Estudios de Posgrado e Investigación

Soldadura al estado sólido

Explosion Welding

Presenta: Ing. Rafael Antonio Pérez García

Profesor - Investigador Invitado: Dr. Victor Hugo López Cortez

Capítulo VII

Soldadura por explosión

(Explosion Welding EXW)

Ing. Rafael Antonio Pérez García

Marzo| 2016

“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

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CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Soldadura por explosión (EXW)

1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO

2. EQUIPO

3. MATERIALES SOLDADOS

4. APLICACIÓN

5. CALIDAD EN LA SOLDADURA

6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES3/47

Ing. Rafael Antonio Pérez García

Marzo| 2016

“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

La soldadura por explosion

es un proceso de soldadura

de estado solido que

produce una union soldada

por el impacto a alta

velocidad de las piezas de

trabajo como resultado de

una detonacion controlada.

La explosion acelera el

metal a una velocidad tal

que se forma una union

metalica entre las piezas

cuando chocan. La

soldadura se produce en

una fraccion de segundo sin

adicion de metal de aporte.

Soldadura por explosión (Explosion Welding EXW)

Animacíon 1.1 Soldadura por explosión

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Soldadura por explosión (EXW)

1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO

2. EQUIPO

3. MATERIALES SOLDADOS

4. APLICACIÓN

5. CALIDAD EN LA SOLDADURA

6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES5/47

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

Figura 1.1 Disposición típica de los componentes

para la soldadura por explosión.

Componente Base

Componente principal

Explosivo

COMPONENTES

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Figura 1.2 Acción de los componentes durante la unión con soldadura por explosión.

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Soldadura por explosión (EXW)”

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

Figura 1.3 Secuencia de operacion para la fabricacion de placas de revestimiento a

través de soldadura por explosion.8/47

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

Figura 1.4 Interfaz típica ondulada formada

entre dos componentes soldados por explosión,

Tantalio a Cobre.

Figura 1.5 Línea de microfusión en una soldadura por explosión en acero y titanio.9/47

CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Soldadura por explosion (EXW)

FUNDAMENTOS DEL PROCESO1.

EQUIPO2.

MATERIALES SOLDADOS3.

APLICACI4. ÓN

CALIDAD EN LA SOLDADURA5.

EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES6.10/47

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Soldadura por explosión (EXW)”

11/47

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

Figura. 2.1 Fabricación mecanizada de soldadura por explosión en

placas de grandes longitudes.

Figura. 2.2 Caballete mecanico con amoladora húmeda usada en la

preparacion de las placas.12/47

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

Figura. 2.4 Se utiliza GTAW para unir placas

del metal primario y fijarlo al metal base. 13/47

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Soldadura por explosión (EXW)”

Figura. 2.3 Cabina de soldadura de GTAW

automatico usado para obtener dimensiones

iguales entre placa de metal primario y base.

Figura 2.6 Prensa hidráulica utilizada para

aplanar placas soldadas por explosión.

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Soldadura por explosión (EXW)”

Figura 2.5 Niveladores de rodillos utilizado para

aplanar las placas soldadas por explosión.

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Soldadura por explosión (EXW)

1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO

2. EQUIPO

3. MATERIALES SOLDADOS

4. APLICACIÓN

5. CALIDAD EN LA SOLDADURA

6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES15/47

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Soldadura por explosión (EXW)”

MATERIALES SOLDADOS

• METAL BASE• ACEROS AL CARBONO

• ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS (Serie 300)

• ALUMINIO

• METAL PRIMARIO• ACERO INOXIDABLE (Austeníticos, martensíticos, ferríticos y dúplex)

• NIQUEL Y SUS ALEACIONES

• COBRE Y SUS ALEACIONES

• ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

• TITANIO

• ZIRCONIO

• TANTALIO16/47

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CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Soldadura por explosión (EXW)

1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO

2. EQUIPO

3. MATERIALES SOLDADOS

4. APLICACÍON

5. CALIDAD EN LA SOLDADURA

6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES17/47

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Soldadura por explosión (EXW)”

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Metal en bruto

Explosivos

Expandibles

Base

Primario

Explosivo granular

Detonador eléctrico

Explosivo de refuerzo

Cable de detonación

METALES SOLDADOS

MATERIALES

EXPLOSIVOS

CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Soldadura por explosión (EXW)

1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO

2. EQUIPO

3. MATERIALES SOLDADOS

4. APLICACIÓN

5. CALIDAD EN LA SOLDADURA

6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES19/47

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“PROCESOS DE SOLDADURA

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“PROCESOS DE SOLDADURA

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CALIDAD EN LA SOLDADURA

INSPECCIÓN NO DESTRUCTIVA

ULTRASONIDO

RADIOGRAFÍA

PRUEBAS DESTRUCTIVAS

CIZALLAMIENTO

TENSIÓN

EXAMEN METALOGRÁFICO

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Figura 5.1 Sistema de barrido por ultrasonido montado en caballete.

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

Figura 5.2 Configuración típica de

una prueba de tensión de ariete.

Figura 5.3 Configuración de un ensayo

de cizallamiento se observa la falla en el

metal base.

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“PROCESOS DE SOLDADURA

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ASTM A262 Detección de corrosión intergranular

ASTM A263 Acero inoxidable con recubrimiento de Cromo

ASTM A265 Placas de acero revestidas con Níquel

ASTM A578 Ultrasonido para revestimientos especiales en placas

ASTM B432 Placas de acero revestidas con Cobre

ASTM B898 Placas de acero revestido con metal refractario

Tabla 5.1 Normas ASTM para los ensayos de

placas revestidas.

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Soldadura por explosión (EXW)

1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO

2. EQUIPO

3. MATERIALES SOLDADOS

4. APLICACIÓN

5. CALIDAD EN LA SOLDADURA

6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES23/47

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Soldadura por explosión (EXW)”

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

Figura 6.1 Placa de espesor grueso

revestida con acero inoxidable 304L.

Figura 6.2

Revestimiento

de Titanio por

explosión

usado para

condensador.

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

Figura 6.3 Reactor

columnar para

hidrotratamiento y

refinamiento de

petróleo.

Figura 6.4

Tapa para

recipiente de

presión por

Hot Spinning.Figura 6.5 Placas de acero

revestidas de Tantalio.

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

Figura 6.6 Revestimiento de Titanio

para un intercambiador de calor.

Figura 6.7 Ánodo de aluminio en

una junta de transición.

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Soldadura por explosión (EXW)”

Figura 6.8 Ferry de alta velocidad.

Figura 6.10 Piezas fabricadas a partir

de placas soldadas por explosión.

Figura 6.11 Unión tubular de

acero y Al.

Figura 6.9 Tubos seccionados a partir de

placas soldadas por explosión de Inox y Al.

Artículo

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Artículo Soldadura por explosión (EXW)”

Soldadura por explosión

(Explosion Welding EXW) 28/47

CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Artículo Soldadura por explosión (EXW)

1. ABSTRACT

2. INTRUDUCCÍON

3. DESARRO EXPERIMENTAL

4. RESULTADOS

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

6. CONCLUSIONES29/47

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Artículo Soldadura por explosión (EXW)”

Revestimiento de placa de titanio con una aleación de

magnesio a partir de energía controlada bajo el agua

mediante soldadura por explosión de tres capas

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Artículo Soldadura por explosión (EXW)”

Cladding of titanium and magnesium alloy plates using energy

controlled underwater three layer explosive welding

M. Ahasan Habib a,∗, Hiroki Keno a, Ryota Uchida a, Akihisa Mori b, Kazuyuki

Hokamoto c

a Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University, Kumamoto 860-8555, Japan

b Sojo University, Kumamoto 860-0082, Japan

c Institutes of Pulsed Power Science, Kumamoto University, Kumamoto 860-8555, Japan

Received 14 July 2014; Received in revised form 7 October 2014; Accepted 16 November 2014; Available

online 22 November 2014

CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Artículo Soldadura por explosión (EXW)

1. ABSTRACT

2. INTRUDUCCÍON

3. DESARRO EXPERIMENTAL

4. RESULTADOS

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

6. CONCLUSIONES31/47

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Artículo Soldadura por explosión (EXW)”

Se realizo soldadura por explosión en placas de aleación AZ31 (Magnesio) con una placa de Titanio con la técnica de choque de ondas bajo el agua.

A través de los experimentos se investigaron los efectos del ángulo inicial inclinado del explosivo y el recocido de las placas de AZ31.

Caracterización de la interfaz soldada en diferentes condiciones experimentales para una zona fundida de manera excesiva, moderada y falta de penetración.

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Artículo Soldadura por explosión (EXW)”

CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Artículo Soldadura por explosión (EXW)

1. ABSTRACT

2. INTRUDUCCÍON

3. DESARRO EXPERIMENTAL

4. RESULTADOS

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

6. CONCLUSIONES33/47

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Artículo Soldadura por explosión (EXW)”

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“PROCESOS DE SOLDADURA

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Ha

bib

(20

14

) Usando la técnica de EXW bajo el agua realizo una unión de titanio y magnesio el cual resulto con una zona fundida excesiva

Hab

ib(2

014) Se ha encontrado

que el uso de una placa intermedia fue eficaz en la mejora de las condiciones de soldadura no hubo una zona excesiva de unión. Sin embargo no se presento de igual manera a lo largo de la placa.

Ha

bib

(20

14

) Los resultados experimentales se comparan con los resultados numéricamente simulados. Se aclaran los efectos del ángulo del explosivo sobre la colisión que se presenta.

Man

ikan

dan

(2006) Investigo la EXW de

titanio y acero inoxidable con la insercion de una placa intermedia delgada para fines de controlar las condiciones energéticas

Gh

ad

eri

(20

08

) Para unir magnesio y titanio usando EXW convencional se ha encontrado con numerosos problemas como grietas, zona fundida de manera excesiva

Ok

am

oto

(20

09

) Propuso la EXWbajo el agua, lo que puede ofrecer una alternativa importante para disminuir la pérdidade energía cinética.

CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Artículo Soldadura por explosión (EXW)

1. ABSTRACT

2. INTRUDUCCÍON

3. DESARRO EXPERIMENTAL

4. RESULTADOS

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

6. CONCLUSIONES35/47

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Figura 3.1 Montaje experimental para la soldadura

por explosión de tres capas mediante la técnica de

choque de ondas bajo el agua.

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Artículo Soldadura por explosión (EXW)”

El ángulo de inclinación inicial del explosivo () varió

de 20º y 30º

La distancia D entre el explosivo y el

centro de la muestrase fijó entre 35 mm y

45 mm

CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Artículo Soldadura por explosión (EXW)

1. ABSTRACT

2. INTRUDUCCÍON

3. DESARRO EXPERIMENTAL

4. RESULTADOS

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

6. CONCLUSIONES37/47

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“PROCESOS DE SOLDADURA

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Figura 4.1 Micrografía óptica del interfaz de soldadura obtenida del experimento No. 1,

donde = 20º, D= 35mm.

Figura 4.2 Micrografía óptica del interfaz de soldadura obtenida del experimento No. 2,

donde = 20º, D= 45mm.

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“PROCESOS DE SOLDADURA

Artículo Soldadura por explosión (EXW)”

Figura 4.3 Micrografía óptica del interfaz de soldadura obtenida del experimento No. 3,

donde = 30º, D= 35mm.

Figura 4.4 Micrografía óptica del interfaz de soldadura obtenida del experimento No. 4,

donde = 20º, D= 35mm.

Zona

fundida

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Figura 4.5 Micrografía óptica del interfaz de soldadura obtenida del experimento No. 5,

donde = 20º, D= 45mm.

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Figura 4.6 Dureza Vickers a través de dos interfaces diferentes obtenidas de la

muestra No 1 X= 5mm, (a) interfaz Ti-Mg, (b) interfaz Mg-Mg,

(c) perfil de dureza a través de las dos interfaces.

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Figura 4.7 Mapeo de elementos en la interfaz

soldada TP270-AZ31 usando EPMA,

datos obtenidos en at. %

Figura 4.8 Ensayo a flexión

obtenido para la muestra

soldada No. 2, donde = 20º,

D= 45 mm, sin ningún tipo de

fractura entre la interfaz

TP270-AZ31.

Elemento at. %

Ti 40.19

Mg 49.28

O 10.53

Total 100%

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1. ABSTRACT

2. INTRUDUCCÍON

3. DESARRO EXPERIMENTAL

4. RESULTADOS

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

6. CONCLUSIONES43/47

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La soldadura por explosiónes conocida por ser exitosasólo cuando ciertosparámetros en particular,están dentro de una regióndefinida como la "ventana desoldabilidad”

-Ángulo de choque

-Velocidad de colisión

-Distancia horizontal desdeel punto de detonación

Crossland (1981)

Figura 5.1 Ventana de soldabilidad usando placa intermedia

con ángulos de 20º y 30º y distancia de 35mm y 45mm.

CONTENIDO Soldadura al estado sólido

Artículo Soldadura por explosión (EXW)

1. ABSTRACT

2. INTRUDUCCÍON

3. DESARRO EXPERIMENTAL

4. RESULTADOS

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

6. CONCLUSIONES45/47

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1) La morfología de la interfaz se controla cambiando los siguientesparámetros experimentales: ángulo de inclinación del explosivo, distanciaentre la muestra y el explosivo y el uso de la placa intermedia.

2) La microestructura en la interfaz soldada se caracterizó por microscopía óptica, examen de dureza, análisis EPMA, y ensayo de flexión.

3) Estas condiciones de soldadura se analizaron mediante simulación numérica, facilitando la realización de las condiciones optimas para obtener revestimientos aceptables.

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Con el fin de lograr la soldadura por explosion de TP270 (Titanio) y aleacion

AZ31 (Magnesio), una union complicada debido al exceso de la zona de

fundida, se empleo el uso de la EXW bajo el agua, y se uso una placa

intermedia AZ31 la cual fue eficaz para mejorar las condiciones de la

soldadura.

Los siguientes resultados fueron obtenidos.

BIBLIOGRAFÍA Soldadura al estado sólido

Soldadura por explosión (EXW)

1. O’Brien, Annette. (2007). Welding Handbook, Volume 3 - Welding Processes,

Part 2 (9th Edition). American Welding Society (AWS).

2. V.D, Linse. (1996). Welding Handbook, Tomo 3 Procesos de Soldadura Parte 3

(8va edición). American Welding society (AWS).

3. M. Ahasan Habib. (2014) Cladding of titanium and magnesium alloy plates

using energy controlled underwater three layer explosive welding. Journal

of Material Processing Technology.

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Soldadura por explosión (EXW)”