Proceso FCAWProceso FCAW Alambre tubular con ncleo de

fundente.- El arco se forma entre un electrodo con forma

tubular, que es consumible y se alimentacontinuamente y la pieza de trabajo.

Alambre tubularAlambre tubular Los alambres tubulares estn formados

por:- Forro metlico.- Ncleo:

Fundente.Elementos de aleacin.Formadores de escoria.

SOLIDOSOLIDO TUBULARTUBULAR

2211

FabricacinFabricacinFlejeFleje metlicometlico

A A trefiladotrefilado

PolvosPolvos del del ncleoncleo

RodillosRodillos de de cerradocerrado

RodillosRodillos de de conformadoconformadoForma U Forma U

TolvaTolva

CadaCada de de fundentefundente

Alambres tubularesAlambres tubulares El forro tiene la funcin de contener el

fundente del ncleo y conducir lacorriente elctrica.

Los elementos formadores del ncleotienen las siguientes funciones:- Formar una capa de escoria que proteja

al depsito durante la solidificacin.

Alambres tubularesAlambres tubulares- Proporcionar elementos desoxidantes y

refinadores para incrementar las propiedadesmecnicas del depsito.

- Proporcionar elementos estabilizadores de arcoque incrementen su suavidad y reduzcan lasalpicadura.

- Adicionar elementos de aleacin queincrementen la resistencia del depsito ymejoren otra propiedad especfica.

- Producir la atmsfera de gas que proteja alarco, la transferencia de metal y la zona demetal lquido (slo autoprotegidos).

Tipos de alambres tubularesTipos de alambres tubulares Con proteccin de gas.

- Requieren de un gas de proteccin que es suministradoexternamente.

Auto-protegidos.- En el ncleo se encuentran elementos que al

descomponerse qumicamente producen una atmsferarica en CO2 y CO.

Depsitosolidificado

Escorialquida

Depsito lquido

Escoriasolidificada

Gas de proteccin

Punta de contacto(conductora de

corriente)

Boquilla Tobera Electrodo

Tubular conProteccin de Gas

Polvos metlicos,fundentes y materialesformadores de escoria

Arco y metaltransferido

Polvos metlicos,materiales formadores de

vapor, desoxidantes yrefinadores

Punta de contacto(conductora de corriente)

Gas de proteccin,formado de los

materiales del ncleoArco y metal transferido

Depsitosolidificado

Depsitolquido

Escoria lquidaEscoria

solidificada

Electrodo Tubular Autoprotegido

Caractersticas principalesCaractersticas principales Alta productividad debido a la alimentacin

continua de alambre. Beneficios metalrgicos derivados de la

presencia de fundente. La formacin de escoria soporta y conforma

el perfil de los cordones de soldadura.

AplicacionesAplicaciones Estructuras.

- La aplicacin de mayor volumen deconsumo del proceso.

- Trabajo de taller y de ereccin deedificios.

- Gran cantidad de uniones, tipo filete,de un paso.

AplicacionesAplicaciones Astilleros.

- Gran variedad de materiales y espesores.- Facilidad de empleo en fuera de posicin.

AplicacionesAplicaciones Tubera industrial.

- En ocasiones se emplea para depositar el pasode relleno.

- Ms fcil de aplicar que el alambre slido.- Mejores propiedades mecnicas.- Reduccin de defectos como porosidades.

AplicacionesAplicaciones Ferrocarriles.

- Se emplea en grandes cordones donde el usodel arco sumergido es imprctico.

- Se aplica sobre placas oxidadas.

AplicacionesAplicaciones Equipo pesado.

- Grandes espesores de placa.- Grandes cordones en filetes se pueden aplicar

en un solo paso.- La facilidad de remocin de escoria reduce el

tiempo de limpieza.

Mantenimiento y reparacin.

AplicacionesAplicaciones Transportacin.

- Popular debido a la alta productividad endiversos espesores.

- Cordones de gran longitud.- Facilidad de mecanizacin.- Menos sensible a un pobre ajuste de la junta.

Equipo necesarioEquipo necesario Fuente de poder. Sistema de alimentacin de alambre. Fuente de gas de proteccin y sistema de

regulacin de gas. Antorcha. Pinza de tierra. Cables de conexin.

Fuente de poderFuente de poder Proporciona la energa elctrica con las

caractersticas adecuadas paraestablecer y mantener el arco.

Fuente de poderFuente de poder Las ms populares son las de corriente

directa voltaje constante (CV). Se recomienda que la capacidad sea de 300

A mnimo y un ciclo de trabajo 100%. Debe ser capaz de incrementos unitarios de

voltaje.

AlimentadoresAlimentadores Tienen la funcin de proporcionar una

alimentacin continua y uniforme dealambre a una velocidad previamenteseleccionada.

AlimentadoresAlimentadores Se prefieren los de velocidad constante en

conjunto con las mquinas CV. La velocidad de alimentacin de alambre

determina el amperaje aplicado al electrodo. Es preferido el uso de rodillos (estriados)

moleteados.

AntorchaAntorcha Tiene la funcin de conducir la

corriente elctrica, el gas de protecciny el electrodo.

AntorchaAntorcha Se recomienda una capacidad mnima

de 400 A. Existen modelos enfriados por aire y

por agua. Lo que busca un operador es la fcil

manipulacin, comodidad, poco peso ydurabilidad.

Gas de proteccinGas de proteccin Puede ser suministrado a partir de cilindros

o tubera proveniente de un manifold.- Se emplean reguladores flujmetros para ajustar el

volumen de gas necesario para una adecuadaproteccin.

- Es importante que el regulador flujmetro tenga lacapacidad suficiente para manejar el gasto requerido.

Cables y pinza de tierraCables y pinza de tierraA Longitud de cable en el circuito -

A.W.G. 60 100 150 200 300 400

100 4 4 4 2 1 1/0 150 2 2 2 1 2/0 3/0 200 2 2 1 1/0 3/0 4/0 250 2 2 1/0 2/0 300 1 1 2/0 3/0 350 1/0 1/0 3/0 4/0 400 1/0 1/0 3/0 450 2/0 2/0 4/0 500 2/0 2/0 4/0 400 4/0 4/0 800 4/0 (2) 4/0 (2) 1200 4/0 (3) 4/0 (3)

Operacin automtica (100% Ciclo de trabajo)

PolaridadPolaridad Determina el sentido de flujo del fluido

elctrico.- La mayora de los alambres protegidos por gas

emplean DCEP (Invertida o DC+), produce unamejor penetracin.

- La polaridad directa (DCEN o DC-) se utilizacon algunos alambres autoprotegidos.

AmperajeAmperaje La cantidad de corriente aplicada a un

electrodo es proporcional a la velocidad dealambre seleccionada.

Determina la tasa de depsito, lapenetracin, el tamao y la forma delcordn.

AmperajeAmperaje Un alto amperaje produce una alta

penetracin y un cordn de perflde gran convexidad.

Una insuficiente cantidad dealambre produce una transferenciaglobular con excesiva salpicadura ypobre penetracin.

WFS vs. corriente WFS vs. corriente (E71T-1M)(E71T-1M)

0

200

400

600

800

125 175 225 275 325 400Corriente (A)

Vel.

de A

lam

bre

(ipm

) 0.035 0.045

0.0520.062

VoltajeVoltaje Determina la longitud de arco. Est en

funcin del amperaje deseado. Para un valor de corrriente determinado,

produce el mejor arco. Afecta principalmente la altura del refuerzo

de soldadura y el ancho del cordn.

Relacin V-ARelacin V-A

20

23

26

29

32

200 225 250 300 350 400Corriente (A)

Volta

je (V

)

75% 75% ArAr - 25% CO - 25% CO22

100% CO2100% CO2

Velocidad de avanceVelocidad de avance Est controlada por el operador y determina

en gran medida el tamao del cordn desoldadura.

Afecta la penetracin y la forma del cordn. Determina la cantidad de calor suministrado

a la pieza de trabajo:

Q = A * V / TSQ es calor.A es Amperaje.V es Voltaje.TS es velocidad de avance.

A BoquillaA BoquillaB Punta de contactoB Punta de contactoC SO visibleC SO visibleD Stickout elctricoE Distancia punta de contacto-TrabajoE Distancia punta de contacto-TrabajoF Longitud de ArcoF Longitud de Arco

Stickout elctricoStickout elctrico

Stickout elctricoStickout elctrico El stickout elctrico determinael calentamiento por resistenciadel electrodo.- Vara el amperaje de soldadura (CV).- Afecta el desempeo del electrodo.- Puede producir discontinuidades.

E70T-1MJ H8E70T-1MJ H8E70T-1MJ H8Clasificacin de electrodosClasificacin de electrodos (AWS A5.20-95)(AWS A5.20-95)

EE Electrodo.77 Resistencia a la tensin (psi/10, 000).00 Posicin.TT Tubular.11 Desempeo y uso.MM Mezcla de gas.JJ Resistencia al impacto 20 ft/lb @ - 40 oF.H8H8 Nivel de hidrgeno.

Propiedades mecnicasPropiedades mecnicas

Valores mnimos

AWS Resistencia a la Tensin (ksi)

Lmite de Cedencia

(ksi) % Elongacin

en 2 Resistencia al

impacto ft-lbs @ oF

E7XT-1 60 22 20 @ 0 E7XT-2 --- --- --- E7XT-3 --- --- --- E7XT-4 60 22 --- E7XT-5 60 22 20 @ -20 E7XT-6 60 22 20 @ -20 E7XT-7 60 22 --- E7XT-8 60 22 20 @ -20 E7XT-10 --- --- --- E7XT-11 60 22 --- E7XT-G 60 22 --- E7XT-GS

72

--- --- ---

Desempeo y usoDesempeo y uso

AWS Corriente de soldadura Gas de

proteccin Nmero de pasos

E7XT-1 DCEP CO2 Mltiples E7XT-2 DCEP CO2 1 E7XT-3 DCEP --- 1 E7XT-4 DCEP --- Mltiples E7XT-5 DCEP CO2 Mltiples E7XT-6 DCEP --- Mltiples E7XT-7 DCEN --- Mltiples E7XT-8 DCEN --- Mltiples E7XT-10 DCEN --- 1 E7XT-11 DCEN --- Mltiples E7XT-G a a Mltiples E7XT-GS a a 1 a. Informacin proporcionada por el fabricante

Posiciones y nivel de hidrgenoPosiciones y nivel de hidrgeno Posiciones.

0 Plano y horizontal.1 Todas posiciones.

Nivel de hidrgeno.- H4 menos de 4 ml/100 gr.- H8 menos de 8 ml/100 gr.

Gases Gases comunmentecomunmente empleados empleados Bixido de Carbono (CO2).

- Menor costo.- Alta profundidad de penetracin.- Produce una transferencia globular, aunque

con algunas formulaciones la transferenciapuede ser tipo spray axial.

- Tendencia a oxidar los metales presentes en elarco.

Gases Gases comunmentecomunmente empleados empleados Mezclas de Argn y CO2.

- 75-25 y 80-20 son las ms empleadas, no serecomienda mayor contenido de argn ya quese pierde la capa de escoria.

- Incrementan la eficiencia de los desoxidantesdel fundente.

- Se obtiene mayor resistencia a la tensin ylmite de cedencia que con CO2.

- Para soldar fuera de posicin, es ms cmodopara el soldador.

Electrodos Electrodos TriTri--MarkMark para posiciones plana y para posiciones plana yhorizontalhorizontal

Nombre AWS Gas s Caractersticas

TM-11 E70T-1 100% CO2 1//16 5/64 3/32

1. Propsitos generales 2. Mejor desempeo a altos amperajes 3. Buena geometra del cordn de soldadura

TM-72 E70T-1 100% CO2 1//16 5/64 3/32

1. La escoria solidifica con mayor rapidez que el TM-11

2. Excelente estabilidad de arco 3. Fcil remocin de escoria, aun en ranuras

profundas 4. Menor salpicadura que el TM-11, especialmente

en el rango bajo

TM-RX7 E70T-1 100% CO2 1//16 5/64 3/32 1/8

1. Buen desempeo sobre todo el rango de amperaje

2. Mayor desoxidacin que lo usual, mejor desempeo sobre placa sucia u oxidada

3. Excelente configuracin del cordn en filetes horizontales

4. Sobresaliente E70T-1 para propsitos generales

5. Se debe tener cuidado al soldar sobre secciones de gran espesor que requieran de mltiples pasos

Electrodos Electrodos TriTri--MarkMark para todas posiciones para todas posicionesNombre AWS Gas s Caractersticas

TRIPLE 7 E71T-1 H8 E71T-1M H8 100% CO2 75/25 Ar-CO2

0.045 0.052 1/16

1. Excelente soldabilidad con ambos gases 2. Escoria de rpida solidificacin que permite

utilizar altos amperajes para mayor depsito y obtener cordones planos en fuera de posicin.

3. Escoria de fcil remocin, aun en ranuras profundas

4. Mnima salpicadura.

TM-771 E71T-1 E71T-12 H8 100% CO2

0.045 0.052 1/16

1. Excelentes valores de impacto CVN. 2. El hidrgeno difusible cumple con los requisitos

militares de 5 ml/100 gr. 3. Extremadamente baja produccin de humos y

salpicadura 4. NO DEBE USARSE CON MEZCLAS DE GAS

TM-770 E71T-1M E71T-1MJ H8 E71T-12MJ H8

75/25 Ar-CO2 85/15 Ar-CO2

0.035 0.045 0.052 1/16

1. Bajo nivel de salpicadura con virtualmente falta de generacin de humos.

2. Buenas propiedades de impacto CVN a temperaturas bajo cero

3. Cumple con especificaciones militares para propiedades mecnicas y niveles de hidrgeno difusible.

4. NO DEBE USARSE CON CO2 PURO.

Ventajas del procesoVentajas del proceso Produce uniones de alta calidad a bajo

costo y menor esfuerzo que el procesoSMAW.

Es ms indulgente que el procesoGMAW.

Ms flexible que el proceso de arcosumergido.- Depsitos de soldadura de excelente calidad.- Cordones tersos y uniformes, excelente

apariencia.

Ventajas del procesoVentajas del proceso Excelente contorno de cordones de filete

horizontal. En algunos aceros se puede soldar sobre

un amplio rango de espesores. Elevado factor de operacin. Alta tasa de depsito. Relativamente alta eficiencia del electrodo.

Tasa de depsito E71T-1Tasa de depsito E71T-1

0

3

6

9

12

125 150 200 225 250 275Corriente (A)

T de

D (l

b/hr

)

Posicin VerticalPosicin Vertical

0.0350.035

0.0450.045

0.0520.052

1/161/16

Tasa de depsito E70T-1Tasa de depsito E70T-1

05

1015202530

100 250 375 450 750Corriente (A)

T de

D (l

b/hr

)

0.0520.052

1/161/16

5/645/64

3/323/321/81/8

Ventajas del procesoVentajas del proceso Se requiere menor limpieza inicial que con

proceso GMAW. Se reduce la distorsin en relacin con el proceso

SMAW. Se puede aplicar sobre juntas de preparacin

econmica. Arco visible, fcil de usar. Alta tolerancia a contaminantes que pueden

causar agrietamiento. Alta resitencia al agrietamiento bajo el cordn.

Limitaciones del procesoLimitaciones del proceso Hasta la fecha, est limitado a materiales ferrosos

y base nquel. Produce una capa de escoria que debe ser

removida. En base peso, los electrodos tubulares son ms

costosos que los slidos. El equipo es ms costoso y complicado que el de

proceso SMAW; sin embargo, el incremento en laproductividad lo compensa.

La proteccin del gas puede afectarse por lascorrientes de aire.

Calidad de soldaduraCalidad de soldaduraProblemas comunesProblemas comunes Inclusiones de

escoria

Porosidad

Fusinincompleta

Escoria del cordn anteriorVelocidad de avance errticaAngulo de avance inadecuado

Flujo de gas insuficiente oinadecuadoRfagas de viento que eliminan laproteccin de gasCorriente, voltaje y ESO excesivos

Velocidad de avance muy altaInsuficiente amperaje de soldadura

Calidad de soldaduraCalidad de soldaduraProblemas comunesProblemas comunes Socavado

Porosidad deagujero degusano

Excesivo amperaje de soldaduraVoltaje demasiado altoVelocidad de avance alta

Causado por humedad o azufre enel aceroLimpiar la superficie de la juntaPrecalentar para eliminar lahumedad

Estimacin de costosEstimacin de costos

CostosCostos de soldadurade soldaduraMano de obraMano de obraIndirectosIndirectosMaterialesMateriales

ElectrodosElectrodosGas de proteccinGas de proteccinElectricidadElectricidadAccesoriosAccesorios

Indirectos.- Incluyen gastos como: administrativos,

servicios, depreciacin, mantenimiento deinstalaciones e impuestos.

Estimacin de costosEstimacin de costos Factor de operacin.

- Es el porcentaje de tiempo efectivo de arco sobre eltiempo total de una operacin de fabricacin.

Velocidad de avance.- La rapidez de desplazamiento a lo largo de una junta

que permite aplicar un cordn con las dimensionesrequeridas.

Factor de operacin tpico

GMAW 40 - 65%

FCAW 40 - 50%

SAW 60 - 80%

SMAW 25 - 35%

Estimacin de costosEstimacin de costos Tasa de depsito.

- Es la cantidad de metal del electrodo que pasaa formar parte del depsito por unidad detiempo.

0

6

12

18

24

100 200 275 450Corriente (A)

T de

D (l

b/hr

)

0.045 Plano0.045 Plano

1/16 Plano1/16 Plano

E71T-1E71T-1

Estimacin de costosEstimacin de costosTA = tiempo de arco [=] hr/ft

TA = WD/DRWD = peso del depsito por unidad de longitud[=] lb/ftDR = Tasa de depsito [=] lb/hr

TAT = tiempo total de arco [=] hr/ftTAT = TA/OF

OF = Factor de operacin del proceso [=] %

Estimacin de costosEstimacin de costosMO&I = Costo de mano de obra e

indirectos [=] $/ft MO&I = ($MO + $I) * TAT$MO = Salario del operador [=] $/hr$I = Gastos indirectos[=] $/hr

CG = Costo del gas de proteccin [=] $/ft CG = $G*FG*TAT

$G = Precio del gas de proteccin [=] $/ft3

FG = Flujo de gas de proteccin [=] ft3/hr

Estimacin de costosEstimacin de costosCE = Costo del electrodo [=] $/ft

CE = (WD*$E)/EfE$E = Precio del electrodo [=] $/lbEfE = Eficiencia del electrodo[=] %

Eficiencias tpicas dediferentes electrodos

GMAW 92 - 97%

FCAW 80 - 90%

SAW 98 - 100%

SMAW 60 - 70%

Estimacin de costosEstimacin de costosCEE = Costo de energa elctrica [=]

$/ft CEE = (A*V*$EE*TAT)/EfFP

A = Amperaje de soldadura [=] AV = Voltaje de arco[=] V$EE = Precio de la electricidad [=] $/Kw-hrEfFP = Eficiencia de la fuente de poder [=] %

Estimacin de costosEstimacin de costos

Proceso Mtodo de aplicacin Tipo de electrodo

SMAW Manual E7024

FCAW-GS Semiautomtico

E70T-1 Dimetro del electrodo Corriente de soldadura (A) Voltaje de soldadura (V)

1/4 360 35

3/32 500 31

Velocidad de alimentacin de alambre (ipm) Gas de proteccin Flujo de gas (ft3/hr) Tasa de depsito (lb/hr)

--- --- ---

12.19

240 100% CO2

35 19.70

WD = 0.514 WD = 0.514 lblb//ftftFilete de 1/2 de piernaFilete de 1/2 de pierna

Ejemplo - continuacinEjemplo - continuacinVelocidad de avance (ipm) 4.76 7.69 Tiempo de arco (hr/ft) 0.042 0.026 Tiempo total de arco (hr/ft) 0.12 0.058 Mano de obra e indirectos ($/hr) 40.0 40.0 Factor de operacin (%) 35 45 Peso del metal depositado (lb/ft) 0.514 Precio del electrodo ($/lb) 0.906 1.121 Eficiencia del electrodo (%/100) 70.8 90 Costo del electrodo ($/ft) 0.658 0.640 Precio del gas ($/ft3) --- 0.05 Costo del gas ($/ft) --- 0.102 Precio de la energa elctrica ($/Kw-hr) 0.08 Eficiencia de la fuente de poder (%) 67 80 Costo de la energa elctrica ($/ft) 0.086 0.044 Costo de la mano de obra e indirectos ($/ft)

1.68 1.04

Costo de materiales y energa ($/ft) 0.744 0.786 Costo total ($/ft) 2.424 1.826 Ahorros ($/ft) 0.598

Proceso FCAWAlambre tubularFabricacinAlambres tubularesAlambres tubularesTipos de alambres tubularesCaractersticas principalesAplicacionesAplicacionesAplicacionesAplicacionesAplicacionesAplicacionesEquipo necesarioFuente de poderFuente de poderAlimentadoresAlimentadoresAntorchaAntorchaGas de proteccinCables y pinza de tierraPolaridadAmperajeAmperajeWFS vs. corriente (E71T-1M)VoltajeRelacin V-AVelocidad de avanceStickout elctricoStickout elctricoClasificacin de electrodos (AWS A5.20-95)Propiedades mecnicasDesempeo y usoPosiciones y nivel de hidrgenoGases comunmente empleadosGases comunmente empleadosElectrodos Tri-Mark para posiciones plana y horizontalElectrodos Tri-Mark para todas posicionesVentajas del procesoVentajas del procesoTasa de depsito E71T-1Tasa de depsito E70T-1Ventajas del procesoLimitaciones del procesoCalidad de soldaduraProblemas comunesCalidad de soldaduraProblemas comunesEstimacin de costosEstimacin de costosEstimacin de costosEstimacin de costosEstimacin de costosEstimacin de costosEstimacin de costosEstimacin de costosEjemplo - continuacin