METALURGIA DE LA SOLDADURA

Propiedades de los metales de importancia para el soldador

Propiedades físicasResistencia

Resistencia, o resistencia mecánica, es la capacidad de un metal para oponerse a su destrucción bajo la acción de cargas externas. El valor de la resistencia indica la fuerza que se requiere para vencer los ligamentos que mantienen unidas las moléculas que forman las estructuras de los cristales. Las fuerzas externas que se pueden presentar en los metales son las de compresión, tensión, torsión, corte o cizalleo y flexión.

ElasticidadEs la capacidad de un metal de volver a su forma original cuando se suprime la fuerza que lo estira, tuerce o aplaste. DuctilidadUn material dúctil es aquel que puede deformarse permanentemente sin romperse o sin fallar.

FragilidadLa fragilidad es la propiedad contraria a la ductilidad. Los materiales frágiles son substancias que fallan sin deformación permanente apreciable. Una substancia frágil tiene también baja resistencia al choque o al impacto, o sea, a la aplicación rápida de fuerzas. Un ejemplo de metal frágil es la fundición blanca ordinaria de hierro.

TenacidadEs la propiedad de un metal que le permite soportar esfuerzo considerable, aplicado lenta o súbitamente, en forma continuada o intermitente, y deformarse antes de fallar. La prueba que se usa con más frecuencia para determinar la tenacidad de los metales es la prueba de impacto.

DurezaLa dureza es una propiedad con la que debe estar

perfectamente familiarizado el soldador. El calor de la soldadura puede cambiar la dureza de los metales que se estén soldando, o el resultado final puede ser una diferencia en dureza entre el metal de soldadura depositado y el metal base. La dureza es la capacidad que tiene un metal para resistir la indentación o la penetración.

Propiedades químicasDe las muchas propiedades químicas de un metal, la de importancia para el soldador es la capacidad de metal para resistir la corrosión.

CorrosiónEs la pérdida paulatina de los metales por combinación lenta y gradual con otros elementos y compuestos químicos. La resistencia a la corrosión es la capacidad de un metal para resistir tal ataque. El ataque químico puede ser producido por un gas o un líquido, ya sea en caliente o en frio. Un gas común, o una combinación d gases, como el aire, o un líquido común, como el agua, pueden hacer que los metales se destruyan por corrosión.

Propiedades eléctricasLas propiedades eléctricas de un metal, de interés para el soldador, son la resistividad eléctrica del metal y, por consiguiente, su conductividad eléctrica. Resistencia eléctricaLa resistencia eléctrica es la “fricción” que encuentra una corriente eléctrica cuando pasa por un material. A medida que aumenta la resistencia ofrecida por un material, se requiere un voltaje más elevado para forzar una corriente dada (en amperes) a pasar por el metal. Por tanto, en la soldadura por puntos, el mal conductor requiere menos corriente que el buen conductor.

Propiedades térmicas

Las propiedades térmicas de importancia para el soldador son la conductividad térmica, el coeficiente de dilatación térmica, la fusibilidad, y el calor de fusión.

Conductividad térmicaLa conductividad térmica es una medida de la rapidez a la

que fluye el calor por el interior de un material. Se expresa frecuentemente en Btu( unidades térmicas británicas).

Dilatación térmicaEs el aumento en las dimensiones de un cuerpo debidas a un cambio de su temperatura.

FusibilidadEs una medida de la facilidad de fusión. Calor de fusiónEs la cantidad de energía necesaria para cambiar un material de sólido a líquido.

Aspectos metalúrgicos de la soldadura

Los aspectos metalúrgicos de lo que tiene lugar en la zona de soldadura durante el enfriamiento difieren algo de los que se observan durante el enfriamiento de una pieza fundida.

En la soldadura, el metal fundido se solidifica en cuestión de segundos. La cantidad d metal rara vez excede de una pulgada cúbica. La fuente de calor y el pocillo de material fundido tienen una temperatura considerablemente más elevada que en los hornos de fusión. Como resultado del enfriamiento rápido del pocillo de soldadura, las reacciones químicas que se inician en el metal fundido y en la escoria no tienen tiempo para completarse.

Diagrama d zona afectada por el calor (HAZ)

Diagrama d zona afectada por el calor (HAZ)

Adyacente a la soldadura se encuentra una zona de fusión incompleta (1) en la que el metal se calienta hasta una temperatura elevada y se forman granos gruesos. Al alejarse de la soldadura (2), la temperatura y la magnitud del sobrecalentamiento, y por tanto también el tamaño del grano. En el campo de normalización (3) el grano es fino, ya que el tiempo de calentamiento no es lo suficientemente largo para que se produzca entrecrecimiento entre los granos austeníticos, y el enfriamiento subsecuente expulsa los granos finos de perlita y ferrita.

Diagrama d zona afectada por el calor (HAZ)

El campo de normalización va seguido por una zona de recristalización incompleta (4), en que los granos de perlita se descomponen en granos aún más finos. La zona recristalización (5) se caracteriza por la recuperación de los granos deformados por rodado. Las alteraciones estructurales que ocurren en el área afectada por el calor varían generalmente con el contenido de carbono y de elementos de aleación en un acero.

Metalurgia de la soldadura

Clasificación de los procesos de soldadura

INTRODUCCIÓN A LA SOLDABILIDAD

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIÓN

El acero

El acero es básicamente una aleación de hierro, carbono y otros elementos; el carbono es uno de sus principales elementos químicos, que influye considerablemente sobre sus propiedades y características. La soldabilidad de los aceros depende en alto grado del porcentaje de carbono que contengan. A mayor cantidad de carbono presente en la aleación se dificulta la soldadura, y a menor carbono aumenta la soldabilidad del material.

Clasificación de los aceros

• Aceros al carbono• Aceros aleados

Aceros al carbonoSon denominados simplemente aceros al carbono, cuando no se especifican ni se garantizan otros elementos aleantes que pudieran contener. Estos aceros obtienen sus propiedades específicamente de su contenido de carbono.

Se clasifican, según el porcentaje de carbono, en:

Aceros de bajo carbono: Son todos los tipos de acero que contienen entre 0,05 y 0,30% de carbono. En nuestro medio son conocidos como aceros dulces o simplemente como fierro dulce o fierro.Aceros de mediano carbono: Son todos los tipos de acero que contienen entre el 0,30 - 0,45% de carbono.

Aceros al carbono

Aceros de alto carbono: Son todos los tipos de acero que poseen entre 0,45 y 0,90% de carbono.

Aceros de herramientas: Son los aceros que poseen entre el 0,90 y el 1,50% de carbono; generalmente ya contienen otros elementos de aleación, que les proporcionan o mejoran sus propiedades.

Aceros aleados

Con este nombre son conocidos todos los aceros que, además de contener un determinado porcentaje de carbono, silicio, manganeso, azufre, fósforo, fierro, tienen otros elementos que hacen que el acero adquiera propiedades y características que comúnmente no poseen los aceros ordinarios al carbono.

Se clasifican en dos grupos:

• Aceros de baja aleación• Aceros de alta aleación

Aceros de baja aleación

Aceros de baja aleación: Son todos los aceros, cuya suma total de elementos de aleación no sobre-pasan el 10%, siendo hierro el restante. Algunos de estos aceros son: acero naval, Cor-Ten, T-1, C1320, 3120, E2517, etc.

Aceros de alta aleación: Son todos los aceros, cuya suma total de elementos de aleación sobrepasa el 10%, llegando en algunos casos hasta porcentajes superiores al 40%; tal es el caso de los aceros inoxidables.

Soldabilidad de los aceros de bajo contenido de carbono

Estos aceros pueden soldarse con cualquiera de los procesos conocidos.

Todos los aceros de bajo carbono son soldables con arco eléctrico.

Si el contenido de carbono es demasiado bajo, no resulta conveniente

aplicar soldadura de alta velocidad (<0,13% C y <0,30% de Mn) (“porosidad

interna”).

Se recomienda una buena fijación de la pieza, superficies limpias, etc.

En espesores < 25 mm no se requiere precalentamiento, solo en climas

frios se debe llevar la plancha a una temperatura entre 25-30º C.

Planchas gruesas y cuando la temperatura es inferior a 0o C, precalentar a

75º C

Soldabilidad de los aceros de mediano y alto contenido de carbono

Debido a su contenido de carbono (0,30 a 0,45%), se endurecen fácilmente al enfriarse.

Al soldar estos aceros se puede observar, que un enfriamiento súbito de la plancha caliente puede dar origen a una zona muy dura y quebradiza en la región de la soldadura.

Para evitar el efecto anterior es necesario uniformizar el calentamiento de la plancha y retardar la velocidad de enfriamiento mediante el precalentamiento y postcalentamiento de la misma.

Al estar caliente toda la plancha o pieza, se evita quelas zonas frías absorban violentamente el calor de la zona soldada, enfriándola rápidamente y, en consecuencia, produciendo zonas duras y quebradizas.

Temperaturas de precalentamiento

PostcalentamientoEs un tratamiento, que consiste en aplicar calor a las piezas después de haber sido soldadas.

Este tratamiento puede tener varios fines, como son:

Regeneración de grano, Afinamiento de grano, Alivio de tensiones, etc.

Como la temperatura del postcalentamiento está en función del espesor de la plancha, diseño de la junta, dimensión de la pieza y porcentaje de carbono, es conveniente tomar como temperatura referencial los 650ºC.

Soldabilidad de los aceros de baja aleación

Los aceros con el más bajo contenido de carbono de

este grupo pueden ser soldados generalmente con los

procedimientos estándar, con bastante facilidad, pero

es regla el precalentamiento, con precauciones

especiales en aceros con más de 0,25% de carbono.

SOLDADURA A GAS (Oxicombustible)

Equipo para Soldadura y Corte Oxigas

Ventajas y Aplicaciones del Proceso

El proceso oxigas posee las siguientes ventajas: el equipo es portátil, económico y puede ser utilizado en toda posición.

El proceso oxigas es normalmente usado para soldar metales de hasta 1/4" de espesor. Se puede utilizar también para soldar metales de mayor espesor, pero ello no es recomendable.

Su mayor aplicación en la industria se encuentra en el campo de mantención, reparación, soldadura de cañerías de diámetro pequeño y manufacturas livianas.

También puede ser usado como fuente de energía calórica, para calentar, doblar, forjar, endurecer, etc.

Ajuste de llama

Selección de la Boquilla

En la selección de la boquilla influyen los siguientes factores:

1. Tipo de material a soldar

2. Espesor del material

3. Tipo de unión (Tope, filete, biselada, etc.)

Varillas para Soldadura OxigasEl tamaño de varilla adecuada debe ser determinado por:

• El tipo de unión de soldadura• El espesor del material• La cantidad de aporte requerido

RG-65Las varillas de uso común son de las de la clase RG-65 y RG-45. El código indica lo siguiente:

Varilla desnuda

Soldadura a gas

65.000 psi Resist. tracción

PRÁCTICAS SEGURAS• NADIE DEBE INTENTAR operar cualquier equipo de gas oxicombustible si no está

capacitado en su uso correcto o trabaja bajo supervisión competente.

• EI oxígeno por sí solo no arde ni explota, pero si sustenta la combustión. El oxígeno a alta presión puede reaccionar violentamente con aceites, grasas u otros materiales combustibles.

• Los cilindros de oxigeno nunca deben almacenarse cerca de materiales muy combustibles.

• Nunca debe usarse oxígeno para operar herramientas neumáticas, arrancar motores de combustión interna, purgar tuberías, quitar el polvo a la ropa y demás usos potencialmente peligrosos.

• El acetileno es un gas combustible y arde con facilidad; por tanto, debe mantenerse alejado de todas las flamas abiertas.

• Los cilindros de acetileno siempre deben protegerse contra temperaturas elevada.

PRÁCTICAS SEGURAS• Los cilindros deben almacenarse y usarse con el extremo de la válvula hacia arriba.

• El acetileno en contacto con cobre, mercurio o plata puede formar acetiluros, sobre todo si hay impurezas presentes. Estos compuestos son muy explosivos y pueden detonarse con un choque ligero o por aplicación de calor.

• Los cilindros pueden ser un peligro importante si se vuelcan, y hay que tomar medidas para minimizar esta posibilidad.

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