Urdaneta, decanato de posgrado e investigación.

Delimitación Temática

Esta investigación corresponde al trabajo especial de grado para la especialización

de

construcción

de

obras

civiles,

mención

edificaciones,

específicamente en estructuras desarrolladas con acero estructural; donde intervengan la unión con soldadura. La propuesta del manual tiene como objetivo conocer e identificar los electrodos que se aplican para las diferentes aleaciones del acero estructural.

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

El presente capitulo contiene los conceptos y definiciones técnicas que servirán como fundamentos y bases teóricas de este estudio, así como también la revisión de trabajos de investigación relacionados con la elaboración de manuales y sus características.

Antecedentes de la investigación

En los antecedentes se toman en cuenta investigaciones que preceden al trabajo que se desarrolla sobre un manual para el uso de electrodos en los aceros estructurales, dichos antecedentes se encuentran relacionados de manera directa o indirecta con la presente investigación, entre las cuales destacan: Saavedra 2011, realizo un trabajo especial de grado titulado “Manual de Procedimientos de Soldaduras en Uniones de Estructuras Metálicas con Elementos de Aporte” cuyo propósito fue elaborar un manual de procedimiento sobre soldaduras en uniones de estructuras metálicas con elementos de aporte. La investigación fue del tipo proyecto factible, descriptivo y aplicada práctica. Como basamentos teóricos se utilizaron las normas Covenin mindur 1618-98, American Society for Testing Materials (ASTM), American Welding Society (AWS) y la American Society Mechanical Engineers (ASME), y los textos de Fratelli (1991) y Marlow (2007) entre otros.

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Como resultado se obtuvo a través de la propuesta un manual de procedimiento siguiendo los lineamientos suministrados por la ASME. Se recomienda la utilización de esta herramienta con la finalidad de presentar los conocimientos básicos para el diseño de una EPS Especificación de Procedimiento de Soldadura eficiente evitando de esta manera que se presente discontinuidad en la estructura. Este antecedente es de gran utilidad para dar respuestas a los objetivos de esta investigación debido a que identifica los aceros más utilizados para la fabricación de estructuras metálicas en Venezuela y de igual manera identifica los procesos de soldadura según la AWS.

Por otra parte, Bahsas y Salazar, 2008; realizaron un trabajo especial de grado titulado “Diseño de un manual de detalles típicos de uniones de elementos estructurales de acero”. Dicho trabajo tuvo como objetivo elaborar un manual que comprendía una serie de detalles típicos de elementos estructurales de acero mediante la recopilación y selección de información, que sirva de manual de consulta aquellos profesionales que se dediquen al área de diseño y la construcción de estructuras con elementos de acero, cumpliendo con todas las exigencias emitidas por las normas vigentes para construcción de obras civiles.

Para ello, utilizaron un enfoque documental, y descriptivo dentro de un modelo o método de proyecto factible. La recolección de información se realizó de diferentes referencias bibliográficas existentes, bajo la supervisión de expertos en la materia y cumpliendo con todas las normativas vigentes exigidas (COVENIN). Es preciso señalar que este antecedente resulta importante para la investigación en curso ya que cuenta con una compresión detallada de los métodos de instalación y colocación de uniones de

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elementos de acero así como también los métodos más utilizados en el área de soldadura.

En el mismo orden de ideas, Velázquez y Rodríguez (2008), escriben un artículo científico titulado “Selección automatizada de electrodos para la soldadura manual de los aceros al carbono”, cuyo objetivo principal de esta publicación es elaborar una metodología soportada en un software profesional que facilite, desde el punto de vista técnico y económico, la selección más adecuada de los electrodos en la soldadura manual por arco eléctrico en los aceros al carbono, incluso aunque el usuario no tenga grandes conocimientos de soldadura, ya que el sistema decide automáticamente todos los aspectos concernientes a la correcta selección de estos materiales.

En la elaboración del software se tiene en cuenta los siguientes principios: propiedades mecánicas de la unión soldada, tipo de revestimiento, posición de la soldadura, entre otros. El sistema permite la selección de varios electrodos de diferentes catálogos y países, en función a los factores antes mencionados. Este antecedente tiene gran relevancia para la presente investigación debido a que identifica los factores importantes para la selección de los electrodos en la soldadura de los aceros al carbono.

En el año 2011, Lincoln Soldaduras de Venezuela, C.A. crea un catálogo de los electrodos que fabrican y ofrecen al mercado tanto nacional como internacional, bajo seguimiento estricto de las normas AWS (American Welding Society). Contiene también productos para usos especiales, que no están contemplados en las normas AWS, y que gracias al sistema de gestión de la calidad que poseen y la aceptación que han tenido por parte de los usuarios, avalan la máxima garantía al ser utilizados. Dicho catálogo tiene un gran aporte en la presente investigación ya que clasifica de manera

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detallada los tipos de electrodos que son fabricados y empleados según los tipos de aceros existentes, describiendo sus propiedades más importantes, campo de aplicación y valores típicos. Esta información es fundamental ya que servirá de guía para la construcción del manual propuesto en este trabajo, tanto en la secuencia como en la información de interés más relevante que debe ser plasmada para ofrecer a los técnicos e ingenieros de campo una orientación que les permita tomar decisiones oportunas.

Bases Teóricas de la Investigación

Para exponer los fundamentos teóricos del presente trabajo especial de grado se inició con la definición y características de los términos referidos al objeto de estudio, con el propósito de conocer la opinión de otros autores y de esta manera estar al tanto de los diferentes puntos de vista al respecto y sustentar bajo referencias bibliográficas la investigación. Manual

Un manual es el documento que contiene la descripción de actividades que deben seguirse en la relación de las funciones de una unidad administrativa, o de dos o más de ellas, además se puede definir como una recopilación en forma de texto, que recoge en una forma minuciosa y detallada todas las instrucciones que se deben seguir para realizar una determinada actividad, de manera sencilla, para que sea fácil de entender, y permita a su lector, desarrollar correctamente la actividad propuesta, sin temor a errores. Así mismo, se tiene como finalidad brindar los conocimientos necesarios y establecer el mecanismo de control para ejecutar una actividad específica tal como lo afirma Palma, J. (2009), citado por Maldonado, F. (2009).

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En el mismo orden de ideas, según Waller, J; Allen, D. y Burns A. (2000), un manual también puede definirse como el resultado escrito, en forma muy eficiente sobre todas y cada una de las actividades de calidad de una propuesta; así mismo es importante señalar que un manual representa la base de un sistema de calidad para establecer los procedimientos, así como también un libro de referencia o guía de cualquier sistema, que pretende establecer los pasos para cualquier proyecto.

Ahora bien, además de las ideas planteadas, un manual también se puede conocer como un procedimiento escrito, que desarrolla en forma narrativa y secuencial, de cada una de las operaciones que se realizan en un proyecto, explicando en qué consisten, cuándo, cómo, dónde, con qué, y cuánto tiempo se hacen, señalando los responsables de llevarlas a cabo. Así mismo, cuando la descripción del procedimiento es general, y por lo mismo comprende varias áreas, debe establecer la unidad administrativa que tiene a su cargo cada operación, codificándose las operaciones para simplificar su comprensión e identificación, aun en los casos de varias opciones en una misma operación, tal como lo señala Corral, F. (1998).

Integrando las opiniones de los diversos autores, se puede definir un manual como un instrumento que permite satisfacer las necesidades reales de un usuario o una unidad departamental, que rija de forma simple, corta y comprensible todas las instrucciones de uso y manejo de cada uno de los procedimientos o pasos a seguir, para desarrollar un proyecto y así poder garantizar la calidad del producto final.

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Tipos de Manual Con base en los planteamientos de los autores, es preciso señalar que la importancia de los manuales radica en que éstos explican de manera detallada los procedimientos de cualquier proyecto a realizar; a través de ellos se logra evitar grandes errores que se suelen cometer dentro de las actividades para lograr cualquier producto. Así mismo, los manuales pueden detectar fallas que se presentan con regularidad, evitando la duplicidad de funciones, además que son de gran utilidad cuando se desea explicar de forma detallada y resumida los procedimientos, tareas o actividades de cualquier fase o etapa de un proyecto.

Diversos autores tales como Waller, J. et al (2000); Corral, F. (1998); Dale, H. (2009); James, E. (2000), coinciden en que existe una gran variedad al momento de establecer o definir los tipos de manuales que pudieran existir; los autores mencionados tienen coincidencia en gran parte de los diferentes tipos de manuales que se disponen actualmente, cada uno con base en sus criterios de opinión; entre los diferentes tipos de manuales mencionados por los autores se pueden destacar los manuales de organización, manuales de políticas, manual de calidad, manuales para especialistas, manual del empleado, manual de contenido múltiple, manuales de finanzas, manuales del sistema y manuales de normas y procedimientos de calidad.

Ahora bien, para el desarrollo del presente proyecto de investigación se trabaja con un manual de normas y procedimientos de calidad, que según Dale, B. (2009) este tipo de manual es la expresión analítica de los procedimientos a través de los cuales se canalizan las actividades operativas necesarias para lograr un producto específico,

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tomando en cuenta las normas básicas que aplican a los cuales deberán ajustarse los usuarios de dicho manual.

En el mismo orden de ideas, Waller, J. et al (2000), plantean que un manual de normas y procedimientos de calidad comprende los lineamientos que sirven de marco de referencia a las actividades a desarrollar, además de incluir toda la información referente a las bases legales (normas de calidad) que apliquen a cada procedimiento, además este tipo de manual cuenta de forma clasificada todas y cada una de las actividades según el tipo de procedimiento, para garantizar la calidad y basado en eso pueden servir de elemento de consulta para la realización de las tareas asignadas siendo una manifestación clara de las normas generales aplicadas a los procedimientos.

Un manual de normas y procedimientos de calidad, es un documento que tiene como finalidad garantizar la calidad de cualquier actividad, siguiendo un patrón que describe de forma clara y detallada todas y cada una de las actividades que se deben realizar para lograr un producto; así mismo éste tipo de manual puede estar relacionado con las actividades totales de un proyecto o con una parte seleccionada de éste.

Ahora bien, es importante que los requisitos y el contenido del manual de normas y procedimientos de calidad se estructuren de acuerdo con la norma que se intenta satisfacer, ya que dicha norma suministra los lineamientos para desarrollar dichos procedimientos garantizando calidad, tal como lo señala Corral, F. (1998) en su investigación.

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Los metales en la construcción

El hierro y sus aleaciones fue el primer metal que se usó industrialmente en la práctica para las estructuras sustentantes. Su llegada al campo estructural es bastante reciente porque el fatigoso trabajo necesario para producir el hierro soldable por fusión limitó su uso durante siglos a los productos de mayor precio y necesidad: las armas y los aperos agrícolas. Poco a poco se fue introduciendo como material de construcción, primero con elementos de fundición y finalmente con los redondos y elementos tubulares que facilitan la esbeltez de las modernas estructuras metálicas.

Las primeras estructuras metálicas fueron puentes (en torno a 1800), posteriormente se empezaron a construir edificios, en 1887 se construyó un edificio de 12 plantas en Chicago y en 1931 se inauguró en Nueva York el Empire State Building de 85 plantas y 379 m de altura. El uso del acero se multiplicó gracias al avance de la metalurgia y a la soldadura eléctrica. La característica fundamental de las modernas estructuras de acero es la simplificación estructural y la esbeltez.

Desde sus primeras aplicaciones en puentes y después en rascacielos, el acero ha ido ganando uso sobre todo en edificios de viviendas y oficinas, aunque el desarrollo de la técnica del hormigón armado lo ha limitado. El campo de aplicación de las estructuras metálicas es: naves industriales, puentes (de ferrocarril, de grandes luces, mixtos y para pasarelas peatonales), mástiles y antenas de comunicaciones, cubiertas, depósitos, silos, compuertas de presas, postes de conducción de energía eléctrica.

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Ventajas de las construcciones metálicas

-

Alta resistencia mecánica y reducido peso propio: las secciones resistentes necesarias son reducidas, por lo que los elementos estructurales suelen ser ligeros. Este hecho hace a las estructuras metálicas insustituibles en aquellos casos en que el peso de la estructura es una parte sustancial de la carga total, como naves industriales, puentes de grandes luces, voladizos de cubiertas.

-

Facilidad de montaje y transporte debido a su ligereza.

-

Rapidez de ejecución, se elimina el tiempo necesario para el fraguado, colocación de encofrados, entre otros, que exigen las estructuras de hormigón.

-

Facilidad de refuerzos y/o reformas sobre la estructura ya construida.

-

Ausencia de deformaciones diferidas en el acero estructural.

-

Valor residual alto como chatarra.

-

Ventajas de la prefabricación, los elementos se pueden fabricar en taller y unir posteriormente en obra de forma sencilla (tornillos o soldadura).

-

Buena resistencia al choque y solicitaciones dinámicas como los seísmos.

-

Las estructuras metálicas de edificios ocupan menos espacio en planta (estructuralmente) que las de hormigón, con lo que la superficie habitable es mayor.

-

El material es homogéneo y de calidad controlada (alta fiabilidad).

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Acero

El acero es una aleación constituida por hierro y carbono, reduciendo durante el proceso los contenidos de carbono silicio y azufre que en un principio son perjudiciales al acero. Las propiedades del acero dependen de la cantidad de carbono empleada en el proceso de fabricación. Esta combinación ha producido un material muy versátil empleado en múltiples funciones de las edificaciones (Ambrose 1998; de Mattos 2006).

Según, Bahsas y Salazar (2007), el acero es un material que mantiene sus características sin degradarse a lo largo del tiempo. La elasticidad es una de las principales propiedades de los materiales, que en el caso del acero, su comportamiento se asemeja más que otros a comportamiento elástico teórico. Así como la elasticidad, la ductilidad es otra propiedad que en el acero se manifiesta en gran medida, ya que soporta una sobrecarga mediante la deformación en el rango plástico y evitando una falla inminente.

La tenacidad es otra ventaja que relaciona la resistencia y ductilidad, ya que el acero posee su resistencia aun en grandes deformaciones permitiendo así doblar el material sin fracturarse. Debido a la naturaleza del acero de construirse mediante la unión de elementos, permite así ampliaciones a estructuras existentes. Las uniones se realizan mediante soldadura, pernos y remaches. Cabe destacar, que por esta forma construir, el tiempo de construcción es más rápido que con otro tipo de material.

El diseño de estructuras de acero implica la selección de perfiles estándar laminados en caliente, esta es la forma más empleada del acero estructural.

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Adicionalmente, cuando la disponibilidad del tamaño necesario para el diseño no es posible, se fabrican perfiles a partir de láminas de acero, soldadas o apernadas.

Aceros Estructurales Las técnicas siderúrgicas modernas han permitido desarrollar una amplia variedad de aceros, los cuales han sido agrupados en diversas categorías dependiendo de las características en común: todos los aceros son al carbono, y en gran medida sus características físicas y aplicabilidad depende del porcentaje de este elemento presente en la aleación, el cual suelen variar entre 0.25% y 1.5%.

El acero con un porcentaje de carbono hasta 0.25 es llamado acero de bajo carbono; los de medio carbón (entre 0.25% y 0.6%); y los de alto carbono (entre 0.6% y 1.5%). En términos generales, mientras más carbón posea la aleación, mayor será su resistencia pero menor su ductilidad, es decir, su capacidad de deformarse permanentemente sin llegar a la rotura (Acero al Día, Sidetur, 2002) Así mismo, se define como acero estructural a lo que se obtiene al combinar el hierro, carbono y pequeñas proporciones de otros elementos tales como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le contribuyen un conjunto de propiedades determinadas.

El acero laminado en caliente, elaborado con fines estructurales, se le nombra como acero estructural al carbono, con límite de fluencia de 250 mega pascales, eso es igual a 2.549 Kg/cm2. Es el resultado de la aleación del hierro y carbono. En los aceros al carbono comunes, el hierro constituye más del 95%. Pueden estar presentes en pequeñas cantidades; azufre, oxigeno, cilicio, nitrógeno, fósforo, manganeso, aluminio, cobre y níquel.

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Proceso de fabricación del Acero Estructural

A partir del mineral de hierro (formado por óxidos de Fe y ganga) se obtiene en los altos hornos el arrabio (hierro con un 4 % aproximadamente de carbono). El arrabio es duro pero muy frágil (interesa más un material dúctil, que “avisa” de su estado tensional), para reducir el % de carbono sin perder resistencia se afina el arrabio en convertidores (se quema el carbono sobrante), obteniéndose el acero en bruto con un porcentaje de carbono en torno al 2 %.

Posteriormente se vierte en lingoteras para su enfriamiento y posterior acabado. El proceso de acabado puede ser por: forja, moldeo, trefilado o laminación; para ello se calienta previamente (o bien viene directamente del convertidor mediante un proceso de colada continua, con lo que se evitan las lingoteras, el desmoldeado y posterior calentamiento). Tras este proceso se pueden aplicar tratamientos térmicos (templado, recocido, revenido, entre otros) para alcanzar las propiedades mecánicas y químicas deseadas.

El acero laminado es el más utilizado en la construcción (Gráfico No. 1) y consiste en transformar el acero en bruto a alta temperatura en elementos de formas dadas usados en la construcción, para ello se usan laminadoras (máquinas herramienta de alta potencia) esencialmente formadas por cilindros paralelos. Las laminadoras se disponen en trenes de laminación, transformando el acero en forma progresiva con un cierto número de pasadas.

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Este proceso mejora sensiblemente las cualidades del acero (elimina imperfecciones del lingote, oquedades) alargando los cristales de acero en la dirección de la laminación. El acero resultante es bastante homogéneo, sin embargo tiene unas propiedades mecánicas inferiores en la dirección transversal a la laminación. Sus cualidades de resistencia a compresión, tracción y cizalladura son muy altas, con buenas cualidades de elasticidad y dilatación.

Gráfico No. 1 Fases principales de la fabricación de productos laminados en caliente. Fuente: Garrido C. (2009)

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Tipos de aceros para estructuras

Los aceros considerados en el Código Técnico son los laminados en caliente (UNE EN 10025-2:2002, UNE EN 10210-1:1994) y los conformados en frío (UNE EN 10219- 1:1998).

En el Documento 0 de la Instrucción EAE se contempla una mayor variedad al considerar:

-

Aceros laminados en caliente. Se entiende por tales los aceros no aleados, sin características especiales de resistencia mecánica ni resistencia a la corrosión, y con una microestructura normal.

-

Aceros con características especiales:

a) aceros normalizados (N). Alta soldabilidad y alta resiliencia. b) aceros de laminado termomecánico (M). Alta soldabilidad y alta resiliencia. c) aceros con resistencia mejorada a la corrosión atmosférica (aceros autopatinables) (W). Son aceros aleados con cobre que al ser expuestos a la acción atmosférica forman en la superficie una película fina de óxido altamente adherente que impide la penetración de la corrosión. d) aceros templados y revenidos (Q). Elevado límite elástico. e. aceros con resistencia mejorada a la deformación en la dirección perpendicular a la superficie del producto (Z). Mejora el comportamiento frente al desgarro laminar.

- Aceros conformados en frío (H). Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricación consiste en un conformado en frío, que les confiere unas características específicas desde los puntos de vista de la sección y la resistencia mecánica.

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Necesariamente los espesores serán reducidos. Los tipos de acero más comunes son: S235, S275, S355 y S450, siendo sus posibles grados: JR, J0, J2 y K2, donde el número significa el límite elástico en Mpa (N/mm2) y el grado indica la resiliencia exigida.

Las características mecánicas de los materiales de aportación utilizados en la soldadura serán en todos los casos superiores a las del material de base. Cada estructura es un ensamblaje de partes o miembros individuales que deben ser unidos de alguna manera, usualmente en sus extremos. La soldadura es una de esas maneras y la otra es por medio de pasadores, como remaches o pernos.

Conexiones

Una conexión es el conjunto de elementos que unen cada miembro estructural a la junta: placas o ángulos por patines o alma, soldaduras, tornillos. Una junta es la zona completa de intersección de los miembros estructurales. En la mayoría de los casos, esta zona es la parte de la columna que queda comprendida entre los planos horizontales que pasan por los bordes superior e inferior de la viga de mayor peralte, incluyendo atiesadores y placas de refuerzo del alma, cuando los haya. Las conexiones se pueden clasificar de acuerdo a varios criterios (ILAFA, 2006):

Por tipo de conectores:  Remaches (en desuso)  Soldadura  Tornillos de alta resistencia ASTM A325 y ASTM 490

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Por rigidez de la conexión:  Flexible  Semi-rígida  Rígida

Por elementos de conexión:  Ángulos  Placas y ángulos  Ángulos de asiento  Perfiles T

Por fuerza que transmiten:  Fuerza cortante (conexión flexible)  Fuerza cortante y momento flexionante (conexión rígida o semi-rígida)  Fuerzas internas de tensión y compresión (armaduras y contraventeos)

Por lugar de fabricación: 

Conexiones de taller (hechas en el taller de fabricación de estructuras metálicas)



Conexiones de campo (fabricadas en el taller y armadas en el sitio de la obra)

Por mecanismo de resistencia de la conexión:  Conexiones por fricción  Conexiones por aplastamiento

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El primero de ellos es de acuerdo al tipo de conectores usados. Podemos clasificar las conexiones en aquellas que usan: remaches, soldadura o tornillos de alta resistencia. Los remaches fueron usados mayormente en la primera mitad del siglo XX para luego ser reemplazados por métodos de conexión más confiables, como la soldadura o los tornillos de alta resistencia. El uso de la soldadura estructural como principal medio de unión entre miembros estructurales data de más de 50 años, mientras que los tornillos de alta resistencia se han utilizado a partir de hace más de 20 años en conexiones estructurales viga-columna, principalmente en edificios altos. Con mucha frecuencia, el diseñador debe tomar la decisión de emplear conexiones soldadas o atornilladas. Esta decisión se basa en la experiencia práctica, costo de las conexiones y rapidez constructiva.

Una segunda clasificación está relacionada con el comportamiento de la conexión. De acuerdo a este criterio, las conexiones se clasifican como Flexibles (su resistencia a momento no sobrepasa el 20% de la capacidad de los miembros que conectan; normalmente se consideran como conexiones simples que sólo transmiten cortante); Semi-rígidas (resisten una fracción de la capacidad de momento de los miembros que conectan, pero poseen gran capacidad de deformación); Rígidas (su resistencia es mayor que la de los miembros que conectan y su rigidez es suficientemente alta para despreciar su deformación con respecto a la de los mismos miembros).

Una tercera clasificación es de acuerdo a los miembros que conforman la conexión. Para conectar dos miembros estructurales, a menudo es necesario utilizar miembros de conexión adicionales, los que incluyen ángulos, placas, y perfiles T.

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Es posible clasificar las conexiones de acuerdo a las tensiones que transmiten. Se tienen conexiones que transmiten sólo cortante (las que corresponden a las conexiones flexibles definidas anteriormente), conexiones que transmiten cortante y momento flexionante (correspondientes a las conexiones rígidas y semi-rígidas) y conexiones que transmiten tensión axial, ya sea tracción o compresión, normalmente utilizadas en armaduras y contraventeos. Soldadura

Se conoce como soldadura el proceso de unión de partes metálicas mediante la aplicación de calor con o sin adición de otro metal fundido. Existen dos procedimientos generales de soldadura: soldadura con gas y soldadura por arco eléctrico. En las edificaciones de acero, casi toda la soldadura estructural es por arco.

En la soldadura por arco se forma un arco eléctrico entre las piezas que se sueldan y el electrodo. El arco es una chispa continua, entre el electrodo y el metal base, provocando la fusión de ambos con temperaturas que oscila entre 5000 grados centígrados, en el acero cerca del arco, hasta unos 1900 grados.

Gráfico No. 2 Detalle de soldadura por arco. Fuente: Bendito A. (2010).

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El tipo de electrodo que se utiliza es muy importante, ya que afecta las propiedades de la soldadura, tales como la resistencia y ductilidad.

El material del electrodo es especificado en varias normas de la American Welding Society (AWS) y es resumido en la Tabla Nº 1. La designación como E60XX o E70XX indican 60 ksi y 70 ksi como tensión a tracción. Las X se refieren a factores como las posiciones adecuadas para soldar, tipo de revestimiento y características del arco. En general el acero A36 puede ser soldado exitosamente con electrodos E60XX o E70XX.

Tabla No. 1 Esfuerzo del electrodo compatible con el metal base. Electrodo

Punto de Cedencia

Ruptura por Tensión

E60

3150 kgf/cm2

4220 kgf/cm2

E70

3500 kgf/cm2

4920 kgf/cm2

Fuente: Bendito A. (2010)

Tipos de juntas soldadas Los tipos de juntas dependen de factores como el tamaño y forma de los miembros que forman la junta, el tipo de carga, la cantidad de área en la junta disponible para soldar y el costo relativo de varios tipos de soldaduras. Existen cuatro tipos básicos de juntas soldadas, aunque en la práctica se consiguen muchas variaciones y combinaciones. Estos cuatro tipos básicos son: a tope, a solape, en te, en esquina y juntas de extremo, como se muestra en el gráfico No. 3.

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Gráfico No. 3 Tipos básicos de juntas soldadas. Fuente: Manual de Mantenimiento INDURA, (2010)

Cordón de Soldadura

El cordón de soldadura tiene tres partes bien diferenciadas, la cuales pueden apreciarse en el gráfico No. 4.

Gráfico No. 4 Partes del cordón de soldadura. Fuente: Garrido C. (2009) a) Zona de soldadura: Es la zona central que está formada fundamentalmente por el metal de aportación.

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b) Zona de penetración: Es la parte de las piezas que ha sido fundida por los electrodos. La mayor o menor profundidad de esta zona define la penetración de la soldadura. Una soldadura de poca penetración es una soldadura generalmente defectuosa.

c) Zona de transición: Es la más próxima a la zona de penetración. Esta zona, aunque no ha sufrido la fusión, si ha soportado altas temperaturas, que le han proporcionado un tratamiento térmico con posibles consecuencias desfavorables, provocando tensiones internas.

Clasificación de los cordones de soldadura Los cuatro tipos de soldadura son: a. Soldadura acanalada b. Soldadura de filete c. Soldadura de ranura d. Soldadura de tapón

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Gráfico No. 5 Tipos de soldadura. Fuente: Garrido C. (2009)

Los dos tipos principales de soldaduras son: la de ranura y la de filete. Las soldaduras de tapón y de canal son menos comunes en el trabajo estructural.

Soldadura de Ranura

Cuando la penetración es completa y las soldaduras de ranura están sujetas a tracción o compresión axial la tensión en la soldadura se calcula dividiendo la carga entre el área neta de la soldadura.

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Gráfico No. 6 Soldadura de Ranura. Fuente: Bendito A. (2010)

El refuerzo es metal de aportación que hace mayor la dimensión de la garganta que la del espesor del material soldado y se utilizan para aportar cierta resistencia adicional ya que contrarresta los poros y otras irregularidades y porque al soldador se le facilita realizar una soldadura un poco más gruesa que el material soldado.

Las soldaduras de ranura se usan cuando los miembros que se conectan están alineados en el mismo plano y las uniones están normalmente sujetas a tensiones directas de tracción o compresión. Ofrece mayor resistencia que la de filete; sin embargo la mayoría de las uniones estructurales soldadas deben resolverse a filete.

Soldadura de filete

Las soldaduras de filete son más resistentes a la tracción y a la compresión que al corte, de manera que las tensiones determinantes son los de corte. Este tipo de soldadura falla por corte en un ángulo de aproximadamente 45 grados a través de la garganta.

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Gráfico No. 7 Soldadura de Ranura. Fuente: Bendito A. (2010) Material de Aporte El material de aporte que se utiliza en el proceso de soldadura se conoce como electrodo, el cual consiste en una varilla generalmente fabricada de una variedad de aleaciones de metales y tienen diferentes tipos de revestimientos. Las funciones principales de los electrodos revestidos son: -

Formar un arco estable.

-

Reemplazar los elementos del metal perdido por fusión.

-

Proveer de gas para proteger el baño de metal fundido.

-

Formar la escoria para proteger el metal mientras se enfría.

Gráfico No. 8 Identificación del electrodo. Fuente: Centro técnico INDURA, (2015)

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Electrodos Desnudos A pesar de tener una composición química definida, tienen varios inconvenientes:

a) Dificultad en la alimentación y estabilidad del arco eléctrico (Gráfico No. 9) Se utilizan únicamente con corriente continua, polo positivo. Pueden mejorar si se aumenta el contenido en carbono (C) en el alambre o depositando silicatos de sodio (Na) o potasio (K) sobre la línea de soldadura. b) Al no contar con una atmósfera protectora que generan los gases provenientes de la quema del revestimiento, favorece la absorción de gases, por ejemplo hidrógeno (H), oxígeno (O) y Nitrógeno (N) (Gráfico No.10) c) Facilita la pérdida por oxidación de los elementos que componen el metal a soldar, por ejemplo: al formar óxido de hierro, oxido de manganeso, entre otros; también forma compuestos como nitruro de hierro (Fe 4N), que disminuyen considerablemente la capacidad de deformación y aumentan la dureza del metal soldado. Hoy ya no son más utilizados.

Gráfico No. 9 Comparación de la estabilidad del arco eléctrico entre un electrodo desnudo y uno revestido. Fuente: Alonso J. (2008)

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Gráfico No. 10 Comparación entre el electrodo desnudo y el revestido. Fuente: Alonso J. (2008)

Electrodos revestidos Estos electrodos están constituidos por un núcleo metálico, el alambre, y una pasta o revestimiento de composición muy variable, de acuerdo al tipo.

El alambre utilizado para la fabricación de los electrodos proviene de un acero de Características efervescentes y de bajo contenido de carbono, esto significa que es fundido sin la adición de desoxidantes. La elección de los alambres para la fabricación de los electrodos se obtiene a través de un análisis químico, y la composición debe corresponder aproximadamente a un acero tipo 1006/1010 de la norma S.A.E.

Breve descripción sobre la fabricación de los electrodos revestidos Como ya se dijo al principio, el electrodo revestido está compuesto por dos partes: una metálica (el alma), y otra en forma de una pasta (revestimiento).

El alma es común a los diferentes tipos de electrodos, tanto para los de soldadura de aceros al carbono o de baja aleación, como para los inoxidables sintéticos y los de

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recargue duro, en estos casos los elementos de aleación se acrecienta en el revestimiento; no obstante en otros casos como por ejemplo los electrodos para aceros inoxidable naturales se utilizan alambres aleados. En el revestimiento están contenidos los elementos para la estabilidad del arco, formación de escorias, desoxidantes y de aporte de elementos de aleación.

Para la fabricación de los electrodos, primero se mezclan en seco los diferentes elementos que componen el revestimiento, a continuación se agrega el aglomerante para formar una masa que será remitida a las prensas extrusoras donde, es prensada en torno de un alambre, que ya fue enderezado y cortado, constituyéndose así en un electrodo revestido. Posteriormente se procederá al secado a temperaturas que varían de acuerdo con el tipo de electrodo.

Funciones del Revestimiento El revestimiento debe cumplir, fundamentalmente, tres funciones importantes, no siempre compatibles entre sí, las que deben guardar un adecuado equilibrio, como por ejemplo: proporcionar un arco estable y de fácil re-encendido (función eléctrica), proveer el gas que debe proteger el metal fundido del aire atmosférico, permitir soldar en todas las posiciones (función física) y debe formar una escoria metalúrgica, o sea, capaz de desoxidar y refinar el metal depositado y también transferir elementos de aleación (función metalúrgica).

Con mayor detalle se podría decir: que el revestimiento ideal es aquel que, proporciona simultáneamente:

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a) Un metal depositado con propiedades mecánicas y metalúrgicas correctas, una buena desoxidación y adecuada transferencia de elementos de aleación.

b) Facilidad de operación del electrodo en corriente continua y alterna, y buen control de la escorias durante la ejecución de la soldadura.

c) Cordones libres de poros y resistentes a la propagación de fisuras.

d) Fácil remoción de la escoria.

e) Pocas salpicaduras.

f) Arco estable y de fácil re-encendido.

g) Buena penetración.

h) Alta velocidad de deposición.

i) Buena terminación del cordón de soldadura (limpio, liso).

j) El revestimiento debe ser resistente pero también flexible; no debe proporcionar gases perjudiciales a la salud; debe tener buena resistencia al sobre calentamiento dentro de su faja de amperaje y también lo menos higroscópico posible.

Como se mencionó anteriormente varias de las exigencias señaladas son incompatibles entre sí y su equilibrio demanda un gran compromiso para el fabricante; un estudio consciente y permanente sobre estos aspectos será lo que permita obtener

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electrodos de calidad y de fácil empleo, sobre todo en los trabajos de mayores exigencias metalúrgicas, mecánicas y operativas.

El revestimiento está compuesto por una mezcla de: Óxidos naturales (oxido de Fe, oxido de Mn, oxido de titanio, oxido de silício, etc.). Silicatos naturales (feldespato, caolín, mica, circonio, etc.). Carbonatos (dolomita, magnesita, calcita, etc.). Ferroaleaciones (ferro-manganeso, ferro-silicio, ferromolibdeno, etc.). Sales metálicas (fluorita, criolita, etc.). Substancias orgánicas (celulosa). Aglomerantes (silicato de Na o silicato de K).

Cada uno de esos elementos desempeña una función determinada, sea durante la fusión, sea durante la solidificación; en una palabra el revestimiento realiza un gran número de funciones que pueden ser resumidas en:

a) Función eléctrica: Es sabido que la existencia del arco eléctrico, entre el electrodo y el material a soldar, depende del estado de ionización de la atmósfera que lo circunda.

El sodio (Na) y el potasio (K), introducidos en el revestimiento por medio de los silicatos, como agentes aglomerantes, son los elementos que proporcionan los iones necesarios para iniciar el arco y mantenerlo durante el proceso de fusión de la varilla (estabilidad del arco).

Los electrodos de las normas, A.W.S. E-6010 ó I.S.O. / E.N. E 43 5 C 50, de revestimiento "celulósico sódico", tienen un arco de fuerte penetración con transferencia en forma de pequeñísimas gotas ("spray") de metal fundido, realizada a alta velocidad entre la punta del electrodo y el metal a soldar.

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Este tipo de transferencia confiere al arco la particularidad de mantener su estabilidad, a pesar de las fuertes variaciones de distancia; se emplean solamente en corriente continua con polaridad invertida, es decir conectando la pinza porta-electrodos al polo positivo. Su uso en corriente alterna no es posible, pues el arco se extingue con facilidad, aun empleándose transformadores de elevada tensión en vacío.

Para conseguir estabilizar el arco en la corriente alterna, se recurre a los revestimientos aglomerados con silicato de potasio, como por ejemplo los "celulósicos potásicos" o "bajo hidrógeno potásico"; donde el arco ionizado en base al potasio es capaz de restablecerse instantáneamente, aun cuando el voltaje del mismo pase por el valor cero dos veces en cada ciclo de este tipo de corriente.

Sin tener en cuenta otros aspectos que afectan la estabilidad del arco eléctrico para la soldadura manual, es interesante aclarar el por qué un plasma sódico resulta más fuertemente ionizado que un plasma potásico.

Para explicar por qué un plasma potásico es más apto para la soldadura con corriente alterna, faltaría acrecentar que este último confiere al arco la propiedad de reencenderse instantáneamente después de cada medio ciclo en que la corriente se corta o pasa por cero en cada cambio de polaridad, pues tanto la facilidad de encender como de re-encender (estabilidad del arco) están relacionadas con el potencial de ionización de los elementos presentes en el plasma.

En este caso, los potenciales de ionización del potasio y del sodio (vapores) son, respectivamente 4,32 y 5,12 como por ejemplo.; los plasmas ionizados con vapores de potasio requieren menor potencial y por eso resulta más estable.

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b) Función física: Una de las funciones físicas del revestimiento es la de formar humos más densos que el aire para proteger, tanto el metal en transferencia (gotas) durante la soldadura como la pileta de metal fundido, de la contaminación por los gases atmosféricos - hidrógeno (H), nitrógeno (N) y oxígeno (O).

Otra de la funciones es la de contribuir en la transferencia de las gotas de metal fundido en las posiciones contrarias a la ley de gravedad, como por ejemplo: la horizontal en pared vertical, la vertical propiamente dicha y la sobre cabeza; la ejecución de la soldadura en cualquiera de esas posiciones no podría ser realizada a no ser que la gota de metal fundido sea transportada por los gases producidos por el revestimiento. Los electrodos de revestimiento orgánico o semi-orgánico pueden realizar esas tareas, en virtud al desprendimiento de H; los electrodos de revestimiento básico también lo son, gracias a la Formación de gas carbónico (CO 2). Otra más de las funciones físicas del revestimiento es la de formar escorias de viscosidad elevada, en las proximidades de la temperatura de fusión, que cubran el material depositado, para dar protección total tanto al metal recientemente fundido como asimismo durante el tiempo de solidificación, y además dar sustentación a los cordones de soldadura depositados en posición vertical o sobre cabeza.

c) Función metalúrgica: La función metalúrgica del revestimiento consiste en aportar elementos reductores de impurezas y ciertos elementos útiles, que se agregan al metal fundido a fin de mejorar las características mecánicas y/o químicas del metal depositado.

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La escoria formada, trabaja, o protegiendo el metal liquido del contacto del aire desprendiendo gases reductores, como por ejemplo: hidrógeno, eliminando o reduciendo el contenido de impurezas (ej.: P y S), o ejerciendo todas las funciones al mismo tiempo.

Otra de las funciones es la de proveer, al metal depositado, de elementos de aleación, como por ejemplo: Mn, Mo, Cr, Ni, Cu, V, Nb, etc., a fin de lograr una composición química conforme a lo deseado.

Clasificación de los Electrodos según su revestimiento Se clasifican en:  Celulósicos  Rutílicos  Minerales  Básicos o Bajo hidrógeno  Hierro en polvo.

Celulósicos: Son llamados así por el alto contenido de celulosa que llevan en el revestimiento. AWS – ASTM – E – 6010 / E – 6011

Las características principales de este grupo son: 

Máxima penetración



Solidificación rápida



Buenas características de resistencia, elasticidad y ductilidad

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

Presentación regular

Rutílicos: Se denominan así por el alto contenido de rutilo (óxido de titanio) en el revestimiento. AWS – ASTM E – 6012 / E – 6013

Las características de este grupo son: 

Penetración mediana o baja



Arco suave



Buena presentación



Buena resistencia

Minerales: Los principales componentes del revestimiento de estos electrodos son óxido de hierro y manganeso. AWS – ASTM E – 6027 Las características principales son: 

Alta velocidad de deposición



Arco suave



Buena apariencia del depósito



Buenas propiedades mecánicas

Básicos o Bajo Hidrógeno: Su nombre se debe a la ausencia absoluta de humedad (hidrógeno) en su revestimiento. AWS – ASTM E – 7018 / E – 7016 Las características principales son:

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

Alta ductilidad



Máxima resistencia a los depósitos



Alta resistencia a los impactos a baja temperatura



Depósitos de calidad radiográfica - Penetración mediana a alta.

Hierro en polvo:

A esta clasificación pertenecen todos los electrodos cuyo revestimiento contiene una cantidad balanceada de hierro en polvo. Sus características son: 

Se aumenta el rendimiento del electrodo



Suaviza energía del arco



Se mejora presentación del cordón



Mejora ductilidad

Parámetros de soldeo Diámetro del electrodo: Se debe seleccionar el electrodo de mayor diámetro posible que asegure los requisitos de aporte térmico y que permita un fácil manejo. Esta elección debe hacerse en función del espesor del material, del tipo de unión y de la posición, que son los parámetros de los que depende la selección del diámetro del electrodo.

Los electrodos de mayor diámetro se seleccionan para el soldeo de materiales de gran espesor y para el soldeo en posición plana.

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En el soldeo en posición cornisa, vertical y bajo techo el baño de fusión tiende a caer por efecto de la gravedad, por lo que en estas posiciones convendrá utilizar electrodos de menor diámetro.

Asimismo, en el soldeo con pasadas múltiples, el cordón de raíz conviene efectuarlo con un electrodo de pequeño diámetro, para conseguir el mayor acercamiento posible del arco al fondo de la unión y asegurar una buena penetración. Se utilizarán electrodos de mayor diámetro para acabar la unión. Por tanto, se deberán emplear:

-

Electrodos de poco diámetro en punteado, uniones de piezas de poco espesor, primeras pasadas, soldaduras en posición cornisa, vertical y bajo techo.

-

Electrodos de mayores diámetros para uniones de piezas de espesores medios y gruesos, soldaduras en posición plana y recargues.

Intensidad de soldeo: Depende del tipo de unión y de la posición de soldeo, como regla general, se debe ajustar la intensidad a un nivel en el que la “cavidad” del baño de fusión sea visible.

Longitud del arco: Es uno de los factores determinantes de la calidad de la soldadura. Si el arco es demasiado largo, metal de aportación pasa del electrodo a la pieza en forma de grandes glóbulos que se depositan de forma irregular. Esto produce un cordón de mal aspecto, muy ancho, con excesivas proyecciones y sin suficiente ligazón entre el material base y el metal aportado. Si, por el contrario, el arco es demasiado corto, no genera suficiente calor para fundir adecuadamente el metal base. Además el electrodo se pega con frecuencia y el cordón queda muy abultado, desigual y con aguas muy

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irregulares. Como regia general, la longitud de arco debe tomarse aproximadamente igual a diámetro del electrodo.

Depende del tipo y diámetro del electrodo, de la intensidad y de la posición de soldeo. Deberá ser igual al diámetro del electrodo, excepto cuando se trabaje con electrodos de tipo básico, que deberá ser igual a la mitad de su diámetro.

Velocidad de desplazamiento: Cuando la velocidad de soldadura es excesiva, el baño de fusión no permanece líquido el suficiente tiempo para desprenderse de todas las impurezas por lo que éstas quedan aprisionadas en él. Si la velocidad es muy lenta el material se amontona produciendo cordones muy anchos y gruesos.

Tipo de corriente: El soldeo por arco con electrodos revestidos puede hacerse tanto con corriente alterna como con corriente continua. La elección dependerá del electrodo a utilizar, del material base y del tipo de fuente de energía disponible.

Fuente de alimentación: Para que la corriente de soldeo se vea poco afectada por las variaciones de la longitud del arco, la fuente de energía empleada en este proceso debe ser de intensidad constante (máquinas de corriente constante o característica descendente). Para una selección de la fuente de alimentación adecuada (corriente continua o corriente alterna), se debe tener en cuenta el electrodo que se va a emplear, así como el intervalo de intensidades y tensión de vacío.

Portaelectrodos: Tiene la misión de sujetar el electrodo y conducir la electricidad hasta él y debe reunir las siguientes características: - Debe ser ligero, para evitar la fatiga del soldador. - Debe tener buena resistencia al calentamiento, permitiendo la refrigeración.

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- Todas las superficies deben estar perfectamente aisladas. - El electrodo debe poder colocarse y extraerse fácilmente. - Debe permitir el movimiento de balaceo necesario para la realización del cordón.

En todo caso, se debe seleccionar el portaelectrodos adecuado para cada gama de diámetros de electrodo que se vaya a utilizar.

Conexión de masa: La conexión de masa es un factor importante a tener en cuenta, pues una colocación incorrecta puede provocar el denominado soplo magnético (originado por el campo magnético que se establece alrededor del arco y que induce corrientes en la pieza a soldar), dificultando el control del arco. También es importante una correcta sujeción del cable pues, si está mal sujeto, puede dar lugar a un calentamiento de la conexión y la desaparición del arco.

Procesos de soldadura

Los procesos de soldadura se dividen en dos categorías principales:

1) soldadura por fusión, en la cual se obtiene una fusión derritiendo las dos superficies que se van a unir, y en algunos casos añadiendo un metal de aporte a la unió. 2) soldadura de estado sólido, en la cual se usa calor o presión o ambas para obtener la fusión, pero los metales base no se funden ni se agrega un metal de aporte.

La soldadura por fusión es la categoría más importante e incluye:

1) la soldadura con arco eléctrico. 2) la soldadura por resistencia. 3) la soldadura con oxígeno y gas combustible.

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4) otros procesos de soldadura por fusión (los que no pueden clasificarse en alguno de los primeros tres tipos).

Soldadura por arco sumergido (SAW)

El proceso de soldadura por arco sumergido, también llamado proceso SAW (submerged arc welding), tiene como detalle más característico el empleo de un flujo continuo de material protector en polvo o granulado, llamado flux. Esta sustancia protege el arco y el baño de fusión de la atmósfera, de tal forma que ambos permanecen invisibles durante la soldadura. Parte de flux funde, y con ello protege y estabiliza el arco, genera escoria y aisla el cordón, e incluso puede contribuir a la aleación. El resto el flux, no fundido, se recoge tras el paso del arco para su reutilización. Este proceso está totalmente automatizado y permite obtener grandes rendimientos.

El electrodo de soldadura SAW es consumible, con lo que no es necesario aportación externa de fundente. Se comercializa en forma de hilo, macizo o hueco con el flux dentro (de forma que no se requiere un conducto de aporte sino sólo uno de recogida), de alrededor de 0,5 mm de espesor.

El flux, o mejor dicho, los fluxes, son mezclas de compuestos minerales varios (SIO2, CaO, MnO, entre otros) con determinadas características de escorificación, viscosidad. Obviamente, cada fabricante mantiene la composición y el proceso de obtención del flux en secreto, pero, en general, se clasifican en fundidos (se obtienen por fusión de los elementos), aglomerados (se cohesionan con aglomerantes; cerámicos, silicato potásico, entre otros) y mezclados mecánicamente. Ya que el flux puede actuar como elemento fundente, la adición en el de polvo metálico optimiza bastante el

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proceso, mejora la tenacidad de la unión y evita un indeseable aumento del tamaño de grano en el metal base.Dependiendo del equipo y del diámetro del hilo de electrodo, este proceso se trabaja con intensidades de hasta 1600 amperios, con corriente continuas (electrodo positivo y base negativa) o alternas.

Este proceso es bastante versátil; se usa en general para unir metales férreos y aleaciones, y para recubrir materiales contra la corrosión (overlay). Además, permite la soldadura de piezas con poca separación entre ellas. El arco actúa bajo el flux, evitando salpicaduras y contaminación del cordón, y alimentándose, si es necesario, del propio flux, que además evita que el arco se desestabilice por corrientes de aire.

La soldadura SAW puede aplicarse a gran velocidad en posiciones de sobremesa, para casi cualquier tipo de material y es altamente automatizable. El cordón obtenido en estos soldeos es sano y de buen aspecto visual. En cambio, la mayor limitación de este proceso es que solo puede aplicarse en posiciones de sobremesa y cornisa, ya que de otra manera el flux se derramaría. Flux que ha de ser continuamente aportado, lo cual encarece el procedimiento y aumenta sus probabilidades de fallo (hay que alimentar tanto el rollo de electrodo como el flux); además, si se contamina por agentes externos, la calidad del cordón disminuye bastante.

A pesar de que puede unir materiales poco separados, no es recomendable para unir espesores menores de 5mm. Este proceso tiene mayor campo de aplicación en la fabricación de tuberías de acero en espiral y, en general, en la soldadura de casi cualquier tipo de aceros (especialmente los inoxidables).

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El tamaño de una soldadura es muy importante, ya que se relaciona directamente con la resistencia mecánica de la unión y sus relativas consecuencias. Tamaños de soldaduras inferiores a los requeridos no podrán resistir las cargas aplicadas durante su servicio.

Gráfico No. 11 Detalles soldadura proceso SAW. Fuente: Guía de soldadura para el técnico profesional, (2006) Las discontinuidades en los cordones también pueden ser importantes. Estas son las imperfecciones dentro o adyacentes a la soldadura, que pueden o no, dependiendo de su tamaño y/o ubicación, disminuir la resistencia para la cual fue diseñada. Normalmente estas discontinuidades, de inaceptables dimensiones y localización, se denominan defectos de soldadura, y pueden ser causas prematuras de falla, reduciendo la resistencia de la unión a través de concentraciones de esfuerzos dentro de los componentes soldados (véase gráfico No. 11)

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Soldadura con arco eléctrico La soldadura con arco eléctrico, SAC (arc welding en inglés, AW), es un proceso de soldadura en el cual la unión de las partes se obtiene por fusión mediante el calor de un arco eléctrico entre un electrodo y el material de trabajo.

Gráfico No. 12 Configuración básica y circuito eléctrico de un proceso de soldadura con arco eléctrico. Fuente: Guía de soldadura para el técnico profesional, (2006)

Un proceso de soldadura con arco eléctrico general se muestra en el (gráfico No. 12) Un arco eléctrico es una descarga de corriente eléctrica a través de una separación en un circuito. Se sostiene por la presencia de una columna de gas térmicamente ionizada (denominada plasma) a través de la cual fluye la corriente. En un proceso de AW, el arco eléctrico se inicia al acercar el electrodo a la pieza de trabajo, después del contacto el electrodo se separa rápidamente de la pieza a una distancia corta. La energía eléctrica del arco eléctrico así formado produce temperaturas de 5500 ºC o mayores, que son lo suficientemente calientes para fundir cualquier metal. Se forma un pozo de metal fundido, que consiste en metal(es) base y metal de aporte (si se usa uno), cerca de la punta del electrodo. En la mayoría de los procesos de soldadura con arco eléctrico, se

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agrega un metal de aporte durante la operación para aumentar el volumen y fortalecer la unión soldada. Conforme el electrodo se mueve a lo largo de la unión, el pozo de metal fundido se solidifica de inmediato.

El movimiento del electrodo se consigue ya sea mediante una persona que suelda (soldadura manual) o por medios mecánicos (soldadura con máquina, soldadura automática o soldadura robótica). Un aspecto problemático de la soldadura manual con arco eléctrico es que la calidad de la unión fundida depende de la habilidad y ética de trabajo del soldador. La productividad también es un aspecto de la soldadura con arco eléctrico. Con frecuencia se mide la productividad como tiempo de arco eléctrico, que es la proporción de las horas trabajadas en las que se obtiene una soldadura con arco eléctrico. En la soldadura con arco eléctrico, las altas temperaturas provocan que los metales que se unen reacciones intensamente al oxígeno, nitrógeno e hidrógeno del aire. Las propiedades mecánicas de la unión soldada pueden degradarse seriamente por estas reacciones. Para proteger la operación de soldadura de este resultado no deseado, casi todos los procesos de soldadura con arco eléctrico proporcionan algún medio para proteger el arco del aire en el ambiente. Esto se logra cubriendo la punta del electrodo, el arco eléctrico y el pozo soldadura fundida con un manto de gas o fundente o ambos, lo que inhibe la exposición del metal soldado al aire.

Los gases de protección comunes incluyen el argón y el helio, pues ambos son inertes. En la soldadura de metales ferrosos con ciertos procesos de AW se usan oxígeno y dióxido de carbono, por lo general en combinación con argón o helio, para producir una atmósfera oxidante o para controlar la forma de la soldadura.

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Un fundente es una su sustancia usada para evitar la formación de óxidos y otros contaminantes no deseados o para disolverlos y facilitar su remoción. Durante la soldadura, el fundente se derrite y convierte en una escoria líquida, que cubre la operación y protege el metal de soldadura fundido. La escoria se endurece después del enfriamiento y debe removerse con cincel o cepillo. Por lo general un fundente está formado para cumplir con varias funciones adicional que incluyen: 1) proporcionar una atmósfera protectora para la soldadura, 2) estabilizar el arco eléctrico y 3) reducir las salpicaduras.

En la soldadura con arco eléctrico se usan tanto la corriente directa (DC) como la corriente alterna (AC). Las máquinas de AC son menos costosas de adquirir y operar, pero por lo general están limitadas a la soldadura de metales ferrosos. El equipo DC puede usarse en todos los metales con buenos resultados y generalmente destaca por un mejor control del arco eléctrico.

En todos los procesos de soldadura con arco eléctrico, la energía para conducir la operación es el producto de la corriente “I” que pasa por el arco eléctrico y el voltaje “E” a través de éste. Esta energía se convierte en calor, pero no todo el calor se transfiere a la superficie del trabajo. La convección, la conducción, la radiación y las salpicaduras representan pérdidas que reducen la cantidad de calor utilizable.

Soldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW) Es también conocida como Gas Arco Metal o MAG La soldadura metálica con arco eléctrico y gas. SMAEG (en inglés gas metal arc welding, GMAW) es un proceso en el cual el electrodo es un alambre metálico desnudo consumible y la protección se

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proporciona inundando el arco eléctrico con un gas. El alambre desnudo se alimenta en forma continua y automática desde una bobina a través de la pistola de soldadura, como se ilustra en el gráfico No 13.

Gráfico No. 13 Soldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW). Fuente: Guía de soldadura para el técnico profesional, (2006)

Para protección se usan gases inertes como el argón y el helio y también gases activos como el bióxido de carbono. La elección de los gases (y sus mezclas) dependen del material que se va a soldar, al igual que de otros factores. Se usan gases inertes para soldar aleaciones de aluminio y aceros inoxidables, en tanto que normalmente se usa CO2 para soldar aceros al bajo y mediano carbono. La combinación del alambre de electrodo desnudo y los gases protectores eliminan el recubrimiento de escoria en la gota de soldadura y, por tanto, evitan la necesidad del esmerilado y limpieza manual de la escoria. Por tal razón, el proceso de GMWA y gas es ideal para hacer múltiples pasadas de soldadura en la misma unión.

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El proceso MIG opera en DC (corriente continua) usualmente con el alambre como electrodo positivo. Esto es conocido como "Polaridad Negativa" (reverse polarity). La "Polaridad Positiva" (straight polarity) es raramente usada por su poca transferencia de metal de aporte desde el alambre hacia la pieza de trabajo. Las corrientes de soldadura varían desde unos 50 Amperios hasta 600 Amperios en muchos casos en voltajes de 15V hasta 32V, un arco auto-estabilizado es obtenido con el uso de un sistema de fuente de poder de potencial constante (voltaje constante) y una alimentación constante del alambre.

Continuos desarrollos al proceso de soldadura MIG lo han convertido en un proceso aplicable a todos los metales comercialmente importantes como el acero, aluminio, acero inoxidable, cobre y algunos otros. Materiales por encima de 0.76 mm de espesor pueden ser soldados en cualquier posición, incluyendo de piso, vertical y sobre cabeza.

Es muy simple escoger el equipo, el alambre o electrodo, el gas de la aplicación y las condiciones óptimas para producir soldaduras de alta calidad a muy bajo costo. El proceso básico MIG incluye tres técnicas muy distintas: Transferencia por “Corto circuito”, transferencia “Globular” y la transferencia de “Arco Rociado” (Spray Arc). Estas técnicas describen la manera en la cual el metal es transferido desde el alambre hasta la soldadura fundida. En la transferencia por corto circuito, también conocido como "Arco Corto", "Transferencia espesa" y "Micro Wire", la transferencia del metal ocurre cuando un corto circuito eléctrico es establecido, esto ocurre cuando el metal en la punta del alambre hace contacto con la soldadura fundida. En la transferencia por rociado (spray arc) diminutas gotas de metal fundido llamadas "Moltens" son

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arrancadas de la punta del alambre y proyectadas por la fuerza electromagnética hacia la soldadura fundida. En la transferencia globular el proceso ocurre cuando las gotas del metal fundido son lo suficientemente grandes para caer por la influencia de la fuerza de gravedad. Los factores que determinan la manera en que los moltens son transferidos son la corriente de soldadura, el diámetro del alambre, la distancia del arco (voltaje), las características de la fuente de poder y el gas utilizado en el proceso.

La soldadura MIG es un proceso versátil, con el cual se puede depositar soldadura a un rango muy alto y en cualquier posición. El proceso es ampliamente usado en láminas de acero de bajo y mediano calibre de fabricación y sobre estructuras de aleación de aluminio particularmente donde existe un alto requerimiento de trabajo manual o trabajo de soldador.

El uso de Anhídrido Carbónico (CO2) causa más turbulencias en la transferencia del metal del alambre al metal base con la tendencia a crear cordones de soldadura más abultados y un alto incremento de las salpicaduras. Las mezclas de gases con bases de Argón (Ar) proveen transferencias de metales más estables y uniformes, buena forma del cordón de soldadura y las salpicaduras son reducidas al mínimo, además de un rango más bajo en la generación de humo.

Los generadores más adecuados para la soldadura por el procedimiento MIG son los rectificadores y los convertidores (aparatos de corriente continua). La corriente continua con polaridad inversa mejora la fusión del hilo, aumenta el poder de penetración, presenta una excelente acción de limpieza y es la que permite obtener mejores resultados. En la soldadura MIG, el calor se genera por la circulación de corriente a través del arco, que se establece entre el extremo del hilo electrodo y la

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pieza. La tensión del arco varía con la longitud del mismo. Para conseguir una soldadura uniforme, tanto la tensión como la longitud del arco deben mantenerse constantes. En principio, esto podemos lograrlo de dos formas; (1) Alimentando el hilo a la misma velocidad con que éste se va fundiendo; o (2), fundiendo el hilo a la misma velocidad con que se produce la alimentación.

Procesos de soldadura con arco eléctrico que usan electrodos no consumibles Existen procesos en los cuales se puede considerar electrodos no consumibles: la soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas, la soldadura de plasma de arco eléctrico y varios procesos más.

Soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas (GTAW) La soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas, STAEG (en inglés gas tungsten arc welding, GTAW), es un proceso que usa un electrodo de tungsteno no consumible y un gas inerte para proteger el arco eléctrico. Con frecuencia, este proceso se denomina soldadura de tungsteno con gas inerte (en inglés tungsten ínert gas welding, TIG welding). El proceso de GTAW puede realizarse con o sin un metal de relleno. El gráfico No. 14, Ilustra este último caso.

Gráfico No. 14 Soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas. Fuente: Manual de soldadura, Venetool (2010)

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Cuando se usa un metal de aporte, éste se agrega al pozo de soldadura desde una varilla separada, la cual se funde mediante el calor del arco eléctrico. El tungsteno es un buen material para electrodo debido a su alto punto de fusión de 3410 ºC. Los gases protectores que se usan normalmente incluyen argón, helio o una mezcla de ellos . El sistema TIG es aplicable a casi todos los metales en un rango amplio de espesores. También se usa para unir diferentes combinaciones de metales distintos. Sus aplicaciones más comunes incluyen el aluminio y el acero inoxidable. El hierro colado, el hierro fundido, el plomo y el tungsteno son difíciles de soldar mediante este proceso. En las aplicaciones de soldadura de acero, la soldadura TIG generalmente es más lenta y más costosa que los procesos de soldadura con arco de electrodo consumible, excepto cuando se incluyen secciones delgadas y cuando se requieren soldaduras de muy alta calidad. Cuando se sueldan hojas delgadas con tungsteno y gas inerte a tolerancias muy reducidas no se agrega el metal de aporte.

El proceso se ejecuta en forma manual o mediante métodos de máquina y automatizados para todos los tipos de uniones. Las ventajas del sistema TIG son: su alta calidad, no hay salpicaduras de soldadura debido a que no se transfiere un metal de aporte a través del arco eléctrico y no se requiere limpieza o ésta es muy reducida porque no se usa fundente.

La Soldadura TIG fue desarrollada inicialmente con el propósito de soldar metales anticorrosivos y otros metales difíciles de soldar, no obstante al pasar del tiempo, su aplicación se ha expandido incluyendo tanto soldaduras como revestimientos endurecedores (hardfacing) en prácticamente todos los metales usados comercialmente .

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En la soldadura TIG la zona de soldadura es resguardada de la atmósfera por un gas inerte que es alimentado a través de la antorcha, Argón y Helio pueden ser usados con éxito en este proceso, el Argón es principalmente utilizado por su gran versatilidad en la aplicación exitosa de una gran variedad de metales, además de su alto rendimiento permitiendo soldaduras con un bajo flujo para ejecutar al proceso.

El Helio genera un arco más caliente, permitiendo una elevación del voltaje en el arco del 50-60%. Este calor extra es útil especialmente cuando la soldadura es aplicada en secciones muy pesadas. La mezcla de estos dos gases es posible y se usa para aprovechar los beneficios de ambos, pero la selección del gas o mezcla de gases dependerá de los materiales a soldar.

Dado que la atmósfera está aislada 100% del área de soldadura y un control muy fino y preciso de la aplicación de calor, las soldaduras TIG, son más fuertes, más dúctiles y más resistentes a la corrosión que las soldaduras hechas con el proceso ordinario de arco manual (electrodo cubierto). Además del hecho de que no se necesita ningún fundente, hace este tipo de soldaduras aplicable a una amplia gama de diferentes procedimientos de unión de metales.

Es imposible que ocurra una corrosión debido a restos de fundente atrapados en la soldadura y los procedimientos de limpieza en la post-soldadura son eliminados, el proceso entero se ejecuta sin salpicaduras o chispas, la soldadura de fusión puede ser ejecutada en casi todos los metales usados industrialmente, incluyendo las aleaciones de Aluminio, Acero Inoxidable, aleaciones de Magnesio, Níquel y las aleaciones con base de Níquel, Cobre, Cobre-Silicón, Cobre-Níquel, Plata, Bronce fosfórico, las aleaciones de acero de alto carbón y bajo carbón, Hierro Colado (cast iron) y otros. El proceso

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también es ampliamente conocido por su versatilidad para soldar materiales no similares y aplicar capas de endurecimiento de diferentes materiales al acero.

La fuente de poder para TIG puede ser AC o DC, sin embargo, algunas características sobresalientes obtenidas con cada tipo, hacen a cada tipo de corriente mejor adaptable para ciertas aplicaciones específicas.

Soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW)

La soldadura por arco con núcleo de fundente (flux cored arc welding, FCAW) es un proceso de soldadura por arco que aprovecha un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte y el charco de soldadura. Este proceso se emplea con protección de un fundente contenido dentro del electrodo tubular, con o sin un escudo adicional de gas de procedencia externa, y sin aplicación de presión.

El electrodo con núcleo de fundente es un electrodo tubular de metal de aporte compuesto que consiste en una funda metálica y un núcleo con diversos materiales pulverizados. Durante la soldadura, se produce un manto de escoria abundante sobre la superficie de la franja de soldadura. El proceso FCAW tiene dos variaciones principales que difieren en su método de protección del arco y del charco de soldadura contra la contaminación por gases atmosféricos (oxígeno y nitrógeno). Una de ellas, la FCAW con autoprotección, protege el metal fundido mediante la descomposición y vaporización del núcleo de fundente en el calor del arco. El otro tipo, la FCAW con escudo de gas, utiliza un flujo de gas protector además de la acción del núcleo de fundente. En ambos métodos, el

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material del núcleo del electrodo proporciona una cubierta de escoria sustancial que protege el metal de soldadura durante su solidificación.

Normalmente, la soldadura por arco con núcleo de fundente es un proceso semiautomático, aunque también se emplea para soldadura automática y mecanizada.

El proceso de FCAW combina características de soldadura por arco de metal (SMAW), la soldadura por arco de metal y gas (GMAW) y la soldadura por arco sumergido SAW). En los gráficos No. 15 y No. 16 se muestran los elementos del proceso FCAW, así como las características que distinguen las dos variaciones principales.

El método con escudo de gas gráfico N°15, el gas protector (por lo regular dióxido de carbono o una mezcla de argón y dióxido de carbono o una mezcla de argón y nitrógeno).

Gráfico No. 15 Soldadura por arco con núcleo de fundente con gas. Fuente: Saavedra, (2011)

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En el método con autoprotección que se muestra en el gráfico No. 16, la protección se obtiene a partir de ingredientes vaporizados del fundente que desplazan el aire y por la escoria que cubre las gotas del metal derretido y el charco de soldadura durante la operación.

Gráfico No. 16 Soldadura por arco con núcleo de fundente y autoprotección. Fuente: Guía de soldadura para el técnico profesional, (2006)

El proceso se emplea para soldar aceros al carbono y de baja aleación, aceros inoxidables y hierros colados. También sirve para soldar por puntos uniones traslapadas en láminas y placas, así como para revestimientos y deposición de superficies duras.

El tipo de FCAW que se use dependerá del tipo de electrodos de que se disponga, los requisitos de propiedades mecánicas de las uniones soldadas y los diseños de las uniones

Las ventajas consisten en tasas de deposición elevadas, factores de operación altos y mayores eficiencias de deposición (no se desechan “colillas” de electrodo)

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Posiciones de Soldadura

Desde el punto de vista que ocupa el soldador respecto a la junta, durante la colocación de las soldaduras, la soldadura puede ser (en orden de menor a mayor dificultad) plana, horizontal, vertical o sobrecabeza.

Posición Plana.

En la soldadura plana, el metal de aportación se deposita desde el lado superior de la junta, y la cara visible de la soldadura es aproximadamente horizontal. (Gráfico No 17).

Posición Horizontal.

En la soldadura horizontal (H), el metal de aportación se coloca sobre una superficie horizontal y contra otra vertical. En una soldadura de filete de lados iguales la inclinación de la cara exterior es de 45º y en una soldadura de penetración, su eje es una recta horizontal, y la cara exterior ocupa un plano vertical. (Gráfico No 17-H).

Posición Vertical.

En la soldadura vertical, el eje de la soldadura es una recta vertical. (Gráfico No 17-V).

Posición Sobre Cabeza.

En la soldadura sobrecabeza, el metal de aportación se coloca desde la parte inferior de la junta (gráfico No 17-T).

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Gráfico No. 17 Clasificación de los cordones de soldadura según su posición durante la operación de soldar. Fuente: Bahsas y Salazar, (2007)

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Mapa de Variables

Tabla No. 2 Mapa de Variable. Objetivo General: Elaborar un manual práctico para el uso de electrodos como material de aporte en soldadura de los aceros estructurales. Variable

Dimensiones

Indicador

Describir los diferentes tipos de aceros estructurales según los códigos o normas

Tipos de Acero Estructural

Acero al carbono Aleaciones Fabricación

Caracterizar los electrodos que existen para los diferentes aceros estructurales

Características de los electrodos

Sistema de clasificación AWS Tipos de electrodos

Método para la selección del electrodo

Metal base Resistencia del material Tipo de corriente Posición de soldadura Espesor Tipo de junta

Procesos de soldadura

Soldadura por fusión Soldadura de estado solido

Describir el método para la selección del electrodo a utilizar en los diferentes aceros estructurales Identificar los procesos de soldadura que existen para los diferentes aceros estructurales Diseñar un manual práctico de campo, orientado a profesionales, que presente de manera sencilla el uso de electrodos como material de aporte a las soldaduras en los diferentes aceros estructurales

Fuente: Fuenmayor M. (2015).

Manual Práctico para uso de electrodos

Objetivos

No se operacionaliza

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

Este capítulo presenta los elementos que se toman como punto referencial para desarrollar la investigación, para ello se hace fundamental el establecimiento de un plan, formula o procedimientos a seguir para realizar el estudio de manera adecuada, ordenada y lograr conducir el mismo de forma que permita la obtención de resultados confiables y adaptado a la realidad del fenómeno a analizar. Todo lo expuesto anteriormente conlleva a la formulación del marco metodológico, el cual, según Balestunin (2001) se define como la instancia referida a los métodos, las diversas reglas, registros, técnicas y protocolos con las cuales una teoría y su método calculan magnitudes de lo real.

Así mismo Arias (2006) explica el marco metodológico como el “Conjunto de pasos, técnicas y procedimientos que se emplean para formular y resolver problemas” (p.16). Este método se basa en la formulación de hipótesis las cuales pueden ser confirmadas o descartadas por medios de investigaciones relacionadas al problema.

Tipo y Nivel de Investigación

Según Hurtado, J. (2010), los métodos, técnicas, tácticas y estrategias no son genéricos para cualquier investigación, sino que los métodos son diferentes en función

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del tipo de investigación y del objetivo que se pretende lograr, ahora bien la investigación en general, responde a ciertos objetivos, de acuerdo a cada uno de ellos, es posible derivar un tipo particular de investigación.

Así mismo, Pelekais, C., Raspa, P., Finol, M., Neuman, N. y Carrasqueño, E. (2010), acotan en su investigación que, el tipo de investigación es una de las decisiones estratégicas más importantes que un investigador debe tomar al momento de desarrollar un proyecto, además plantean que el tipo de investigación viene sugerido directamente de la formulación del problema; sin embargo, a la hora de tipificar se pueden utilizar diferentes criterios, tales como el problema planteado y los objetivos propuestos para el desarrollo del trabajo investigativo. Los autores señalan además que el tipo de investigación se basa en investigaciones de campo pre experimental, cuasi experimental o documental.

Del mismo modo Hernández, Fernández y Batista (2001), plantean que el tipo de investigación depende básicamente de dos factores: el estado del conocimiento en el tema de investigación, mostrado por la revisión de la literatura, y el enfoque que pretenda dar al estudio.

De acuerdo al problema planteado y a los objetivos a alcanzar, la presente investigación se considera de tipo descriptiva, ya que logra establecer las características de los electrodos que se utilizan en los distintos procesos de soldaduras en uniones de estructuras metálicas.

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Diseño de la Investigación Según lo indica Naghi (1996) el diseño de la investigación es un programa que especifica el proceso de realizar y controlar un proyecto de investigación, es decir, es el arreglo escrito y formal de las condiciones para recopilar y analizar la información, de manera que combine la importancia del propósito de la investigación y la economía del procedimiento.

Stracuzzi, S.; Pestana, F. (2006), plantean que el diseño de la investigación se refiere a la estrategia que adopta el investigador para responder al problema, dificultad o inconveniente planteado en el estudio, el diseño de la investigación según los autores se clasifican en diseño experimental, en el cual el autor manipula una variable experimental no comprobada, diseño no experimental, donde no se manipula deliberadamente ninguna variable, y diseño bibliográfico o documental, es aquel que se fundamente en la revisión sistemática, rigurosa y profunda del material documental de cualquier clase.

Con respecto a lo antes planteado y considerando las teorías expresadas por los autores, se puede inferir que el diseño de la presente investigación es de tipo documental no experimental ya que la obtención de la información requerida para el proceso de investigación es a través de la revisión sistemática y rigurosa de material documental de cualquier clase, se observan los hechos tal y como se presentan en su contexto.

En este sentido se presenta también como un diseño transversal esto debido a la recolección de datos ejecutados en un solo momento en un tiempo único. Su propósito

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fue describir variables, y analizar sin incidencias e interrelación en un momento dado. Esto determina para el presente estudio que está orientado a la recolección de información sin que esto implique analizar la continuidad del fenómeno a estudiar, es decir los diferentes electrodos para las soldaduras de las estructuras metálicas.

Técnicas de Recolección de Datos

Tal como lo establece Hurtado, J. (2010), en su investigación, una vez definido el evento y sus indicadores, así como las unidades de estudio, es necesario que el investigador selecciones las técnicas y los instrumentos mediante los cuales se obtendrá la información necesaria para llevar a cabo la investigación, cualquiera que sea un naturaleza o línea de investigación.

Así mismo, según Hurtado, J. (2010), las técnicas tienen que ver con los procedimientos utilizados para la recolección de los datos, es decir, el cómo; dichas técnicas pueden ser de revisión documental, observación, encuestas, técnicas sociométricas, entre otras. Ahora bien, los instrumentos representan la herramienta con la cual se va a recoger, filtrar y codificar la información, es decir, el con qué. Es preciso acotar que los instrumentos están en correspondencia con las técnicas, y la selección de las técnicas a utilizar en una investigación está relacionada con el tipo de indicios que permiten captar la variable en estudio.

Ahora bien, las técnicas para la recolección de datos, son los procedimientos utilizados por el investigador para recolectar la información; dichas técnicas pueden ser de tipo documental, referidas a un proceso operativo que consiste en obtener y registrar

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organizadamente la información en libros, revistas, diarios, informes científicos, entre otros; otro de las técnicas de recolección son las de tipo de campo, referidas a un procedimientos por medio del cual se obtiene y registra la información, directamente en el lugar en el que ocurren los fenómenos, hechos o situaciones objeto de investigación, y luego de identificar y seleccionar las técnicas necesarias para obtener los datos, se procede a la aplicación de los instrumentos diseñados para luego generar los resultados obtenidos, según lo planteado por Pelekais, C. et al (2010).

En este mismo orden de ideas, es oportuno señalar que el presente trabajo de investigación, es de tipo documental debido a que se procede a la búsqueda del material teórico y legal que avale la terminología y conceptos necesarios para encontrar el mejor criterio para la selección del electrodo de acuerdo a la unión de soldadura que se desea realizar.

Procedimiento de la investigación Inicialmente se seleccionó el titulo denominado “Manual práctico para el uso de electrodos como material de aporte en soldadura de los diferentes aceros estructurales”, el cual se encuentra enmarcado en la línea de investigación de diseño de estructuras de acero. Se establecieron los objetivos y se delimito la investigación que servirán para iniciar el proceso de recolección de información elaborando un bosquejo general, donde se plantea el diseño de un manual práctico para el uso de electrodos como material de aporte para las soldaduras de los diferentes aceros estructurales, ubicado dentro de la modalidad de proyecto factible, se empleó la siguiente estrategia compuesta por cinco fases.

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Iniciando con el capítulo I, incluye la formulación del problema. La definición de los objetivos, justificación y delimitación del trabajo describe la importancia de elegir el material de aporte adecuado para la soldadura a realizar.

Posteriormente se realizó el capítulo II, donde se encuentra el marco teórico y los antecedentes de la investigación en el cual se desarrollan los conceptos de aceros estructurales, soldaduras y electrodos. Se incluye el mapa de variables, según los objetivos establecidos.

Se procede con el capítulo III, en el cual se define el marco meteorológico de la investigación, donde se desarrolla el tipo y diseño de la investigación; para este caso en particular no se define población ni muestra debido a que se está realizando un manual práctico. Se especifican las técnicas de recolección de datos y los procedimientos de la investigación.

Se continúa con el capítulo IV, donde se especifican los resultados obtenidos; mediante una investigación documental, la cual se basó en la obtención y análisis de datos provenientes de materiales impresos. De igual manera se definieron las conclusiones y recomendaciones.

Finalmente, se realizó el capítulo V, el cual comprende la propuesta del manual práctico para el uso de electrodos como material de aporte en soldadura de los diferentes aceros estructurales.

CAPITULO IV

ANÁLISIS DE RESULTADOS

El presente capitulo contiene los resultados obtenidos de la investigación, con el propósito de dar respuesta a los objetivos trazados en el presente estudio. Ahora bien, según lo establecido por Stracuzzi S, Pestana, F. (2006), se hace necesario el análisis de resultados, el cual permite hacer suposiciones e interpretaciones sobre la naturaleza y significación de los mismos, para luego poder desarrollar las conclusiones pertinentes. Para darle respuesta al primer objetivo de la presente investigación se presenta lo siguiente: Tipos de Acero Estructural

En los últimos años, la producción del acero a nivel mundial ha tenido cambios significativos. Actualmente existen en el mercado nacional e internacional una gran variedad de tipos de acero que se usan profusamente en la industria de la construcción, naval, mecánica, petrolera y en diversas estructuras especiales, y que evolucionaron debido a las necesidades derivadas de los avances tecnológicos acelerados en los diversos campos de la ingeniería.

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Norma ASTM, American Society for Testing and Materials.

Creada en 1898 ASTM International es una de las mayores organizaciones del mundo que desarrollan normas voluntarias. ASTM es una organización sin ánimo de lucro que brinda un foro para el desarrollo y publicación de normas voluntarias por consenso, aplicables a los materiales productos, sistemas y servicios.

La norma ASTM (American Society for Testing and Materials) no especifica la composición directamente, sino que más bien determina la aplicación o su ámbito de empleo. Por tanto, no existe una relación directa y biunívoca con las normas de composición.

El esquema general que esta norma emplea para la numeración de los aceros es: YXX Dónde: Y Es la primera letra de la norma que indica el grupo de aplicación según la siguiente lista:

A: Si se trata de especificaciones para aceros.

B: Especificaciones para no ferrosos.

C: Especificaciones para hormigón, estructuras civiles.

D: Especificaciones para químicos, así como para aceites, pinturas, entre otros.

E: Si se trata de métodos de ensayos.

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Ejemplos: A36: Especificación para aceros estructurales al carbono. A285: Especificación para aceros al carbono de baja e intermedia resistencia para uso en planchas de recipientes a presión. A325: Especificación para pernos estructurales de acero con tratamiento térmico y una resistencia a la tracción mínima de 120/105 ksi. A514: Especificación para planchas aleadas de acero templadas y revenidas con alta resistencia a la tracción, adecuadas para soldar.

Tipos de acero estructural según ASTM

En los últimos años, la producción del acero a nivel mundial ha tenido cambios significativos. Actualmente existen en el mercado nacional e internacional una gran variedad de tipos de acero que se usan profusamente en la industria de la construcción, naval, mecánica, petrolera y en diversas estructuras especiales, y que evolucionaron debido a las necesidades derivadas de los avances tecnológicos acelerados en los diversos campos de la ingeniería. Para los efectos de este manual, el término “acero estructural” se refiere a los elementos de acero que componen la estructura, indispensable para soportar las cargas de diseño.

El acero estructural consiste de los siguientes elementos: anclas, contra venteos y puntales, armaduras, bases, columnas, conectores de cortante, estructuras de soporte de tuberías, transportadores, largueros y polines, piezas de apoyo, tirantes, péndolas y colgantes, tornillos de alta resistencia de taller y de campo y vigas.

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ASTM A36. Esta norma es aplicable a una gran variedad de perfiles estructurales laminados en caliente y a placas de la misma calidad que aún están disponibles en el mercado mexicano. Tiene un esfuerzo de fluencia de 2530 kg/cm2 (250 MPa, 36 ksi) y un esfuerzo mínimo de ruptura en tensión de 4080 kg/cm2 a 5620 kg/cm2 (400 a 550 MPa, 58 a 80 ksi), y su soldabilidad es adecuada.

Se desarrolló desde hace muchos años en Estados Unidos para la fabricación de estructuras remachadas, atornilladas y soldadas, mejorando el contenido de carbono de los aceros disponibles en aquella época, como el ASTM A7. Con la innovación de este tipo de acero, las conexiones soldadas empezaron a desplazar a las remachadas que pronto desaparecieron.

ASTM A529. El ASTM A529 se usa con mucha frecuencia en la construcción de edificios de acero, también es un grado de acero común en barras y perfiles (ángulos, canales de calidad estructural). El acero A529 básico incluye grado 50 para perfiles de los grupos 1 y 2 de la ASTM; placas hasta de una pulgada de grueso y 12 pulgadas de ancho (25x300 mm) y barras hasta de 2 1/2 in (64 mm) de grueso. Los esfuerzos Fy y Fu mínimos son 42 y 60-85 ksi (2950 y 4220 a 5975 kg/cm2).

ASTM A572. Este acero está disponible en varios grados dependiendo del tamaño del perfil y grueso de la placa. El grado 50, con Fy= 345 MPa o 50 ksi (3 515 kg/cm 2) y Fu= 450 MPa o 65 ksi (4 570 kg/cm2) está disponible en todos los tamaños y espesores de placa hasta 100 mm (4 in). Este es el grado de acero estructural más utilizado actualmente en el mercado estadounidense, aunque está siendo sustituido rápidamente por el acero A992 en perfiles tipo W.

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ASTM A992. Es la adición más reciente (1998) de la lista de aceros estructurales en Estados Unidos. Se produjo para usarse en construcción de edificios, y está disponible solamente en perfiles tipo W. Para propósitos prácticos se trata de un acero A572 grado 50 con requisitos adicionales. Específicamente, además de un esfuerzo de fluencia mínimo especificado de 345 MPa o 50 ksi (3515 kg/cm 2), el A992 también proporciona un límite superior de Fy de 65 ksi (4 570 kg/cm 2). La relación Fy /Fu no es mayor de 0.85 y el carbono equivalente no excede de 0.50. Ofrece características excelentes de soldabilidad y ductilidad.

En la fabricación de estructuras metálicas fabricadas con aceros de alta resistencia ASTM A529, 572 y 992 se recomienda utilizar electrodos E7018 (Resistencia mínima a la ruptura en tensión del metal de soldadura, FEXX = 70 ksi , el 1 corresponde a electrodos adecuados para cualquier posición y el 8 se refiere a las características de la corriente que debe emplearse y a la naturaleza del recubrimiento).

A continuación se adjunta una tabla con las características de los aceros que son más comunes, según esta norma:

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Tabla No. 3 Características de los aceros más comunes.

Fuente: Norma ASTM, (2012)

Acero estructural al Carbono Los requisitos fundamentales que deben cumplir estos aceros, son los siguientes: -

Ductilidad y homogeneidad.

-

Valor elevado de la relación resistencia mecánica/límite de fluencia.

-

Soldabilidad.

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-

Apto para ser cortado por llama, sin endurecimiento.

-

Resistencia a la corrosión, razonable.

Con excepción de la resistencia a la corrosión, todos los otros requisitos son satisfechos en mayor o menor grado, por los aceros de bajo a medio Carbono, que son obtenidos por laminación y cuyos límites de resistencia varían de 40 a 50 Kgf/mm 2 y alargamientos que están en torno al 20%.

De hecho, un contenido relativamente bajo de Carbono y el trabajado en caliente de laminación de los perfiles estructurales, garantizan la ductilidad necesaria, además de la homogeneidad en todo el producto. La ductilidad de estos aceros garantiza una excelente trabajabilidad en operaciones como el corte, doblado, perforado, entre otros, sin que se originen fisuras u otros defectos. El límite de fluencia, así como el módulo de elasticidad, son las características del acero que se utilizan en el proyecto y el cálculo de una estructura.

La soldabilidad por otra parte, es otra característica muy importante en este tipo de material de construcción, ya que la soldadura de los elementos y piezas en una estructura, es práctica común. Los aceros al Carbono comunes también satisfacen este requisito, pues deben ser soldados sin alterar su microestructura. Del mismo modo, el corte por llama, muy empleado en piezas estructurales, poco afecta a estos aceros, desde el punto de vista de sus alteraciones microestructurales en las proximidades de la zona de corte.

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Finalmente, la resistencia a la corrosión sólo es alcanzada por la adición de pequeñas cantidades de cobre, elemento que adicionado en cantidades muy bajas (0,25%) mejora esta propiedad en dos veces en relación al mismo acero sin cobre. Para la mayoría de las aplicaciones estructurales, la cantidad de Carbono de estos aceros varía entre 0,15% a 0,40%, con otros elementos (Mn, Si, P y S) en cantidades consideradas normales.

En las estructuras, los perfiles de acero al Carbono utilizados son los más diversos, sobresaliendo los siguientes: barras redondas, cuadradas, hexagonales, planas, ángulos, canales, perfiles doble T, entre otros. Todos estos productos son laminados en caliente y empleados en ese estado, sin otro tratamiento térmico o mecánico posterior.

Para darle cumplimiento al objetivo 2 de la presente investigación, se explica la manera en la que los electrodos son identificados según la norma que rige los procesos de soldadura (AWS), así como los electrodos que existen y pueden ser utilizados para los diversos tipos de acero estructural, tal como lo muestra la tabla Nº 4; de la siguiente manera:

Clasificación de Electrodos según Normas AWS. Las especificaciones más comunes para la clasificación de electrodos según la AWS son las siguientes:

1. Especificación para electrodos revestidos de acero al carbono, designación AWS: A5.1-91 2. Especificación para electrodos revestidos de aceros de baja aleación, designación AWS: A5.5-96.

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3. Especificación para electrodos revestidos de aceros al cromo, y cromo-níquel resistentes a la corrosión, designación AWS: A5.4-92. 4. Especificación para varillas de aporte en uso oxiacetilénico y/o TIG, designación AWS: A5.2-92. 5. Especificación para electrodos revestidos para soldaduras de Fe fundido, designación AWS: A5.15-90. 6. Especificaciones para electrodos continuos y fundentes para Arco Sumergido, designación AWS: A5.17-97. 7. Especificaciones para electrodos de aceros dulces, para soldadura con electrodos continuos protegidos por gas (MIG/MAG), designación AWS: A5.18-93.

En la especificación para aceros al carbono de electrodos revestidos, el sistema de clasificación está basado en la resistencia a la tracción del depósito.

La identificación de clasificación, está compuesta de la letra E y cuatro dígitos. Esta letra significa “Electrodo” Los primeros dos dígitos indican la resistencia mínima a la tracción del metal depositado en miles de libras por pulgada cuadrada.

Es así como E 60 XX indica un electrodo revestido cuyo depósito posee como mínimo 60.000 lbs por pulgada cuadrada.

Esta es la resistencia mínima que debe cumplir el depósito. Aunque los dos últimos dígitos señalan las características del electrodo, es necesario considerarlos separadamente, ya que el tercer dígito indica la posición para soldar del electrodo.

EXX1X - toda posición EXX2X - posición plana y horizontal

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EXX4X - toda posición, vertical descendente

El último dígito indica el tipo de revestimiento del electrodo. Sin embargo para una identificación completa es necesario leer los dos dígitos en conjunto.

Posteriormente, para darle cumplimiento al objetivo 3, existen un conjunto de factores de los que depende la selección del electrodo a utilizar en los procesos de soldadura:

Selección de Electrodos El revestimiento de los electrodos cumple una serie de funciones importantes, las que deben guardar un adecuado equilibrio, como por ejemplo: Proveer el gas que debe proteger el metal fundido de los gases atmosféricos; permitir un arco estable y de fácil reencendido; eliminar las impurezas del metal depositado; aportar elementos de aleación; formar escorias de adecuada viscosidad que permita soldar en todas las posiciones.

A continuación se presentan algunos factores a considerar en la selección de los electrodos revestidos:

1) Composición del metal base: Para los aceros al carbono comunes, cualquier electrodo de las series E 60XX o E 70XX es adecuado, pero para los aceros aleados es necesario que el electrodo tenga una composición lo más aproximada a la del material base.

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2) Resistencia del metal base: Para realizar una soldadura que atienda todas las solicitaciones es necesario conocer las propiedades mecánicas del metal a soldar y de esta forma seleccionar el electrodo de propiedades semejantes al metal base.

3) Tipo de corriente: Algunos electrodos fueron elaborados para soldar con corriente continua (C.C.), es decir con generadores o rectificadores, y otros con corriente alternada (C.A.), o sea con transformador; en el caso de C.C. comprobar la polaridad.

4) Posición de soldadura: De acuerdo con el tipo de revestimiento, los electrodos podrán soldar en las diferentes posiciones como ser: plana, horizontal, vertical con progresión ascendente o descendente o sobre cabeza.

5) Espesor y forma del metal base: Para evitar la posibilidad de la formación de fisuras o grietas en la soldadura de espesores gruesos o de formas complejas, hay que elegir electrodos con buena ductibilidad (altos valores de alargamiento o impacto).

6) Tipo de junta: La característica de penetración de un electrodo depende mucho de la preparación de la junta, abertura de la raíz, talón, posibilidad de acceso de ambos lados, entre otros.

7) Rendimiento: Una forma de aumentar el rendimiento de los electrodos es la utilización de aquellos que contienen polvo de hierro en el revestimiento, ej.: en posición plana los EXX24, EXX27 y EXX28 y en las otras posiciones los EXX14, EXX18 y EXX48.

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8) Condiciones de servicio: Determinadas las condiciones de servicio, sean: altas o bajas temperaturas, cargas elevadas, resistencia a impactos, entre otros. seleccionar un electrodo que deposite un metal de aporte de composición, ductibilidad y tenacidad apropiados. Verificar la especificación o procedimiento de soldadura y/o las características del electrodo.

9) Elección del diámetro: La elección del diámetro de los electrodos se ajusta fundamentalmente al espesor de las chapas a soldar, forma del cordón, posición de soldadura y a la dispersión del calor. Para el pase de raíz se emplean, según la abertura de la junta, en posición plana u horizontal; 2,5 o 3,25 mm de diámetro y para las demás pasadas; 4,00 o 5,00 mm de diámetro.

En posición vertical y sobre cabeza, lo más adecuado son los de 3,25 y 4,00 mm, para la vertical descendente, los de mejor desempeño son los de revestimiento celulósico o rutílico de 3,25 mm de diámetro.

Cuando el espesor del material a soldar lo permite, ha de preferirse la soldadura de varias pasadas, pues esta técnica es favorable al efecto de recocido del cordón de soldadura anterior por el posterior; también debe de procurarse que el último cordón sea realizado en el centro de la junta.

De este modo, es importante destacar que la selección de los electrodos a emplear no solo va de la mano con los factores mencionados anteriormente, sino que también depende de los requerimientos exigidos por el cálculo estructural al momento de diseñar las conexiones soldadas. En función del esfuerzo de fluencia del material base se debe seleccionar un electrodo cuyo esfuerzo de fluencia sea mayor a éste, con el fin de

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garantizar que la soldadura resultante atienda todas las solicitaciones a las que sea sometida, de la siguiente manera: Fy metal base ≤ Fy material de aporte.

Tomando en cuenta dicho análisis, se puede observar en la tabla Nº 4 del Manual De Proyectos De Estructuras De Acero, que los valores de tensión mínima de los electrodos dados resultan ser mayores al valor de tensión mínima de fluencia de los metales base que corresponden a los diversos tipos de acero estructural que existen.

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Tabla No. 4 Procesos y electrodos recomendados para la soldadura de aceros específicos. Requerimientos del Metal Base GRUPO

Especificacion del Acero (1) y (2) ASTM A36 (5) ASTM A53 ASTM A106 ASTM A131 ASTM A139 ASTM A381 ASTM A500 ASTM A501 ASTM A516 ASTM A524

I ASTM A529 ASTM A570

ASTM A573 ASTM A709 API 5L API 5LX ABS

Grado B Grado B Grados A, B, C, CS, D, E Grado B Grado Y35 Grado A Grado B Grado 55 Grado 60 Grado I Grado II Grado A Grado B Grado C Grado D Grado E Grado 65 Grado 36 (5) Grado B Grado 42 Grados A, B, D, CS, DS Grado E (6)

Fuente: Libro de SIDOR, (1982)

Requerimientos del Metal de Aportación

Tension Minima de Rango de Resistencia Tension Rango de Especificacion del Fluencia Fy a la Traccion Fu Minima de Resistencia a la Electrodo (3), (4) kgf/cm2 MPa kgf/cm2 Mpa kgf/cm2 MPa kgf/cm2 Mpa 2530 250 4080-5620 345-550 2460 240 4220 min 415 min 2460 240 4220 min 415 min 2250 220 4080-4990 400-490 SMAW 2460 240 4220 min 415 min AWS A5.1 o A5.5 2460 240 4220 min 415 min E60XX o 3520 345 4710 min 460 min 2320/2740 230/270 3160 min 310 min E70XX 4010 395 4920 min 485 min 2950/3230 290/320 4080 min 400 min 2530 250 4080 min 400 min SAW 2110 205 3870-4570 380-450 AWS A5.17 o A5.23 2250 220 4220-5060 415-495 F6X-EXXX o 3520 345 4360-5620 425-550 2460 240 4220-5980 415-585 F7X-EXXX 4220 415 4920-6680 485-655 2110 205 3870-5620 380-550 2950 290 4220-5980 415-495 GMAW 1760 170 3160 310 min AWS A5.18 2110 210 3450 340 min E70S-X o 4220 415 5060 min 495 min 2320 230 3660 360 min E70U-1 4220 415 5060 min 495 min 2810 275 3870 380 min 2950 290 4080 400 min FCAW 2460 240 4570-5410 450-530 AWS A5.20 2530 250 4080-5620 345-550 E60T-X 3520 345 4360 min 425 min 2460 240 4220 415 E70T-X 4220 415 5062 min 495 min 2950 290 4220 415 (Excepto 2 y 3) 4080-4990 400-490 4080-4990 400-490

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Continuación de tabla 4. Requerimientos del Metal Base GRUPO

Especificacion del Acero (1) y (2) ASTM A131 ASTM A242 (6) ASTM A441 ASTM A516 ASTM A537 ASTM A572

II

ASTM A588 (6) ASTM A595 ASTM A606 (6) ASTM A607

ASTM A618 ASTM A633

ASTM A709 API 2H (6) ABS

Grados AH32, HD32, EH32 Grados AH36, HD36, EH36

Grado 65 Grado 70 Clase I Grado 42 Grado 45 Grado 50 Grado 55 102 mm y menos Grado A Grados B y C Grado 45 Grado 50 Grado 55 Grados A, B (6) Grados C, D 63 mm y menos Grado 50 Grado 50W Grados AH32, HD32, EH32 Grados AH36, HD36, EH36

Requerimientos del Metal de Aportación

Tension Minima de Rango de Resistencia Especificacion del Tension kgf/cm2 MPa kgf/cm2 Mpa Electrodo (3), (4) kgf/cm2 MPa 3200 315 4780-5980 3590 350 4990-6330 2950/3520 290-345 4430-4920 min 2950/3520 290-345 4430-4920 min 2460 240 4570-5410 2670 260 4920-5980 3520 345 4920-6330 2950 290 4220 min 3160 310 4220 min 3520 345 4570 min 2870 380 4920 min 2520 345 4920 min 3870 380 4570 min 4220 415 4920 min 3160 310 4570 min 3160 310 4220 min 3520 345 4570 min 3870 380 4920 min 3520 345 4920 min 2950 290 4430-5840 3520 345 4920-6330 3520 3520 2950 3200 3590

345 345 290 315 350

4570 min 4920 min 4360-5620 4990-6330 4990-6330

470-585 SWAW 490-620 AWS A5.1 o A5.5 435-485 E7015, E7016 450-530 E7018, E7028 450-530 485-585 485-620 415 min 415 min 450 min SAW 485 min AWS A5.17 o A5.23 485 min F7X-EXXXX 450 min 485 min GMAW 450 min AWS A5.18 415 min E70S-X o 450 min E70U-1 485 min 485 min FCAW 435-570 AWS A5.20 485-620 E70T-X (Excepto 2 y 3) 450 min 485 min 430-550 560-620 560-620

Rango de kgf/cm2 Mpa

4010

395

4220

415 4220-6680 485-655

4220 4200

415 415

5060 min 5060 min

495 min 495 min

4220

415

5060 min

495 min

4920 min

485 min

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Continuación de tabla 4. Requerimientos del Metal Base GRUPO

Especificacion del Acero (1) y (2)

ASTM A572 III ASTM A537 ASTM A633

IV

V

ASTM A514 ASTM A709

ASTM A514 ASTM A517 ASTM A709

Grado 60 Grado 65 Clase 2 (6) Grado E (6)

Sobre 63 mm Grados 100, 100W 63 hasta102 mm

63 mm y menos Grados 100, 100W 63 mm y menos

Requerimientos del Metal de Aportación

Tension Minima de Rango de Resistencia Especificacion del Tension Electrodo (3), (4) kgf/cm2 MPa kgf/cm2 MPa kgf/cm2 Mpa

4220 4570 4220 4220

415 450 415 415

5270 min 5620 min 5620-7730 5620-7030

515 min 550 min 550-690 550-690

6330

620

7030-9140

690-895

6330

620

7030-9140

690-895

7030 7030 7030

690 690 690

7730-9140 8090-9490 7730-9140

760-895 795-930 760-895

SMAW AWS A5.5 E8015, E8016 E8018 SAW AWS A5.23 F8X-EXXX (7) GMAW Grados E80S (7) FCAW Grados E80T (7) SMAW AWS A5.5 E10015, E10016 E10018 SAW AWS A5.23 F10X-EXXX (7) GMAW Grado E100S (7) FCAW Grado E100T (7) SMAW AWS A5.5 E11015, E11016 E10018 SAW AWS A5.23 F11X-EXXX (7) GMAW Grado E110S (7) FCAW Grado E110 (7)

Rango de kgf/cm2

Mpa

5620 min

550 min

4710

460

4780

470 5620-7030 550-690

4570

450

4780

470 5620-6680 550-655

6120

600

6190

605 7030-9140 690-895

6330

620

6190

605 7030-8090 690-790

6820

670

6890

675 7730-9140 460-895

6890

675

6890

675 7730-8790 760-860

5620 min

7030 min

7030 min

7730 min

7730 min

550 min

690 min

690 min

760 min

760 min

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Finalmente se le da respuesta al objetivo 4 en donde se explica el proceso de soldadura más utilizado para los aceros estructurales.

La soldadura metálica con arco protegido (SMAW) El Proceso de Soldadura por Arco Eléctrico con Electrodo Revestido es sin duda, de todos los procesos el de mayor difusión y aplicación, a pesar del avance de los procesos automáticos o semi-automáticos, nunca se dejara de usar un electrodo revestido.

Este proceso se caracteriza por que la fusión de los bordes de los metales a unir se obtiene por el calor generado por el arco eléctrico, formado entre la pieza a ser soldada y la extremidad del electrodo, que también provee el metal de adición.

La soldadura metálica con arco protegido (en inglés shielded metal arc welding, SMAW), incorpora una cantidad de procedimientos para soldar que utilizan el calor generado por un arco eléctrico para fundir, tanto el metal a unir como el material de aporte. De los diferentes tipos de procedimiento de soldadura el que tuvo la mayor difusión, en el campo industrial, es el de la soldadura con electrodo revestido, en el que el material de aporte se obtiene por la fusión del alambre o núcleo metálico que integra el electrodo revestido. Y cuya fusión se realiza dentro de una atmósfera gaseosa protectora generada por la quema de los elementos que integran el revestimiento (Gráfico No. 18).

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Gráfico No. 18 Visión esquemática de la soldadura con electrodo revestido. Fuente: Alonso, J. (2008)

Ventajas y limitaciones

Ventajas

-

El equipo de soldeo es relativamente sencillo, no muy caro y portátil.

-

El metal de aportación y los medios para su protección durante el soldeo proceden del propio electrodo revestido. No se necesita protección adicional mediante gases auxiliares o fundentes granulares.

-

Es menos sensible al viento y a las corrientes de aire que los procesos por arco con protección gaseosa. No obstante, el proceso debe emplearse siempre protegido del viento y la lluvia.

-

Se puede emplear en cualquier posición, en locales abiertos y en locales cerrados, incluso con restricciones de espacio. No requiere conducciones de

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agua de refrigeración ni tuberías o botellas de gases de protección, por lo que puede emplearse en lugares relativamente alejados de la fuente de corriente. -

Es aplicable para una gran variedad de espesores, en general mayores de 2 mm.

-

Es aplicable a la mayoría de los metales y aleaciones de uso normal.

Limitaciones

-

Es un proceso lento, por la baja tasa de deposición, y por la necesidad de retirar la escoria, por lo que en determinadas aplicaciones ha sido desplazado por otros procesos.

-

Requiere gran habilidad por parte del soldador.

-

No es aplicable a metales con bajo punto de fusión, como plomo, estaño, zinc y sus aleaciones, debido a que el intenso calor del arco es excesivo para ellos. Tampoco es aplicable a metales de alta sensibilidad a la oxidación como el Ti, Zr, Ta y Nb, ya que la protección que proporciona es insuficiente para evitar la contaminación por oxígeno de la soldadura.

-

No es aplicable a espesores inferiores a 1,5-2 mm.

-

La tasa de deposición es inferior a la obtenida con procesos con hilo continuo.

-

El proceso no resulta productivo para espesores mayores de 38 mm. Serán más adecuados los procesos SAW y FCAW.

Aplicaciones

Es uno de los procesos de mayor utilización, especialmente en soldaduras de producción cortas, trabajos de mantenimiento y reparación, así como en construcciones de campo. La mayor parte de aplicaciones se dan con espesores entre 3 y 38 mm.

98

El proceso es aplicable a aceros al carbono, aceros de baja aleación, aceros altamente aleados (inoxidables), fundiciones y metales no férreos como aluminio, cobre, níquel y sus aleaciones.

Los sectores de mayor aplicación son la construcción naval, de máquinas, estructuras, tanques y esferas de almacenamiento, puentes, recipientes a presión y calderas, refinerías de petróleo, oleoductos y gasoductos y en cualquier otro tipo de trabajo similar. Se puede emplear combinado con otros procesos de soldeo. Por ejemplo, en tubería se suele utilizar en combinación con el proceso TIG. La raíz se realiza con TIG completándose la unión con electrodos revestidos.

Tipo de corriente

El soldeo por arco con electrodos revestidos se puede realizar tanto con corriente alterna como con corriente continua. La elección de una u otra dependerá del tipo de fuente de corriente disponible, del electrodo a utilizar, y del material base. A continuación se muestra una tabla con la corriente más adecuada en función de una serie de parámetros.

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Tabla No. 5 Comparación entre soldadura con corriente continua y con corriente alterna.

Fuente: Lincoln Electric. (2010)

Fuente de energía

La fuente de energía para el soldeo debe presentar una característica descendente (de intensidad constante), para que la corriente de soldeo se vea poco afectada por las variaciones en la longitud del arco. Para el soldeo con corriente continua se utilizan rectificadores, mientras que para el soldeo con corriente alterna se utilizan transformadores. Para la selección de la fuente de energía adecuada se debe tener en cuenta el electrodo que se va a utilizar, de forma que pueda suministrar el tipo de

100

corriente (CC o CA), rango de intensidades y tensión de vacío (OCV) que se requiera. Los electrodos básicos necesitan mayores tensiones de vacío que los otros tipos de revestimientos.

CONCLUSIONES Toda conclusión es una interpretación que se le da a los resultados de una investigación: sus objetivos, donde se debe explicar por qué si o no se llegó al objetivo inicial, además de ser determinaciones hechas mediante el estudio de los resultados de forma concisa y clara, según Álvarez, M (2005). Ahora bien, toda conclusión tiene que describir a grandes rasgos y los objetivos del mismo, así mismo, debe ser escrita en un lenguaje no técnico para la comprensión de los lectores que no manejen ese lenguaje con el objetivo de que se pueden adentrar al tema, tal y como lo señala el autor antes mencionado.

El análisis se desarrolla interpretando cada uno de los objetivos propuestos, así mismo, el estudio será soportado con las bases teóricas analizadas, las cuales condujeron finalmente a la elaboración de las conclusiones y recomendaciones de la investigación. Ahora bien, el procedimiento de unión de estructuras metálicas con la selección adecuada del material de aporte tiene la finalidad de evitar imperfecciones dentro o adyacentes a la soldadura, que pueden disminuir la resistencia a la cual fue diseñada.

A fin de obtener una unión aceptable, se establecieron ciertos criterios y normas las cuales desde la selección adecuada del material hasta el proceso de soldadura orientan a la ejecución de una soldadura aceptable.

101

Por consiguiente, se puede concluir que el acero al carbono resulta un material versátil y con una amplia gama de posibilidades en el campo de la construcción, por lo que se existen diversos tipos de acero estructural cuyas propiedades son variables y se encuentran estandarizados en normas internacionales.

Ahora bien, en las construcciones con estructuras metálicas, uno de los tipos de conexiones más comunes son las soldadas, y en función de los tipos de acero estructural se han desarrollado diversos electrodos los cuales son definidos como el material de aporte para la unión entre los elementos de dicho material. Al igual que los tipos de acero estructural, se puede concluir que los electrodos son variables y sus principales propiedades se encuentran estandarizados en normas internacionales.

En ese sentido, se puede concluir que dependiendo de los requerimientos de la ingeniería de diseño, se debe seleccionar un electrodo cuyas propiedades mecánicas sean iguales o mayores a las de los elementos a ser soldados, tomando en cuenta otros parámetros como el tipo de corriente, posición de soldadura, tipo de junta, rendimiento, condiciones de servicio, entre otros.

Finalmente, una vez que se tiene el electrodo seleccionado en función de los requerimientos de diseño, se identifica el proceso de soldadura que se debe utilizar, los cuales se encuentran basados en el código AWS (American Welding Society) donde se identifican diferentes procesos de soldadura los cuales son: SMAW (Arco Manual), SAW (Arco Sumergido), GMAW (Arco Gas Metal), GTAW (Arco Eléctrico y Gas) y por ultimo FCAW (Arco con Núcleo Fundente).

102

RECOMENDACIONES

Las recomendaciones intentan proporcionar sugerencias para los recursos que todo investigador pueda encontrar interesante y útil para darle seguimiento a su investigación, tal y como lo señala Álvarez (2005). Ahora bien, estas sugerencias se fundamentan en las calificaciones que se le dan a los recursos que se tengan en el momento de finalizar el proyecto investigativo, las recomendaciones planteadas en la presente investigación son las que se mencionan a continuación: -

El ingeniero al momento de diseñar las conexiones soldadas de elementos estructurales debe conocer las características específicas del tipo de acero a utilizar, sus propiedades mecánicas y composición química.

-

Una buena soldadura es aquella donde el material de aporte (electrodo) seleccionado y el metal base a soldar compartan las mismas propiedades químicas, metalúrgicas y físicas.

-

Tomar en cuenta las exigencias de la ingeniería de detalle para seleccionar el electrodo más adecuado y obtener resultados satisfactorios.

-

se recomienda seleccionar el electrodo indicado para cada proceso de soldadura ya que esto ayuda a obtener mejores resultados y mejor calidad del producto final.

CAPITULO V LA PROPUESTA Introducción

En la actualidad existen diversos métodos constructivos, los cuales pueden ser seleccionados de acuerdo a la obra que se desea construir. En este proceso intervienen algunas variables: la economía, el tiempo, la calidad de los materiales, entre otros. En ese sentido, muchos de los sistemas constructivos que existen poseen características particulares las cuales diferencian uno del otro; siendo algunos casos la integridad estructural de cada una de estas.

Uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil, más adaptable y más ampliamente usado es el acero, el cual combina la resistencia y la posibilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante muchos métodos.

El acero, es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener también otros elementos. Dependiendo de la cantidad y el tipo de elemento en que este compuesta la aleación de un acero se pueden obtener o resaltar características deseables. Es el material más utilizado en las construcciones a nivel

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mundial. Cabe destacar que todo diseño estructural, debe garantizar el adecuado comportamiento no solo de sus elementos, sino también de las conexiones de estos

Estas conexiones, se pueden hacer con soldadura o con conectores (remaches, tornillos o pernos), los cuales unen el elemento ya sea, a otro elemento directamente o a pletinas adicionales. La soldadura es un proceso de fijación en donde se realiza la unión de dos o más piezas de un material, usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas, mediante un material de aporte, que, al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a soldar y, al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le denomina cordón. Las juntas soldadas, independientemente del proceso de unión, se diseñan principalmente por la resistencia y seguridad que requieren los servicios a los que se les va a destinar.

La selección del material de aporte (electrodo) a utilizar para la soldadura, tiene una gran importancia debido a que este depende del material base a soldar, diseño de las juntas, espesor del material, posición de soldadura, corriente de soldadura y disponibilidad de la fuente de poder.

Tanto en el área del diseño como en el de la construcción de obras civiles es importante regirse por las normas existentes para tales fines, y no realizar fabricaciones de forma empírica. Es por eso la importancia de tener a la mano un manual que sirva de apoyo para el profesional del área de la construcción, con el propósito de constituir una guía básica y de fácil manejo para los profesionales que se dediquen a esta actividad.

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Misión de la propuesta

Brindar a los profesionales en el área de la construcción conocimientos básicos relacionados con la clasificación de los diferentes materiales de aporte (electrodos) según las normas nacionales e internacionales existentes, para realizar el proceso de soldadura y las herramientas necesarias para seleccionar el electrodo más idóneo según el acero estructural a utilizar.

Visión de la propuesta Fortalecer los conocimientos de los profesionales de la construcción, sobre el uso de los diferentes electrodos que se fabrican según las normas nacionales e internacionales y su apropiada selección para lograr realizar una soldadura con buena calidad y sin originar defectos graves en las uniones o perdidas económicas.

Objetivos de la propuesta

Objetivo general

Proporcionar un instrumento que garantice la calidad de las decisiones y el cumplimiento de los procedimientos necesarios para el logro de una óptima selección del material de aporte para el proceso de soldadura.

Objetivos específicos

Recopilar los conceptos básicos relacionados al proceso de soldadura y utilidad del material de aporte.

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Brindar un método que permita identificar los tipos de electrodos de acuerdo a su utilización para los diferentes tipos de superficies.

Establecer las técnicas recomendadas para la realización de una soldadura.

Servir de apoyo para el entrenamiento de profesionales en el área de soldadura en inspección de obras.

Justificación La presente propuesta es de gran relevancia, ya que se enfoca en un manual práctico para el uso de electrodos como material de aporte en soldadura de aceros estructurales, los cuales son de gran uso en el ámbito civil para la construcción de diversas edificaciones en todo el mundo. La soldadura es un proceso de unión entre metales por la acción del calor, con o sin aportación de material metálico nuevo, dando continuidad a los elementos unidos.

Un electrodo para actividades de soldadura es definido como un componente del circuito de soldadura a través del cual la corriente se conduce y termina en el arco, la escoria fundida conductiva o el metal base. El electrodo durante el proceso de soldadura, establece el arco, protege el baño de fusión y al consumirse produce la aportación del material que, unido al material fundido del metal base, va a constituir dicha soldadura.

Para obtener una soldadura de calidad es importante seleccionar el material de aporte adecuado dependiendo de las condiciones de trabajo, la naturaleza del metal,

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dimensiones de la sección a soldar, tipo de corriente de la máquina de soldar, posición a soldar, tipo de unión y fijación de la pieza, entre otras.

Dentro de este contexto se hace necesario la creación de un manual práctico, con el fin de recopilar los diferentes electrodos que se utilizan para soldar elementos de acero al carbono y que permitan orientar a los técnicos e ingenieros, a seleccionar adecuadamente el electrodo a utilizar en los procesos de soldadura y de esta manera poder lograr resultados satisfactorios.

Delimitación

Esta propuesta está enfocada en un manual práctico para el uso de electrodos como material de aporte en soldadura de los aceros, utilizados para soldar elementos fabricados con acero al carbono. Definiciones básicas Las presentes definiciones se obtuvieron de la Norma AWS

A3.0M/A3.0:2010 Metal Base Se define como el material que está siendo sometido a una soldadura

Metal de Aporte Es el metal o aleación que deberá añadirse al hacer una unión

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La Unión Se define como la unión de los miembros o de las orillas de los miembros que se van a unir o que han sido unidos.

Penetración La distancia en que la zona de fundición se extiende por debajo de la superficie de la parte que se ha soldado.

Longitud del Arco La distancia entre el extremo del electrodo y el punto donde el arco hace contacto con la superficie del trabajo.

Polaridad Directa La disposición de los terminales de soldar, de manera que el trabajo tenga el polo positivo y el electrodo el polo negativo.

Polaridad invertida La conexión de los terminales de soldar de manera que, en el circuito del arco, el trabajo es el polo negativo y el electrodo el polo positivo.

Procedimientos de Soldadura Es el método y las practicas detalladas implícitas en la producción de una soldadura. Esto debe incluir los materiales, los detalles del diseño de las uniones y el método de soldadura, para describir la forma en que una soldadura en particular se ha de realizar.

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Electrodos

Los electrodos que se usan en los procesos de soldadura se clasifican como consumibles y no consumibles.

Electrodos Consumibles

Contienen el metal de aporte en la soldadura con arco eléctrico; están disponibles en dos formas principales: varillas (también llamados bastones) y alambres. Las varillas para soldadura normalmente tienen una longitud de 225 a 450 mm y un diámetro de 9.5 mm ó menos. El problema con las varillas de soldadura consumibles, al menos en las operaciones de producción, es que deben cambiarse en forma periódica, reduciendo el tiempo de arco eléctrico del soldador.

El alambre para soldadura consumible tiene la ventaja de que puede alimentarse en forma Continua al pozo de soldadura desde bobinas que contienen alambres en grandes cantidades, con esto se evitan las interrupciones frecuentes que ocurren cuando se usan las varillas para soldadura. Tanto en forma de varilla como de alambre, el arco eléctrico consume el electrodo durante el proceso de soldadura y éste se añade a la unión fundida como metal de relleno.

Electrodo Revestido

Es una vara corta de metal de relleno de soldadura que consiste en un núcleo de electrodo, revestido con una capa de materiales químicos o metálicos que proporcionan protección al arco de soldadura contra el aire circundante. Completa el circuito

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eléctrico, creando así el arco. (También conocido como SMAW o electrodo de Soldadura por Arco Metálico.)

Soldadura por arco

El método de unir dos piezas de metal en una sola pieza sólida. Para que esto ocurra, el calor de un arco eléctrico se concentra en los bordes de dos piezas de metal a unir. El metal se funde, mientras que los bordes están todavía en proceso de fundición, y se añade metal fundido adicional. Esta masa fundida se enfría y se solidifica en una sola pieza.

En este manual se hará referencia a los electrodos que se utilizan en el proceso de soldadura por arco eléctrico con Electrodo Revestido (SMAW), debido a que este es el más utilizado para las estructuras diseñadas con acero al carbono.

Soldadura con electrodos revestidos SMAW (Shield Metal Arc Welding)

Proceso en el que se unen dos metales mediante una fusión localizada producida por un arco eléctrico entre la pieza a soldar y un electrodo metálico recubierto. Con el calor producido por el arco se quema el revestimiento y se funde el electrodo, produciéndose una atmósfera adecuada para que tenga lugar la transferencia de las gotas de metal fundido desde el alma del electrodo hasta el baño de fusión. Estas gotas se proyectan recubiertas de escoria procedente del revestimiento que, por su tensión superficial, viscosidad y densidad, flota y solidifica en la superficie formando una capa que protege el baño fundido.

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De esta forma, a medida que se consume el electrodo se va depositando material de aporte a la vez que el arco se desplaza sobre la pieza. La corriente empleada puede ser continua o alterna, dependiendo del electrodo empleado, pero la fuente. Debe ser capaz de controlar el nivel de corriente dentro de un intervalo para responder a las variables del proceso.

Gráfico No. 19 Esquema del proceso de soldadura con electrodo revestido. Fuente: Observatorio tecnológico de soldadura, (2015)

Esta es una soldadura discontinua ya que es necesario reponer el material consumible (electrodo) en la pinza portaelectrodos cada vez que se consume el anterior. Los materiales consumibles de la soldadura son los que se van gastando al hacer los trabajos de soldaduras, tales como los electrodos. El desarrollo de electrodos recubiertos con fundente, capaces de producir soldaduras con propiedad físicas que igualen o sobrepasen las del metal de base, ha convertido a la soldadura de arco en el proceso de soldadura más generalizado.

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Los materiales de recubrimientos de electrodos permiten lograr en forma automática una acción de los electrodos permiten lograr en forma automática una acción de limpieza y desoxidante en el cráter fundido. Al arder el recubrimiento en el arco, libera una atmosfera gaseosa, inerte, que protege el extremo fundido del electrodo, a la vez que protege la fosa de soldadura fundida.

Esta atmosfera impide que el oxígeno y el nitrógeno perjudiciales se pongan en contacto con el área fundida de soldadura, en tanto que el residuo de recubrimiento quemado forma una escoria para cubrir el metal de soldadura depositado. Esta escoria también aísla a la soldadura del oxígeno y el nitrógeno, ya que se ha enfriado hasta una temperatura en la que ya no se forman óxidos y nitruros. Adicionalmente, la escoria hace que sea más lento el enfriamiento, con lo que se obtiene una soldadura más dúctil.

Además de estos beneficios, se logran otras ventajas con los electrodos recubiertos. El recubrimiento mejora el aspecto de la soldadura, hace más fácil el salto del arco, ayuda a mantener este, regula la profundidad de penetración, reduce el chisporroteo, mejora la calidad de la soldadura a los rayos x, y a veces agrega agentes de aleación al metal de la soldadura, o restaura elementos perdidos. La escoria que deja el recubrimiento no solo protege el cordón de soldadura, sino que también ayuda a darle forma.

Además, se ha agregado hierro pulverizado al recubrimiento de muchos de los tipos básicos de electrodos. Bajo el intenso calor del arco, el polvo de hierro se convierte en acero, y aporta metal al depósito de soldadura. Cuando se agrega en cantidades relativamente grande, aumenta apreciablemente la velocidad de aplicación de la soldadura, y mejora el aspecto de esta. El recubrimiento del electrodo sirve también

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de aislante al alambre que constituye el núcleo del electrodo. Afecta a la longitud del arco y al voltaje de trabajo, y controla la posición de aplicación de la soldadura en la que puede usarse el electrodo. La composición del recubrimiento del electrodo es extremadamente importante. La mezcla de los ingredientes adecuados es prácticamente un arte. Además de equilibrar correctamente las características de desempeño previamente mencionadas, el recubrimiento debe tener un punto de fusión algo más bajo que el del alambre del núcleo o el del metal base.

La escoria resultante debe tener una densidad más baja, para que pueda ser expulsada con rapidez y completamente por el metal de la soldadura al enfriarse este. Cuando se ha de usar el electrodo para hacer soldadura hacia arriba o vertical, la escoria que forme el recubrimiento fundido debe solidificarse rápidamente, para que ayude a sostener al metal fundido contra la fuerza de la gravedad. En la mayoría de los casos, las diferencias en las características operacionales de un electrodo pueden atribuirse al recubrimiento. El alambre del núcleo proviene generalmente de la misma existencia de alambre.

Clasificación de los electrodos

Los electrodos se clasifican en base a las propiedades mecánicas del metal depositado, tipo de recubrimiento, posiciones en las que se puede emplear el electrodo y tipo de corriente y polaridad a emplear. El sistema de clasificación empleado para electrodos recubiertos sigue el modelo empleado por la AWS (American Welding Sociaty). De acuerdo con este sistema, la clasificación de un electrodo se designa de la manera siguiente:

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E XXYZ

Tiene el siguiente significado:

E: Electrodo para soldadura eléctrica manual XX: Resistencia a la tracción (lb/pulg2).

Como se indican en los ejemplos siguientes:

E 60XX Resistencia de 60 lb/pulg2 E 70XX Resistencia de 70 lb/pulg2 E100XX Resistencia de 100 lb/pulg2 Y. Indica la posición en la que se puede soldar con el electrodo. Como se indican en los ejemplos siguientes:

E XX1X = Cualquier Posición (De piso, horizontal, sobre cabeza y vertical) E XX2X = Horizontal y de piso solamente E XX3X = De piso solamente E XX4X = De piso, sobre cabeza, horizontal y vertical hacia abajo.

Z: Indica el tipo de corriente eléctrica y polaridad como mejor trabaja el electrodo y el tipo de revestimiento. Como se especifica en la siguiente tabla:

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Tabla No. 6 Clasificación de los electrodos según su corriente y polaridad. Clasificación Corriente Arco Penetración Fundente y Escoria EXXX0 DCEP Penetrante Profunda Celulosa - Sodio (0 - 10% de Polvo de Hierro) EXXX1 AC o DCEP Penetrante Profunda Celulosa - Potasio (0% de Polvo de Hierro) EXXX2 AC o DCEN Mediano Mediana Titanio - Sodio (0 - 10% de Polvo de Hierro) EXXX3 AC o DCEN o DCEP Suave Ligera Titanio - Potasio (0 - 10% de Polvo de Hierro) EXXX4 AC o DCEN o DCEP Suave Ligera Titanio - Polvo de Hierro (25 - 40% de Polvo de Hierro) EXXX5 DCEP Mediano Mediana Bajo Hidrogeno - Sodio (0% de Polvo de Hierro) EXXX6 AC o DCEP Mediano Mediana Bajo Hidrogeno - Potasio (0% de Polvo de Hierro) EXXX8 AC o DCEP Mediano Mediana Bajo Hidrogeno - Polvo de Hierro (25 - 40% de Polvo de Hierro) EXX20 AC o DCEN Mediano Mediana Oxido de Hierro - Sodio (0% de Polvo de Hierro) EXX22 AC o DCEN o DCEP Mediano Mediana Oxido de Hierro - Sodio (0% de Polvo de Hierro) EXX24 AC o DCEN o DCEP Suave Ligera Titanio - Polvo de Hierro (50% de Polvo de Hierro) EXX27 AC o DCEN o DCEP Mediano Mediana Oxido de Hierro - Polvo de Hierro (50% de Polvo de Hierro) EXX28 AC o DCEP Mediano Mediana Bajo Hidrogeno - Polvo de Hierro (50% de Polvo de Hierro) EXX48 AC o DCEP Mediano Mediana Bajo Hidrogeno - Polvo de Hierro (25 - 40% de Polvo de Hierro) DCEP - Corriente Directa Electrodo Positivo DCEN - Corriente Directa Electrodo Negativo Nota: El Porcentaje del polvo de hierro es calculado en base al peso del fundente

Fuente: Martínez; I, (2012)

Selección del electrodo adecuado

El electrodo, es usado para transportar corriente eléctrica a través de la pieza de trabajo y unir dos piezas. Dependiendo del proceso, el electrodo puede ser consumible, en el caso de soldadura con gas metal o el de soldadura blindada, o no consumible.

En polaridad directa, el material es el positivo y el electrodo el negativo y en polaridades opuestas el electrodo es el positivo y el material el negativo. Con cada una de estas configuraciones se obtienen distintas características en soldadura.

La selección del material de aporte que se requiere se hace conforme al proceso o procesos de soldadura seleccionado, teniendo en cuenta las especificaciones de la AWS para materiales de aporte y las recomendaciones técnicas del fabricante.

Para elegir el electrodo es necesario analizar las condiciones de trabajo en particular y luego determinar el tipo y diámetro de electrodo que más se adapte a estas condiciones.

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Este análisis es relativamente simple, si el profesional de la construcción se habitúa a considerar los siguientes factores:

1. Naturaleza del metal base. Es necesario tener un certificado para obtener características específicas del tipo de material que se requiere soldar, propiedades mecánicas y composición química, que sean de interés.

Estas características se pueden encontrar directamente con el proveedor del material, sí realmente se conoce el tipo de metal base que se quiere soldar, se puede recurrir a textos publicados por organismos como ASTM (American Society for Testing Materials), AISI (American Iron and Steel Institute), SAE (Society of Automotive Engineers), entre otros.

Cuando no se puede conocer las características del metal base, se debe buscar un electrodo muy semejante al metal base que tenga características similares.

2. Diseño de la unión a soldar.

Se debe analizar el diseño de la unión y el ensamble que requiere y seleccionar el electrodo que brinde las mejores características de penetración. En los procesos de soldadura como el de soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW) se conoce que hay electrodos para aplicarlos como pase de raíz (E6010), tipos de electrodo de rápido enfriamiento de relleno (E7018 bajo hidrogeno) y cada uno posee una técnica diferente de aplicación.

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3. Espesor del material base. Es un indicativo del diámetro del electrodo que se puede seleccionar para buscar alta, mediana penetración o el tamaño del cordón de soldadura apropiado. Si el material base posee un espesor grueso, se busca que el diámetro del electrodo a seleccionar se encuentre lo más cercano a ese espesor.

4.

Posición de soldadura

Los electrodos han sido fabricados para asumir dichas aplicación de soldadura. La AWS (american welding society) especifica en la nomenclatura que se le debe colocar a los electrodos cuando son fabricados, donde un digito en la misma especifica si el electrodo puede ser aplicado en todas las posiciones de soldadura o en posiciones de soldadura plana u horizontal sobre filetes.(ver clasificación de los electrodos descrito en este manual)

5. Tipo de corriente

Es una de las principales variables a controlar en el proceso de soldadura. Se debe conocer que para cada tipo y diámetro de electrodo, existe un rango de corriente, recomendado por los fabricantes de soldadura. De acuerdo a la AWS, el último dígito de la nomenclatura de la clasificación de la soldadura, representa la polaridad con la que se deberá utilizar ese electrodo. (Ver tabla No. 6 de este manual)

Después de considerar cuidadosamente los factores antes indicados, el profesional de la construcción no debe tener dificultad en elegir un electrodo para realizar la soldadura, el cual le dará un arco estable, depósitos parejos, escoria fácil de remover y

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un mínimo de salpicaduras, que son las condiciones esenciales para obtener un trabajo de óptimo.

Electrodos

E6010

Descripción: Electrodo revestido de alto contenido de celulosa, diseñado para proporcionar un arco uniforme y estable con suficiente fuerza para lograr una penetración profunda dentro del metal base. Este electrodo muestra una gran eficiencia de deposición y poca perdida por salpicadura. Produce un charco de soldadura que se humedece y distribuye bien, mientras se fija con suficiente rapidez para hacer que este electrodo sea ideal para técnicas de soldadura con ondulaciones gruesas y una escoria delgada de fácil remoción.

Posición de aplicación: planas, horizontales, verticales o elevadas.

Aplicaciones típicas: se utiliza más comúnmente para soldaduras fuera de posición tales como en la construcción en el campo, los astilleros, torres de agua, recipiente a presión, tuberías a presión, piezas de acero fundido, tanques simples de almacenaje y de acero galvanizado, entre otros.

Química típica del metal de soldadura (%) C Mn Si

0,100 0,470 0,200

P S

0,014 0,012

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Tamaños disponibles y corrientes recomendadas (CC+)

3/32 14 60-85

Diámetro (pulg) Longitud (pulg) Amperios

1/8 14 80-120

5/32 14 110-160

3/16 14 150-200

7/32 14 160-210

1/14 14 190-240

E6011

Descripción: tienen las mismas características que los E6010; sin embargo a diferencia el E6010, este electrodo puede utilizarse con soldadores pequeños de corriente alterna, así como los tipos de corriente directa. Con alto contenido de celulosa brinda una estabilidad de arco excelente, una ductilidad aumentada, una eficiencia alta de deposición y poca salpicadura. Es especialmente apropiado para soldar donde hay poco ajuste en las ranuras oxigenado o aceitoso.

Posición de aplicación: Este electrodo combina una fuerza recia de arco con una solidificación rápida del metal de soldadura que permite posiciones de soldadura verticales o elevadas, así como planas y horizontales.

Aplicaciones típicas: se utiliza comúnmente como un electrodo para soldar puentes, calderas, barcazas, vagones de ferrocarril, tuberías, recipientes de presión, tanques de almacenaje y acero galvanizado.

Química típica del metal de soldadura (%) C Mn Si

0,100 0,580 0,370

P S

0,015 0,013

120

Tamaños disponibles y corrientes recomendadas (CA o CC+) 3/32 14 65-90

Diámetro (pulg) Longitud (pulg) Amperios

1/8 14 80-120

5/32 14 130-170

3/16 14 170-210

7/32 14 170-220

1/14 14 200-250

E6012

Descripción: Electrodos revestidos de alta titania se desarrollaron para utilizarlos en secciones delgadas y juntas de ajuste difícil donde se requiere una penetración superficial. Este electrodo produce un arco tranquilo con suficiente fuerza para evitar la acumulación de escoria durante la soldadura vertical hacia abajo. Producen depósitos lisos y uniformes con poca salpicadura y poca porosidad. La eficiencia máxima de deposición se logra aun con corrientes y velocidades mayores en las placas gruesas las delgadas.

Posición de aplicación: pueden utilizarse en cualquier posición.

Aplicaciones típicas: se utiliza comúnmente como un electrodo para soldar marcos de acero de ventanas, barcos, barcazas

Química típica del metal de soldadura (%) C Mn Si

0,090 0,460 0,260

P S

0,014 0,013

Tamaños disponibles y corrientes recomendadas (CA o CC+) Diámetro (pulg) Longitud (pulg) Amperios

3/32 14 65-100

1/8 14 80-130

5/32 14 110-160

3/16 14 160-220

7/32 14 200-260

1/14 14 210-280

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E6013

Descripción: Electrodos revestidos de un alto contenido de dióxido de titanio o titania produce depósitos de soldadura mucho más uniformes y planos que los de E6012. Este electrodo se diseñó principalmente para brindar una buena humedad y una penetración superficial para las aplicaciones con hojas delgadas de metal. Es un electrodo para todo propósito que brinda un arco suave y uniforme que se regenera fácilmente, un control fácil de la escoria cuando la soldadura se hace verticalmente y hacia abajo, y una bella apariencia del cordón de la soldadura.

Posición de aplicación: pueden utilizarse en cualquier posición.

Aplicaciones típicas: se utiliza comúnmente para marcos, ornamentos de hierros, tanques de almacenaje.

Química típica del metal de soldadura (%) C Mn Si

0,070 0,450 0,320

P S

0,014 0,008

Tamaños disponibles y corrientes recomendadas (CA o CC±)

Diámetro (pulg)

1/16

5/64

3/32

1/8

5/32

3/16

1/4

Longitud (pulg)

10

12

14

14

14

14

14

25-50

35-60

50-100

80-130

Amperios

140-180 180-230 260-320

122

E6027

Descripción: Es un electrodo de polvo de acero pesado, revestido de óxido de hierro y desarrollado para brindar una eficiencia máxima de deposición y penetración profunda a velocidades mayores. Los depósitos de soldadura muestran una ductilidad excepcional, resistencia alta al impacto y una fácil remoción de la escoria. Este electrodo proporciona una operación fácil y una capacidad excelente para arrancar nuevamente, lo que lo hace apropiado para la soldadura intermitente.

Posición de aplicación: Es particularmente apropiada para soldar juntas planas y de ranura profunda, así como soldaduras horizontales a tope y en ángulo.

Aplicaciones típicas: se utiliza para soldar puentes, aceros estructurales, recipientes a presión o tuberías que se han colocado en posición para la soldadura horizontal.

Química típica del metal de soldadura (%) C Mn Si

0,060 0,850 0,350

P S

0,021 0,009

Tamaños disponibles y corrientes recomendadas (CA o CC±) Diámetro (pulg)

1/8

5/32

3/16

7/32

1/4

Longitud (pulg) Amperios

14 40-150

18 140-170

18-28 180-230

18-28 200-240

18-28 250-280

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E7014

Descripción: Electrodo de polvo de hierro, de tipo rutilo, diseñado para trabajar a mayores velocidades y con mayor eficiencia de deposición que los electrodos E6012 o E6013. Proporciona un arco estable, una apariencia de cordón plano y liso, y una remoción fácil de la escoria.

Posición de aplicación: se utiliza para todas las posiciones y aplicaciones de soldadura de pase único y capas múltiples.

Aplicaciones típicas: para todo propósito que se utiliza donde quiera que la eficiencia de la soldadura con electrodos E6012 o E6013 no sea aceptable. Se pueden aplicar en estructuras de barco, puentes, acero estructurales para edificio, metal laminado, piezas de máquinas, tanques de almacenaje entre otros.

Química típica del metal de soldadura (%) C Mn Si

0,080 0,600 0,350

P

0,017 0,010

S

Tamaños disponibles y corrientes recomendadas (CA o CC±) Diámetro (pulg) Longitud (pulg) Amperios

1/16

5/64

3/32

1/8

5/32

3/26

7/32

1/4

10

12

14

14

14

14

14

14

35-60

45-70

50-100

90-140 150-210 200-240 210-270 250-320

124

E7016

Descripción: Electrodo de bajo hidrogeno para todas las posiciones, que se utiliza para soldar estructuras y placas de soldaduras de trabajo pesado. Proporciona una excelente estabilidad de arco y produce depósitos de soldadura de calidad de rayos X con mayor resistencia a las rajaduras, alargamiento y ductilidad que otros electrodos de acero dulce. Produce una bella apariencia de cordón con una fácil remoción de escoria.

Posición de aplicación: se utiliza en todas las posiciones.

Aplicaciones típicas: puede utilizarse en maquinaria, puentes, aceros de corte libre y aceros de medio carbono.

Química típica del metal de soldadura (%) C Mn Si

0,080 0,980 0,480

P S

0,012 0,010

Tamaños disponibles y corrientes recomendadas (CA o CC±)

Diámetro (pulg) Longitud (pulg) Amperios

3/32 14 50-100

1/8 14 90-130

5/32 14 150-190

3/16 14 180-230

1/4 18 250-300

E7018

Descripción: Electrodo de polvo de hierro y bajo hidrogeno más eficiente de uso general que se utiliza para soldar aceros de carbono, aceros de temería libre y aleaciones de baja aleación con una resistencia mínima de 50.000 psi.

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Posee un buen índice de deposición que proporciona un arco tranquilo y firme con poca salpicadura y una penetración media. Los depósitos de soldadura son de una calidad de rayos X con una remoción fácil de escoria, propiedades mecánicas excepcionales y una apariencia lisa y uniforme.

Posición de aplicación: puede utilizarse en cualquier posición.

Aplicaciones típicas: se utiliza para muchas especificaciones de ASTM. Entre más aplicaciones específicas están las tuberías de procesos, los aceros de enrrollado en frio como los que se encuentran en las fabricaciones de maquinaria pesada, recipiente a presión cocido y sin cocer, soldadura en el taller o en el campo; de puentes y aceros estructurales, aceros fundidos, construcción de barcos, casi cualquier acero de medio carbono y acero de aleación baja, en los que la soldaduras están sujetos a inspección con rayos X.

Química típica del metal de soldadura (%) C Mn Si

0,070 0,970 0,570

P S

0,012 0,011

Tamaños disponibles y corrientes recomendadas (CA o CC+) Diámetro (pulg) Longitud (pulg) Amperios

3/32 14 55-85

1/8 14 90-140

5/32 14 130-185

3/16 14 190-250

7/32 14 230-285

1/4 14 250-320

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E7024

Descripción: Electrodo de polvo de hierro y revestido de rutilo y diseñados para soldaduras de acero dulce de alta velocidad. Este electrodo proporciona una eficiencia de mayor deposición y mejores propiedades físicas que los electrodos E7014. El electrodo 7024 ofrece un arco tranquilo y estable y produce depósitos de soldadura con poca salpicadura, libres de socavaduras y una escoria que se autoremueve. La apariencia del cordón es superior.

Posición de aplicación: puede utilizarse en un solo pase horizontal y soldadura plana de ángulo de acero dulce

Aplicaciones típicas: pueden utilizarse en estructuras de barcos, puentes, aceros estructurales, tanques de almacenaje, entre otros.

Química típica del metal de soldadura (%) C Mn Si

0,090 0,780 0,350

P S

0,019 0,014

Tamaños disponibles y corrientes recomendadas (CA o CC+) Diámetro (pulg) Longitud (pulg) Amperios

3/32 14 60-100

1/8 14-18 120-170

5/32 14-18 140-190

3/16 18-28 200-260

7/32 18-28 230-270

1/4 18-28 280-380

Recomendaciones para almacenar electrodos Todos los revestimientos de electrodos contienen H2O. Algunos tipos como los celulósicos requieren un contenido mínimo de humedad para trabajar correctamente

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(4% para un AWS E-6010). En otros casos, como en los de bajo hidrógeno, se requieren niveles bajísimos de humedad; 0.4% para la serie 70 (Ej. 7018), 0.2% para la serie 80 (Ej. E-8018); 0.15% para las series 90,100, 110 y 120 (Ej. 9018, 11018, 11018 y 12018).

Este tema es de particular importancia cuando se trata de soldar aceros de baja aleación y alta resistencia, aceros templados y revenidos o aceros al carbono-manganeso en espesores gruesos.

La humedad del revestimiento aumenta el contenido de hidrógeno en el metal de soldadura y de la zona afectada térmicamente (ZAT). Este fenómeno puede originar fisuras en aceros que presentan una estructura frágil en la ZAT, como los mencionados anteriormente. Para evitar que esto ocurra se debe emplear electrodos que aporten la mínima cantidad de hidrógeno (electrodos bajo hidrógeno, Ej. 7018), y además un procedimiento de soldadura adecuado para el material base y tipo de unión (precalentamiento y/o post-calentamiento según sea el caso).

De lo anterior se puede deducir fácilmente la importancia que tiene el buen almacenamiento de los electrodos. De ello depende que los porcentajes de humedad se mantengan dentro de los límites requeridos y así el electrodo conserve las características necesarias para producir soldaduras sanas y libres de defectos. Las condiciones de almacenamiento y reacondicionamiento son diferentes para los diversos tipos de electrodos; las mismas se presentan a continuación:

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Condiciones de almacenamiento: son aquellas que se deben observar al almacenar en cajas cerradas. En la tabla N° 7 se especifican las recomendaciones para el acondicionamiento de los depósitos destinados al almacenamiento de electrodos.

Condiciones de mantención: son las condiciones que se deben observar una vez que los electrodos se encuentran fuera de sus cajas. Las cuales se indican en la tabla N° 7.

Reacondicionamiento o resecado: aquellos electrodos que han absorbido humedad más allá de los límites recomendados por las norma requieren ser reacondicionados, a fin de devolver a los electrodos sus características. En la tabla N° 8 se indican las recomendaciones para el reacondicionamiento de electrodos.

Tabla No. 7 Condiciones de almacenamiento y mantención de electrodos. Electrodo Clase EXX10 EXX11 EXX12 EXX13 EXX14 EXX24 EXX15 EXX16 EXX18

Tipo Celulósico Celulósico

Acondicionamiento del depósito Mantención electrodos (cajas cerradas) (cajas abiertas) Temperatura Ambiente

Temperatura 15ºC más alta que la temperatura ambiente, pero menos de 50ºC, o humedad relativa De rutilo (Fe) ambiente menor a 50% De rutilo (Fe) Temperatura 20ºC más alta que la Básico temperatura ambiente, pero menos Básico de 60ºC, o humedad relativa ambiente menor a 50% Básico (Fe)

Fuente: Barrios Jair, (2007)

No Recomendado

10ºC a 20ºC sobre la temperatura ambiente

30ºC a 140ºC sobre la temperatura ambiente

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Tabla No. 8 Recomendaciones para el resecado de electrodos. Electrodo Tipo y Clase

Aplicación

Celulósico (EXX10 - EXX11)

Todas

De rutilio, (EXX12 - EXX13) (EXX14 - EXX24) Inoxidables Austeníticos

Todas

Básicos de bajo contenido de hidrógeno (EXX15 - EXX16) (EXX18 - EXX28) (EXX48). Incluye baja aleación

Resecado No requiere si han estado bien acondicionados. Por lo general no pueden resecarse sin deteriorar sus caracteristicas operativas No requiere si han estado bien acondicionados. Caso contrario resecar 30 a 120 minutos a 100150ºC. Asociar la menor temperatura con el mayor tiempo. Durante el resecado ensayar en soldadura para comprobar caracteristicas operativas y evitar

Donde se requiere bajo contenido de hidrógeno en el metal depositado.

Cuando el electrodo permanecio mas de 2h sin protección especial, resecar 60 a 120min. A 250 400°C. No exceder los 400°C, y si se seca a 250°C hacerlo durante 120 minutos.

Aplicaciones criticas (Aceros de alto contenido de carbono, aceros de baja aleación, aceros de mas de 60 kg/mm2 de resistencia)

Siempre antes de usar se resecan 60 a 120 min a 300-400°C. No exceder los 400°C y si se seca a 300°C hacerlo durante 120min. Luego conservar en estufa hasta el momento de soldar.

Fuente: Barrios Jair, (2007)

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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