Electrodo Tubular

8/6/2019 Electrodo Tubular

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El presente documento es el resultado de haber revisado laprimera publicacin sobre procesos semiautomticos conelectrodo tubular realizada en 1992.

Se complementa con la informacin contenidas en lasespecializaciones AWS A 5.20-79 y AWS A 5.29-80. Se amplioel tema de juntas a tope con soldadura en ranura y las juntas enT o en esquina con soldadura en filete para diferentes posiciones.Se relacionan algunos electrodos tubulares para acerosinoxidables y para encargues duros.Hoy en da se est empleando electrodo tubular para soldaroleoductos, en el anexo 1 se d informacin sobre soldaduraautomtica segn API

1104 versin 1988, en el anexo.2 se muestra un procedimientosemiautomtico de soldadura con electrodos tubulares paraoleoductos.


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TABLA DE CONTENIDOPREAMBULO

1. INTRODUCCIN

2. DESCRIPCIN DEL PROCESO DE SOLDADURAAUTOMTICO CON ELECTRODO TUBULAR.3. VENTAJAS4. EQUIPOS REQUERIDOS5. TIPOS DE ELECTRODOS TUBULAR6. GASES PROTECTORES7. TIPOS DE JUNTAS8. CARACTERISTICAS Y TCNICAS DE SOLDADURA

BIBLIOGRAFIA

ANEXO 1. SOLDADURA AUTOMATICA SEGN API 1104VERSION 1988

ANEXO 2. PROCEMIENTO PARA SOLDAR OLEODUCTOSCON ELECTRODO TUBULAR NR-204 Y NR-207


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PREAMBULO

Dentro del desarrollo tecnolgico que se viene dando enColombia y al amparo de la apertura econmica respaldada en la

ley de Ciencias y Tecnologa, creo de vital importancia exponerel tema sobre procesos modernos de soldadura automtica ysemiautomtica. El pas tiene que hacer frente al comerciointernacional con productos de ptima calidad, empleando unmnimo tiempo de manufactura, presentando una calidadindiscutible con costos competitivos, esto se logra si nosfamiliarizamos con estos procesos de alta productividadindustrial, tales como arco Sumergido y Electrodo tubular.La apertura tambin tiene que ser mental y debemos prepararnos

para dar el cambio tecnolgico y este es el momento de iniciar elgran reto.

1.- Introduccin

Soldadura con electrodo tubular y ncleo de fuente, flux CoredArc Welding, FCAW, tambin conocido como Inershield oproceso de soldadura de acero abierto, es un procesosemiautomtico o automtico en donde el electrodo es tubular yel fundente forma el ncleo de este tipo de electrodo,convirtindose en auto protegido. Se puede enrollar para formarun electrodo continuo que avanza en forma mecnica hasta elarco elctrico. Este sistema semiautomtico se dispone enpistolas manuales y en el automtico, de mquinas especialesque mueven un cabezal soldador mecanizado o en otrosmontajes, avanza el trabajo que se va a unir . Se comenz aemplear a finales de la dcada de 1950.Se introdujo para salvarlas principales limitaciones de los electrodos revestidos , como elhecho que se debe interrumpir la soldadura para cambiar el

electrodo, lo cual ocasiona prdidas de tiempo y desperdicio dematerial en las colas del electrodo.

El fundente es similar al de la soldadura de arco elctrico yelectrodo manual revestido, porque solo depende de ladescomposicin de los compuestos del ncleo de fundente paragenerar el gas protector, elementos desoxidantes, escoria,elementos aleantes y mantenimiento del arco elctrico.Bsicamente no le hace falta ningn gas protector.Sin embargo hay una variable a este proceso y es con gasauxiliar, por lo general bixido de carbono, CO2, que se combinacon la atmsfera protectora del material del ncleo mediante un


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e2quipo especial que entrega el gas auxiliar a la pistola del portaelectrodo. Esta variable del proceso es parecida al de soldaduraMAG.

2. DESCRIPCION DEL PROCESO.

De hecho, un electrodo tubular es un electrodo manual a lainversa, esto es, los elementos constitutivos del fundente formanel ncleo del electrodo tubular y las paredes del tubo, la partemetlica pero en forma de alambre continuo.

En el proceso de soldadura de arco con electrodo tubular y

ncleo de fundente FCAW , el calor para producir la coalicin delos metales a unir es originada por un arco elctrico establecidoentre un alambre tubular consumible que acta como electrodo ylas piezas a soldar.

La proteccin del arco se puede obtener mediante cualquiera delos siguientes mtodos:

a) Por los gases producidos en la combustin ydescomposicin del fundente contenido interiormente en elalambre tubular y se le llama mtodo de autoproteccin.

b) Mediante el mecanismo descrito anteriormente ms un gasadicional de proteccin que usualmente es bixido decarbono, CO2, y se le llama mtodo protegido

Los electrodos tubulares permiten utilizar amperajes , ms altoscon resultados promedios de depsitos muy po encima del de loselectrodos convencionales. Estos promedios al igual que la

automatizacin, en la alimentacin del alambre tubular , laeliminacin de la prdida de los extremos y el no tener quecambiar electrodos frecuentemente, ha incrementado laproductividad en algunos casos en el 400 % y con una reduccinde 40 a 50 % en el costo de la soldadura.


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Fig.1 Proceso Auto protegido (arco abierto)

Fig. 2 Proceso protegido

3.- VENTAJAS

a). Eficiencia- Tasas rpidas de depsitos- Tasas altas de depsitos con arco auto protegido (abierto)- El electrodo tubular con una gran stick out o prolongacinelectrizada de mayor cantidad de material depositado.- Mayor cantidad de Kg/h que cuando se emplea alambreslido y gras protector.- Reduccin del tiempo de trabajo 40 a 1 comparado con elelectrodo manual, para espesor de 6 mm, un solo pase; seelimina remocin de escoria entre pases incrementando el factorde operacin.- Soldadura continua

- Llega hasta lugares inaccesibles para otros sistemassemiautomticos.


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Fig. 3. Comparacin de diferentes procesos de soldadura

b).- Homologacin.- Los electrodos tubulares ofrecen muchas de las propiedadesque mantienen la popularidad de los electrodos manuales talescomo la sencillez, adaptabilidad y uniformidad de soldadura.Se puede emplear para unir aceros al carbono, aceros bajantesaleados, aceros altamente aleados, para recubrimientos duros,

fundiciones.

c) Productividad- El proceso semiautomtico y automtico de soldadura ayudana ejecutar el trabajo mejor, ms rpido y con el menor esfuerzo.- Permite al operario colocar el metal de soldadura con presiny regular visualmente el arco para obtener una soldadura demxima calidad.- Para un electrodo tubular con mtodo auto protegido (arcoabierto), solamente se necesita una mquina estndar y unalimentador de alambre.- Comparacin del tiempo de soldadura para un turno de 8horas de trabajo:Soldadura Soldadura Soldadura FCAWManual MIG Auto protegido2.48 h 4.07 h 4.22 h

- El factor de operacin est entre un 60% y un 95 %- Funciona en todas las posiciones: planas, verticalascendente, vertical, descendente y sobre cabeza , horizontal.

- Se puede utilizar al aire libre y en sitios con corrientes deaire, sin necesidad de proteccin contra el viento, ya que este


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no elimina ni entorpece la autoproteccin del electrodo delelectro tubular.- Menor tiempo de limpieza- Mejorar la resistencia al agrietamiento en muchas

aplicaciones susceptibles a este problema.- Bajos condiciones normales , elimina el problema deabsorcin de humedad

d) Simplicidad

- La efectividad del soldador es incrementada muy cerca aldoble- No necesita de equipo especial

- No necesita de botellas de gas para arco abierto , ni lineas deconduccin ni calentadores- No presenta socavado- El encendido del arco es rpido y seguro, sin problemas depegarse- Buen control de la salpicadura- El equipo es tan fcil de manejo que no hay prdida detiempo en su preparacin, aumentando la productividad con unmnimo de entrenamiento para el operario.- Muchas veces pueden usarse los dispositivos existentes parala soldadura manual.- El equipo de alimentacin del alambre tubular es sencillo- No est complicado por sistema de alimentacin defundente- Las pistolas son livianas, flexible y fciles de manejar, por esoreduce al mnimo la fatiga del operario durante largasoperaciones de soldadura

e) Economa

- Con relacin al proceso MIG/MAG, se requiere menosprelimpieza y reduce la distorsin- Excelente contorno en soldadura en filete en presinhorizontal- Disco de juntas ms econmicas- Reduce los gastos de soldadura, porque las corriente msaltas de soldadura aumentan las tasas de metal de aporte y lavelocidad de avance- Disminuye los costos de capital- El costo de alambre es competitivo- La eficiencia y productividad son altas


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- El costo del metal depositado es bajo

Fig. 4 Costo de diferentes procesos

4.- EQUIPO REQUERIDO

Las fuentes de potencia recomendadas son generadores orectificadores elctricos de corriente directa (D.C) y voltajeconstante , con amperajes mximos de 650 amperios en un 100% de ciclo de trabajo para aplicaciones en procesos automticos.

El equipo de soldadura debe contener un alimentador de alambrey un cabezote de control el cual regula la velocidad de salida delalambre, el voltaje, y la corriente. La finalidad de este elementoes poder regular la salida del alambre en una forma continua yuniforme , dado que las variables elctricas son determinadas porla velocidad de alambre este control cambiar la corrienteautomticamente cuando, la velocidad sea cambiadamanteniendo el voltaje de arco constante. La velocidad delalambre puede ser gobernada por medios mecnicos oelectrnicos, actualmente el cabezote de control se puedeconseguir en la modalidad digital y control remoto.


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Fig. 5. Equipo para proceso de soldadura FCAW

Adicionalmente el equipo de soldadura deber constar con unapistola de soldadura la cual podr se manual para lasaplicaciones semiautomticas o fija para aplicacionessemiautomticas o fija para aplicaciones automticas. Como elproceso de soldadura en referencia cuenta con dos mtodos deproteccin existen a su vez dos tipos de

pistolas as: una para procesos auto protegidos, y otra paraprocesos con gas adicional de proteccin. Las hay de diferentesformas, ngulos, refrigeradas o sin refrigerar, y su seleccindepende de la aplicacin.

Fig. 6 Pistola para procesos semiautomtico FCAW autoprotegido.

Las pistolas compactas propuestas para empleo con alambrestubulares, caben en lugares donde no caben otras pistolas


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semiautomticas, o porta electrodos manuales con electrodoslargos.La alimentacin continua del alambre tubular resulta de lalubricacin especial del electrodo, la carencia de obstrucciones

de las pistolas causadas por las salpicaduras, y la capacidad delelectrodo tubular a resistir el aplastamiento bajo la presin altadel rodillo impulsor.

Fig. 7. Pistolas para electrodo tubular


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1. Bobina de alambre electrodo; 2. Gua del alambre; 3. Rodilloalimentador del alambre; 4. Rodillo de presin; 5. Boquilladirectora del alambre.

1. Rodillo alimentador con acanalado en forma de V para

alambres de acero.2. Rodillo alimentador de alambre con acanalado circularpara alambres de aluminio.

Fig. 8 Esquema de alimentacin del alambre

5.- TIPOS DE ELECTRODOS TUBULAR

El electrodo tubular se compone de un carapazn de acero alcarbono , acero inoxidable o acero bajante aleado que envuelveun ncleo de fundente, material de aleacin. Este ncleo contieneelementos variados tales como: aluminio pulverizado, calcio,carbono, cromo, hierro, potasio, silicio, etc, los cuales podrnaportar o no al metal soldado dependiendo si en fundente esneutro o activo.


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Adicionalmente algunos de estoas elementos no estarnpresentes si el alambre es para uso con proteccin adicional.

Fig. 9 Punta de pistola

COMPOSICIN QUIMICA DE LOS FUNDENTES

Materias primas Funcin principal Funcinsecundaria

MineralesOxido de hierro Agentes oxidantes fludifican y

dan basicidad a la escoria

Estabilizan el arco

Arena de rutilo (TiO2) Forma escoria. Estabiliza al arcoCuarzo (SiO2) Forma escoriaFundentesFluorita (F2 Ca) Fluldifica la escoria, le da

basicidad.Caoln(Al4(OH)8Si4O16)

Forma escoria Estabilizan el arco

Talco(Mg6(OH)2Si4O10)

Forma escoria Estabilizan el arco

Feldespato (K Al SiO2) Forma escoria Estabilizan el arcoAmianto Forma escoria Estabilizan el arcoSilicato de potacio Estabiliza el arco. Forma

escoria.AglomeraSilicatos de sodio Forma escoria. Aglomera Estabilizan el arcoCalcita (CO3Ca) Da proteccin gaseosa.

Estabiliza el arcoDa basicidad a lescoria.Agenteoxidante

Magnesita (CO3 Mg) Da proteccin gaseosa.

Estabiliza el arco

Da basicidad a l

escoriaDolomina (CO3)2CaMg

Da proteccin gaseosa Da basicidad a lescoria


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Materias orgnicasCelulosa Da proteccin gaseosa ReductorMetles

Ferromanganeso Forma escoria.Reductor Repone magnes

al baoPolvo de hierro Aumenta el rendimientoFerro aleaciones y no-ferrosos

Aportan elementos de aleacin

En la actualidad los alambres tubulares se fabrican en dimetrosdesde 0,045' hasta 5/32' siendo el ms popular el alambre de5/64' .Son suministrados en rollos continuos.

Fig. 10. Esquema : Diferentes formas de electrodos tubulares

ELECTRODESIZE

FLAT POSITION (1) HORIZONTALPOSITION (1)

VEERTICALPOSITION (1)

In. mm Ampere (2) Voltaje(3)DC EP

Amprere(2) Voltaje(3)DC EP Amprere(2)Voltaje(3)CD EP

0,045 1,2 150.225 22.27 150.225 22.26 125.200 22.251/16 1.6 175.300 24.29 170.25 25.28 150.200 24.275/64 2.0 200.400 25.30 200.375 26.30 175.225 25.293/32 2.4 300.500 2532 300.450 25.30 - -7/64 2.8 400.525 26.23 - - - -1/8 3.2 450.650 28.34 - - - -


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CONDICIONES DE SOLDADURA PARA DIFERENTESDIAMETROS DE ELECTRODOS TUBULARES

Los electrodos tubulares son clasificados por la AWS bajo las

siguientes especificaciones:AWS A5.20 Electrodos tubulares para aceros al carbono conncleo (corazn) de fundente.Se clasifican dependiendo de si son auto protegidos o conproteccin adicional, dependiendo de la composicin de suncleo y de su resistencia mnima a la tensin.

SISTEMA DE CLASIFICACINELECTRODOS CON CORAZON DE FUNDENTE

EJEMPLO E- 70T 1

ELECTRODO DE 70000 PSI PARA SOLDADURA EN POSICIONPLANA Y HORIZONTAL, ALAMBRE TUBULAR, CON CO-2 DEPROTECCION DCRP, MULTIPLES PASES.


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Table 1Chemical composition requeriments a,b

Chemical composition, percent.

AWSClasificationc

Carbon Phosphrus Sulfur Vana-dlumd

Silicon Nickeld Chro-mlumd

EXXT-1EXXT-4EXXT-5EXXT-6EXXT-6EXXT-7

EXXT-8EXXT-11EXXT-G

0,04 0,03 0,08 0,90

1.

0.50 0.20

EXXT-GSEXXT-2EXXT-3EXXT-10

Nochemicalrequiriments

a.b.c.d.e.


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TABLE 3Machanical property requiriments in the as-welded conditiona

AWSClasificationb

Tensile3/rengthKslMpa

YielstrengthcKsi Mla

Percentelongationln2 ln.(50mmc

V-notch impact

E6XT-1E6XT-4

62 42862 428

5043550 435

2222

20 ft-lb at 0o F (27 jat-18o C)No requeriments

E6XT-5E6XT-6

62 42862 428

50435

50 435

2222

20 ft-lb at-20F (27 j at-29oC20 f t-lb at-20F (27 j at- 29 o C

E6XT-7E6XT-8

62 42862 428

5043550 435

2222

No requeriment20 ft-lb at-20F (27 j at-29oC

E6XT-11E6XT-G

62 42862 428

5043550 435

2222

No requerimentNo requiriments

E6XT-GS 62 428 Norequeriments

No requiriments

E7XT-1E7XT-2

E7XT-3E7XT-4E7XT-5E7XT-6E7XT-7E7XT-8E7XT-10E7XT-11E7XT-GE7XT-GS

72497

724977249772497724977249772497

7249772497724977249772497

60414

Norequirements6041460414604146041460414

60414Norequirements6041460414

22

222222222222

222222

20 ft-lb at 0o F (27 jat-18o C)No requeriment

No requirimentsNo requiriments20 ft-lb at-20F (27 j at-29oC20 ft-lb at-20F (27 j at-29oCNo requiriments20 ft-lb at-20F (27 j at-29oCNo requerimentNo requirimentsNo requirimentsNo requiriments

TABLAE 7Shielding and polarity


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AWS Clasificatin Externalshieldingmedium

Current and polarity

EXXT-1 (Multiple-pass)EXXT-2(Single-pass)EXXT-3 (Single-pass)EXXT-4 (Multiple-pass)EXXT-5(Multiple-pass)EXXT-6(Multiple-pass)EXXT-7 (Multiple-pass)EXXT-8(Multiple-pass)EXXT-10(Single-pass)EXXT-11 (Multiple-pass)EXXT-G(Multiple-pass)EXXT-GS(Single-pass

CO2bCO

2b

NoneNoneCO2bNoneNoneNoneNoneNoneCC

De, electrode positiveDe, electrode positiveDe, electrode positiveDe, electrode positiveDe, electrode positiveDe, electrode positiveDe, electrode negativeDe, electrode negativeDe, electrode negativeDe, electrode negativeCC

R5 3.1 CLASIFICACION DE LOS ELECTRODOS t-1: Los electrodosdel grupo 1.1 estan clasificados con proteccin de gas CO 2 por estaclasificacin . Sin embargo , mezclas de gas argn

R 5.3.2 CLASIFICACIN DE ELECTRODOS T-2 Los electrodosde esta clasificacin son esencialmente electrodos T-1 conmenor manganeso, silicio o ambos y estn diseados

principalmente para soldadura de un solo paso , en posicinplana y para cordones horizontales, los mayores niveles dedesoxidandes en estos electrodos permiten soldaduras de unasola pasada sobre metales scalet or rimed. Esta especificacin noimpone requerimientos de composicin qumica para electrodosdesde un paso desde que al revisar la qumica del deposito nodiluido no se encuentre la qumica normal para dichos depsitos.La tcnica de dos carreras ( un paso de cada lado de las butt-welds) es equivalente a la aplicaciones de una sola pasada acausa de la disolucin del metal de soldadura similar obtenida.

Los electrodos T-2 que usan maganeso como principal elementodisociador dan buenas propiedades mecnicas tanto en lasaplicaciones de uno como de varios pasos . Sin embargo, elcontenido de magneso yn el esfuerzo de tensin van a sergrandes en las aplicaciones de mltiples pasadas. Estoselectrodos pueden ser utilizados para soldar materiales quetienen amplia aplicacin industrial, corrosin u otros materialesextraos en su superficie que pueden ser tolerados por algunoselectrodos de la clasificacin T-1 y an producir soldadura de

calidad radiogrfica. Las caractersticas del arco y ratas dedisposiciones son similares a las de los electrodos T-1.


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R5.3.3 CLASIFICACIN DE ELECTRODOS T-3 . Los electrodosde la clasificacin T-3 son autoprotegidos, se utilizan con cd depolaridad positiva y tienen una transferencia por rociado (spray).Los sistemas de escoria son diseados para entregar

caractersticas que hacen posible altas velocidades de soldadura.Estos se utilizan para hacer soldaduras de un paso en lasposiciones plana, horizontal e inclinadas (mayor a 20 o C )En lminas de metal de ms de 3/16 (4,8 mm) de espesor, nodeben ser utilizados para soldar.

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