PROCESOS DE UNION EMSABLE Y ACABADO

OBJETIVOS• Obtener el conocimiento básico del manejo de

los diferentes tipos de soldadura

• Identificar las principales variables de acuerdo al tipo de soldadura

• Mediante practicas poner en practica lo visto en clase.

CONTENIDO

• Metales y aleaciones• Fundamentos de soldadura• Procesos de soldadura• Limpieza y tratamientos superficiales• Tratamientos térmicos de metales• Procesos de recubrimiento y deposición• Practicas de laboratorio

METALES Y ALEACIONES

ALEACIONES FERROSAS

AL CARBONO (BAJO, MEDIO ALTO)BAJA ALEACIÓNALEADOS O ESPECIALESINOXIDABLESDE HERRAMIENTASREFRACTARIOSINDEFORMABLES

BLANCAGRISMALEABLENODULAR

FUNDICIONES

ACEROS

Hasta 2% Carbono

De 2% a 4% de Carbono

DESIGNACION ACEROS Designación - La AISI (American Iron and Steel Institute)

y SAE (Society of Automotive Engineers) proporcionan un sistema de designación del acero con 4 o 5 números

Clasificación –El acero puede ser clasificado con base en su composición o la forma como fue obtenido

XXXXPorcentaje de carbono dividido por 100

Elementos aleantes principales

1010 Acero al carbono con 0.1 por ciento en carbono

10XX Acero al carbono

40XX Acero al Manganeso

41XX Acero al Cromo, Molibdeno

43XX Aceros al Níquel, Cromo, Molibdeno

50XX Acero al Cromo

80XX Acero al Níquel, Cromo, Molibdeno

41XX Acero al Cromo-Molibdeno

92XX Aceros al Silicio

ACEROS AL CARBONO

Son los que no tienen ningún elemento de aleación a diferencia de carbono, su composición varia entre 0.01 y 2% de carbono. Tienen otros

elementos que quedan por el proceso de fabricación

Si entre 0.05 – 3%

P Menor al 0.04%

Mn entre 0.03 – 1%

S menor al 0.05%

Estos elementos deben estar en este rango por norma, su incremento causara perdida en las propiedades mecánicas, haciendo los aceros en general mas frágiles

Hipo %C Eutectoide %C Hiper %CFerrita+Perlita Perlita Perlita+cementita

Cementita bordeando limites de grano

Ferrita proeutectoide como granos

Propiedades mecánicas en función del contenido de carbono

Fundiciones

Fundiciones de hierro – Aleaciones Ferrosas que contienen suficiente contenido de carbono para que la reaccion eutectica ocurra durante la solidificacion. 2 al 6.63%C. Tecnologicos del 4 al 6%.

Forma del carbono – Puede estar presente en forma en solucion solida (ferrita), formando un compuesto (Cementita) y/o como carbono libre (grafito)

Clasificación• Fundiciones Grises• Fundiciones Blancas • Fundiciones Maleables • Fundiciones Ductiles o nodulares• Fundicion de grafito compacto

Depende de forma cómo este el carbono

TIPOS DE FUNDICIONES

Blanca Gris

Nodular Maleable

FUNDAMENTOS DE SOLDADURA

• Definición: Es un proceso de unión de materiales en la cual se funden las superficies de contacto de dos partes mediante la aplicación conveniente de calor.

• Ventajas: - -Unión permanente-Uniones fuertes y resistentes- Puede realizarse en el campo-Económico

• Desventajas:- Defectos internos difíciles de detectar - No permite un desemsanble adecuado - Implican el uso de mucha energía

TIPOS DE PROCESOS DE SOLDADURA

La American Welding Society (AWS) (Sociedad Norte-Americana de Soldadura): Divide los procesos de soldadura en dos grupos principales.

1. Soldadura por fusión: Utilizan calor para fundir los metales, en algunas operaciones se utiliza material de aporte

2. Soldadura en estado sólido: Se utiliza presión o una combinación de calor y presión

TIPOS DE PROCESOS DE SOLDADURA

1. Soldadura por fusión

1.1 Soldadura con arco eléctrico (SAE):

El calentamiento de los metales se hace a través de un arco eléctricoEn algunas se aplica calorLa mayoría utilizan material de aporte

1.2 Soldadura por resistencia (SR)

La fusión de los metales se hace por medio de una resistencia eléctricaSe utiliza presión para unir las dos partes en contacto

TIPOS DE PROCESOS DE SOLDADURA

1. Soldadura por fusión

1.3 Soldadura con oxigeno y gas combustible (SOGC)

Mezcla de oxigeno con acetileno para producir la llama fundenteMaterial de aporte no siempre necesario

2. Soldadura en estado sólido

2.1 Soldadura por difusión (SD)

Se ponen las juntas en contacto bajo presiónAltas temperaturas

TIPOS DE PROCESOS DE SOLDADURA2. Soldadura en estado sólido

2.2 Soldadura por fricción (SF)

Calor se obtiene por la fricción entre las dos superficies

2.3 Soldadura ultrasónica SU

Se aplica una presión moderada entre las dos partes

Movimiento oscilatorio a altas frecuencias

UNION SOLDADA

Tipos de uniones

a) Unión empalmada o a tope b) de esquina c) superpuesta d) en T e) de bordes

UNION SOLDADATipos de soldadura

a) Unión de esquina con filete interno únicob) Unión de esquina con filete externo únicoc) Unión sobrepuesta con filete dobled) Unión en T con filete doble

soldadura en filete

UNION SOLDADA

Tipos de soldadura soldadura con surco

a) Soldadura con surco cuadradob) Soldadura con surco en bisel únicoc) Soldadura con surco V únicod) Soldadura con surco en U únicoe) Soldadura con surco J únicof) Soldadura con surco en V doble

UNION SOLDADA

Tipos de soldadura soldadura con insertos y ranuradas

c) Soldadura por puntos

FISICA DE LA SOLDADURALA DENSIDAD DE POTENCIA: se define como la energía transferida al trabajo por unidad de área de superficie (Btu/seg.in2)

Por tanto la densidad de potencia (PD) es igual a la potencia que entra a la superficie dividida entre al área superficial correspondiente

En donde PD= densidad de potencia W/mm2 (Btu/seg-in2)

P= potencia que entra a la superficieA= área superficial por que entra la energía mm2

(Btu/seg)

El tiempo para fundir el metal es inversamente proporcional a la densidad de potencia

La mínima densidad de potencia requerida para fundir la mayoría de los metales en la soldadura es de 10 W/mm2 maxima 105 W/mm2

La diferencia entre los procesos de soldadura

Por razones metalúrgicas es preferible fundir metales con el mínimo de energía

FISICA DE LA SOLDADURAVariables que intervienen en la densidad de potencia

• Ejercicio. Una fuente de calor transfiere 3000W a la superficie de una pieza metálica

el calor afecta la superficie en un área circular, con intensidades variables dentro del circulo. La distribución es la siguiente 70% de la potencia se transfiere dentro de un circulo de 5 mm de diámetro y 90% se transfiere dentro de un circulo concéntrico de 12 mm de diámetro

¿ cuales son las densidades de potencia en a) en el circulo de 5mm de diámetro b) en el anillos con diámetro de 12mm.

FISICA DE LA SOLDADURA

Um= K(Tm)2

• Cantidad de calor para fundir el metal desde la temperatura ambiente. Esta depende de factores como el punto de fusión, el calor para la transformación de la fase y el calor necesario para elevar el calor hasta su punto de fusión

Hw=f1f2H

FISICA DE LA SOLDADURABalance de calor en la soldadura por fusión

• Ejercicio.La fuente de potencia en una instalación de soldadura particular es capaz de

generar 3500 w que puedan transferirse a la potencia de trabajo con factor de transferencia de calor de 0.7. El metal que se va soldar es de un acero hipoeutectoide cuya temperatura de fusión es de 1760KEl factor de fusión en la operación es de 0.5. Se realizara una soldadura de filete continua con un área de sección transversal de 20 mm2

¿ Determinar la velocidad de viaje a la cual puede realizarse la soldadura?

FISICA DE LA SOLDADURA

CARACTERISTICAS DE UNA JUNTA SOLDADA POR FUSIÓN

a) Zona de fusión: mezcla entre el metal de aporte y el metal base

b) Interfase de soldadurac) Zona afectada por el calord) Metal base

CARACTERISTICAS DE UNA JUNTA SOLDADA POR FUSIÓN

•Experimenta temperaturas menores que su punto de fusión.

•Producen cambios en su microestructura

•Factores que afectan el ZAT

Cantidad de calor, la distancia de la zona de fusión, velocidad de enfriamiento y las propiedades térmicas del material

Zona afectada térmicamente ZAT

Los procesos de soldadura se dividen en dos

1. Soldadura por fusión: Es la categoría más importante

2. Soldadura en estado sólido

PROCESOS DE SOLDADURA

PROCESOS DE SOLDADURA

•(AW) sus siglas en ingles, es un proceso de soldadura por fusión de los metales mediante el calor formado a través de un arco eléctrico entre un electrodo y la pieza de trabajo.

•Temperaturas entre 5000ºC y 6000ºC

Soldadura por arco eléctrico

PROCESOS DE SOLDADURA

• Electrodos: Se clasifican en consumibles y no consumibles disponibles en varillas y alambres

• Protección del arco eléctrico: Evitar el contacto con el oxigeno, nitrógeno e hidrogeno principalmente gases inertes como argón y helio

• Fundente: Evitar la formación de óxidos y otros contaminantes.

Tecnología de la soldadura con arco

En todos los proceso de soldadura por arco le energía par conducir la operación es el producto de la corriente (I ) que pasa por el arco eléctrico y el voltaje que pasa a través de este

Hw=f1f2 IE =UmAwV

f1 = Es la eficiencia por transferencia de calor

La eficiencia por transferencia de calor es mayor para los procesos que utilizan electrodos consumibles

PROCESOS DE SOLDADURAFuente de potencia en soldadura por arco

Una operación de soldadura por arco eléctrico se realiza a una corriente de 300 amperios y 20V le eficiencia de fusión es igual a 0.5 y la unidad de energía de fusión para el metal 150 Btu/pul cubicas

Determine a)La energía en la operación b) la rapidez de generación de calor en la soldadurac) la rapidez de volumen soldado

PROCESOS DE SOLDADURAEjercicio

• Soldadura eléctrica con arco protegido (SMAW)

PROCESOS DE SOLDADURAProcesos de soldadura con arco eléctrico que usan

electrodos consumibles

• Las corrientes que se usan usualmente en la SMAW varían entre 30 y 300 A y 15 y 45 V esta selección depende del metal que se va a soldar, del tipo y longitud del electrodo y la profundidad de soldadura

• Es el proceso de soldadura más versátil y de mayor uso entre los procesos.

• Entre los materiales utilizados para soldar por este proceso están los aceros, hierros fundidos, aceros inoxidables.

PROCESOS DE SOLDADURAProcesos de soldadura con arco eléctrico que usan electrodos consumibles

PROCESOS DE SOLDADURA

• Clasificación de los el según la AWS

E – X X X X 1 2 3 4 5

1. Lo identifica como electrodo2 y 3 La fuerza tensil x 1000 psi4 Indica la posición que se debe

soldar 5 Usabilidad del electrodo

E – X X X X- XX 1 2 3 4 5 6 7

Los electrodos

PROCESOS DE SOLDADURA

• Función eléctrica. Estabilizar el arco. (Sales de sodio y sales de potasio)

Facilitar el material de aporte de acuerdo a la posición. (Silicatos, carbonatos, oxido de hierro, y oxido de titanio.)

• Función metalúrgica. Proteger el metal de la oxidación, primero aislando de una atmosfera oxidante y

segundo formando una escoria.

Función del revestimiento

PROCESOS DE SOLDADURASoldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW)

• Diámetros del alambre 1/32 hasta 1/4 de pulgada depende principalmente del grosor de las partes a fundir y la velocidad de deposición.

• Gases son inertes principalmente Ar, He y Co2

• Soldadura de ferrosos y no ferrosos como el aluminio y el cobre

• Ventajas con respecto a la SMAW es la continuidad del cordón de soldadura, y no hay formación de escoria.

PROCESOS DE SOLDADURASoldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW)

PROCESOS DE SOLDADURASoldadura con arco sumergido (SAW)

PROCESOS DE SOLDADURA

Ventajas Alta tasa de deposición Alta calidad de la soldadura Gran penetración obtenida Capacidad para se automatizada CC o CA

Aplicaciones Depósitos a presión, construcción

tuberías de gran tamaño, industria ferroviaria, cordones de soldadura de gran longitud

Desventajas En general, es un proceso no

adecuado para unir tamaños de pequeño espesor <5mm

Solo se puede utilizar a tope, en posición plana, y en ángulo.

Costo del fundente.

Materiales Cualquier tipo de acero, y en

especial aceros inoxidables

Soldadura con arco sumergido (SAW)

PROCESOS DE SOLDADURAProcesos de soldadura con arco eléctrico que usan

electrodos no consumibles

Soldadura con arco de tungsteno inert y gas (TIG)

PROCESOS DE SOLDADURA

Ventajas Metales depositados de alta

calidad Cordones sin salpicaduras sin

formación de escoria. CA o CC (PD) Soldar aluminio es mejor utilizar

corriente alterna

Electrodo Tungsteno o mezclas con zirconio Amplia gama de diámetros que

depende de la intensidad de corriente, tipo de corriente

Parámetros pasa soldar por TIG

Unión a tope con junta cuadrada en un acero de baja aleación

Materiales Utilizado en la soldadura mayoría

de los metales y las aleaciones en especial aluminio y aceros inoxidables

Soldadura con arco de tungsteno y gas (TIG)

Es un grupo de procesos de soldadura por fusión que utiliza una combinación de calor y presión

PROCESOS DE SOLDADURASoldadura por resistencia

PROCESOS DE SOLDADURACiclo de soldadura por puntos

Se utiliza principalmente en la producción masiva de automóviles, aparatos electrodomésticos.

Se utilizan electrodos de baja resistividad como el cobre o aleaciones con tungsteno

Se utiliza para unir láminas metálicas con espesores de 3 mm o menos.

El tamaño y la forma del punto de soldadura esta determinado por la punta del electrodo

Es proceso principalmente automatizado

PROCESOS DE SOLDADURAGeneralidades de la soldadura por puntos

PROCESOS DE SOLDADURA

Se utilizan electrodos en forma de ruedas

Su producción se basa en tanques de gasolina o contenedores.

El espaciamiento entre las pepitas depende la velocidad de giro de las ruedas junto con la aplicación de la corriente

Soldadura de costura por resistencia

PROCESOS DE SOLDADURA

Es un proceso soldadura por fusión en donde la llama producida se obtiene a través del acetileno con el oxigeno.

Soldadura oxiacetilénica

PROCESOS DE SOLDADURAReacciones químicas de la soldadura oxiacetilénica

1. C2H2 + O2 2CO + H2 + CALOR

2. 2CO + H2 + 1.5 O2 2CO2 + H2O + CALOR

PROCESOS DE SOLDADURAReacciones químicas de la soldadura oxiacetilénica