soldadura

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I TECNOLOGIA DE LA SOLDADURA

GENERALIDADES: Esta separata sirve al participante para iniciar el estudio en el proceso de soldadura con electrodo revestido, además hace una descripción del proceso de soldadura oxigas. También continene algunos ejemplos sencillos de otros procesos de soldadura y un resumen genérico sobre la nomenclatura de aceros. OBJETIVOS: El participante tiene que disitinguir los diferentes tipos de unión, y debe saber las ventajas de la unión por soldadura en comparación a otros métodos de unión. Además debe tener el concepto claro sobre la calidad del depósito de soldadura. El participante debe conocer la diferencia de los procesos de soldadura por fusión y soldadura por presión, y debe reconocer los tipos de aplicación que tienen los procesos de soldadura oxigas y electrodo revestido. El participante debe conocer la clasificación de las posiciones de soldadura según el código AWS y la norma ISO. El participante debe tener nociones sobre la clasificación de los aceros según las normas SAE, ASTM, DIN e ISO, además debe distinguir la diferencia entre acero sin aleación, acero de baja aleación, y alta aleación. CONTENIDO: 1.- METODOS DE UNION.

2.- DEFINICION DE SOLDADURA SEGUN DIN 1910

3.- POSICIONES DE SOLDADURA

3.1.- SEGÚN AWS

3.2.- SEGUN ISO 6947

4.- SOLDADURA DE UNION Y SOLDADURA DE RECARGUE.

5.- SOLDADURA A GAS O AUTOGENA (G)

6.- SOLDADURA MANUAL CON ARCO VOLTAICO Y CON

ELECTRODO REVESTIDO (E)

7.- CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA

SEGUN DIN 1910

8.- CLASIFICACION BASICA DE LOS ACEROS.

ACEROS AL CARBONO

ACEROS DE BAJA ALEACION

ACEROS DE ALTA ALEACION

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1.- MÉTODOS DE UNIÓN

1.1.-Unión Empernada : Es una unión apropiada para hacer montaje en obra o para elementos que sean desmontables.

1.2.-Unión Remachada : Distorsión de fuerzas internas. Peligro de corrosión entre las superficies de traslape. Exceso de material en el traslape.

1.3.-Unión Pegada : (Adhesivo) Distorsión de fuerzas internas. Temperaturas de operación menor a 180ºC. Exceso de material en el traslape.

1.4.-Unión con Soldadura Blanda o Fuerte : (Estaño/Bronce) Distorsión de fuerzas internas. Temperatura de operación menor a 600ºC. Exceso de material en el traslape.

1.5.-Unión Soldada : No hay distorsión de las fuerzas de material al eliminar el traslape. La temperatura de operación puede llegar a más de 1200ºC (caso de los aceros refractarios).

Las ventajas de la unión soldada son válidas solamente cuando se puede garantizar la calidad del depósito de soldadura. Cualquier defecto como porosidad, socavaciones, falta de fusión, falta de penetración, o inclusiones de escoria perjudica a la resistencia de la unión.

Por eso es necesario que la soldadura sea ejecutada por personal entrenado y certificado,

además debe ser inspeccionada para garantizar el cumplimiento de las especificaciones e instrucciones dadas en los procedimeintos de soldadura (WPS).

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2.- SOLDADURA

2.1.- Definición Según la Norma DIN 1910

"Soldadura es la unión de dos metales con la aplicación de calor, o presión, o con la combinación de calor y presión, con o sin adición de material de aporte."

2.2.- Ejemplos de Soldadura por Fusión :

Soldadura oxigas

Soldadura con arco

2.3.- Ejemplo de soldadura por presión.

Soldadura por presión en frío

Ejemplo de soldadura por presión y calor. Soldadura por resistencia (por puntos) Electrodo de presión Material Electrodo fijo

2.4.- Soldadura de reborde, sin material de aporte.

El reborde se funde con soplete de soldadura oxigas o con antorcha TIG.

s

h

2s

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3.- POSICIONES DE SOLDADURA:

3.1.- Posiciones de soldadura según AWS. La norma AWS hace una diferencia entre posiciones de soldadura y posiciones de prueba, las posiciones de soldadura son: F = plana H = horizontal H-filete (H-fillet) = filete horizontal V-Descend. (V-down) = vertical descendente V = vertical OH = sobrecabeza

Las posiciones de prueba son las posiciones en las que se ejecuta el soldeo, haciendo la distinción entre empalmes a tope “G” (Groove) y en filete “F” (Fillet).

3.2.- Posiciones de Soldadura Según ISO – 6947 Son válidas tanto para planchas como para tubos según las condiciones de soldeo, por ejemplo la posición plana PA puede establecerse con un tubo en rotación. La posición de filete horizontal es equivalente a la posición PB y a la unión de un tubo vertical unido a una base. La posición transversal PC se presenta también para soldadura de unión a tope en tubos verticales. La posición de filete horizontal sobre cabeza es equivalente a la posición PD. Finalmente las posiciones vertical ascendente y descendente son válidas tanto en uniones a tope, como en filete, ya sea en ángulo exterior como en ángulo interior.

FILETE

JUNTAS A TOPE

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SIMBOLO ISO 6947 POSICION EQUIVALENTE

AWS (Test position) PA Plana 1G y 1F PB Filete horizontal 2F PC Horizontal 2G PD Filete sobrecabeza 4F PE Sobre cabeza 4G PF Vertical ascendente 3G y 3F ascendente PG Vertical descendente 3G y 3F descendente

H L 045º Vertical ascendente en tubo fijo eje a 45º 6G ascendente J L 045º Vertical descendente en tubo fijo eje a 45º 6G descendente

4.1. Diferencia Entre Soldadura De Unión y Soldadura de Recargue. 4.1. Soldadura de Unión :

En la soldadura de unión se requiere que el material en la costura obtenga casi las mismas cualidades del material base, esto es con respecto a la composición química, a las características mecánicas y físicas tales como tenacidad, resistencia a la tracción,

resistencia a la corrosión etc.

4.2. Soldadura de Recargue - Blindaje por Soldadura : En la soldadura de recargue se trata de obtener una cobertura de protección sobre el metal base, este blindaje deberá tener mayores

características mecánicas que el metal base; como por ejemplo resistencia al impacto, resistencia al desgaste, a la fricción, a la abrasión, a los medios corrosivos etc.

PG

PF

PA PB

PC

PD

PE

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5.- Soldadura Oxiacetilénica (G) 1. Oxígeno. 2. Acetileno. 3. Bloqueador de flama. 4. Manguera de oxígeno. 5. Manguera de acetileno. 6. Soplete. 7. Material de aporte. 8. Boquilla. 9. Material base. 10. Flama de la soldadura a gas. El oxígeno se suministra en botellas de acero a una presión de 200 bar (2800 Psi). El acetileno se suministra en botellas de acero con masa porosa y acetona a una presión de 19 bar (270 Psi). En ambos casos se usan reductores de presión mínima de trabajo de 0,75 bar para el oxígeno y 0,75 bar para acetileno cuando se usan sopletes de presión, en caso de usar sopletes de aspiración las presiones son 2,5 bar para el oxígeno y 0,5 bar para el acetileno. También se puede generar acetileno en un gasógeno haciendo reaccionar el carburo de calcio en agua. Tanto en botellas como en gasógenos, el acetileno precisa de los dispositivos de seguridad como válvulas antiretorno y bloqueadores de flama. APLICACIONES : Uniones soldadas en todas las posiciones, soldadura de recargue. Funcionamiento independiente de la corriente eléctrica. MATERIALES : Aceros al carbono, aceros de baja aleación, metales no ferrosos y fierro fundido. ESPESORES DE MATERIAL : Con soldadura hacia la izquierda hasta 3 mm de espesor. Para espesores mayores se puede soldar hacia la derecha. El proceso de soldadura oxigas fue descubierto el año 1838 por el artesano francés Desbassayns des Richemont, quien exprimentó el uso de una flama de hidrógeno con oxígeno en la soldadura de dos láminas de cobre. El año 1903 Fouché diseño un soplete para combinar acetileno y oxígeno. Este proceso sigue siendo ideal para trabajos de reparación, y mediante un diseño especial del soplete sirve en el proceso de corte térmico mas popular, conocido como oxicorte. Otros casos de aplicación de la flama oxigas son la soldadura blanda y fuerte, el enderezado por flama, los tratamiento térmicos, la eliminación de herrumbre de los aceros, la eliminación de capas de pintura en acero, en concreto y en pistas asfaltadas.

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6.-Soldadura Manual con Arco Voltaico y con Electrodo Revestido (E) 1. Conexión. 2 Fuente de poder. 3. Cable portaelectrodo. 4. Cable de grapa a tierra. 5. Portaelectrodo. 6. Electrodo revestido. 7. Grapa a tierra. 8. Material base. 9. Arco voltaico. 10. Núcleo del electrodo. 11. Revestimiento. 12. Metal en transferencia. 13. Escoria líquida y gases. 14. Escoria en solidificación. 15. Escoria solida. 16. Charco de metal. 17. Metal depositado. Para soldar con este proceso se puede usar corriente alterna o corriente continua, con polaridad directa o inversa. con bajo voltaje y alto amperaje. Sin embargo algunos tipos de electrodos requieren exclusivamente corriente continua para poder soldar con facilidad y fiabilidad, como es el caso de los electrodos con revestimiento básico. Aplicación: Uniones soldadas en todas las posiciones, soldadura de recargue.

Materiales: Aceros al carbono, aceros de baja aleación, aceros de alta aleación, metales no ferrosos, hierro fundido y acero fundido. Espesores de Material : Desde 3 mm a más. Para espesores menores se usan electrodos de baja penetración, de diámetros delgados y se emplean técnicas especiales de soldeo.

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7.- Clasificación de los Procesos de Soldadura Según DIN 1910

La norma DIN 1910 clasifica 113 procesos diferentes de soldadura, excluyendo a la soldadura blanda y/o fuerte porque en estos casos de soldadura por capilaridad el material base no alcanza el punto de fusión. Un resumen panorámico de esta clasificación es la siguiente :

Fuente de Energía

Procesos de Soldadura por Presión

Procesos de Soldadura por Fusión

Fricción Soldadura por Rozamiento Soldadura por Ultrasonido

Combustión Soldadura de Forja Soldadura por flama oxigas y Presión

Soldadura oxigas (Autógena).

Resistencia Eléctrica Soldadura por Puntos Soldadura con Rodillos-Electrodos Soldadura a Tope por Resistencia

Soldadura por Electroescoria

Arco Voltaico Soldadura de Espárragos por Descarga Eléctrica

Soldadura por Arco Voltaico Manual (E) Soldadura por Arco Abierto con Alambre Tubular (Open ARC) Soldadura por Arco Sumergido Soldadura de Metal en Gas Protector (MAG/MIG-MAG C) Soldadura por Electrogas Soldadura de Tungsteno en Gas Inerte (TIG) Soldadura de Tungsteno Plasma (TIG-PLASMA)

Metal líquido Soldadura por Colada Soldadura Aluminotermica

Rayos de Electrones

Soldadura por Haz de Electrones

Rayos de Luz

Soldadura por Rayos Laser

Es conveniente recordar que no existe proceso malo, solamente existen procesos mal seleccionados. Para lograr el nivel de calidad que la unión exige, es necesario tener en cuenta muchos factores como el tipo de metal base, la necesidad de hacer producción o de hacer reparación, la exigencia en cuanto a las propiedades mecánicas etc. Por ejemplo en trabajos de reparación de tubos de caldera puede ser muy útil el proceso oxigas, mientras que para trabajos en acero inoxidable en industrias alimentarias el proceso TIG es ideal. Para fabricar carrocerías o muebles metálicos son útiles los procesos MAG y por resistencia eléctrica.

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8.- Clasificación Básica de los Aceros: Acero es una aleación constituida por Hierro y Carbono. Adicionalmente se agregan otros elementos químicos que sirven para mejorar las propiedades mecánicas, para mejorar la soldabilidad, para elevar la resistencia a la corrosión o en algunos casos facilitar la labor de mecanizado.

8.1.- Aceros al Carbono :

En este tipo de aceros, el elemento que tiene mayor influencia sobre las propiedades físicas y mecánicas del material es el carbono, cuyo contenido puede variar desde 0,13% hasta 1,7%, teniéndose los siguientes grupos:

Acero de bajo carbono : 0,13% de C hasta 0,30% de C. Acero de mediano carbono : 0,30% a 0,45% de C. Aceros de alto carbono : 0,45% a 1,70% de C.

Con un mayor contenido de carbono se incrementan las siguientes propiedades:

- Resistencia a la tracción. - Dureza. - Templabilidad, Formación de Martensita. - Fragilidad.

Pero también se disminuyen las siguientes propiedades:

- Elongación. - Soldabilidad. - Ductibilidad

Un acero al carbono es soldable o tiene aptitud para la soldadura cuando el contenido de carbono es menor o igual a 0,22%.

C < 0,22 %

Las impurezas como azufre y fósforo deben ser menores a 0,05% en aceros estructurales, y menores a 0,035% en los aceros de grano fino.

8.2 Aceros de Baja Aleación :

Agregando otros elementos de aleación se pueden mejorar algunas propiedades de los aceros, como la resistencia a temperaturas de hasta 600ºC, dureza, resistencia al desgaste, etc. Algunos de estos elementos son; Cromo, Manganeso, Molibdemo, Vanadio, Silicio, Nickel y Aluminio. En este grupo, el contenido total de los elementos de aleación no es mayor a 5%.

8.3 Aceros de Alta Aleación :

Con mayores contenidos de los elementos de aleación y menores contenidos de carbono se elevan la resistencia a la corrosión y a temperaturas críticas, como los aceros austeníticos (inoxidables) que tienen alta resistencia a la corrosión y alta tenacidad a bajas temperaturas, los que son usados en la construcción de tanques criogénicos.

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EJEMPLOS SOBRE LA CLASIFICACION DE LOS ACEROS Existen varias normas para la clasificación de los aceros, en ellas se hace referencia de algunas propiedades o características de estos materiales, como la resistencia máxima a la rotura bajo esfuerzo de tracción, el contenido de carbono, o la composición química. Por ejemplo en la norma americana SAE (Society of Automotive Engineers).

SAE 10 20

10 - Acero al carbono 20 - 0,20 % de carbono

SAE 23 45

23 - 3 a 3,5 % de Nickel 45 - 0,45 % de carbono

Algunos de los tipos de aceros se distingen por las siguientes cifras: 10 Acero al carbono (Mn < 1.0%) 40 Acero al 0,5% de Molibdeno 11 Acero automático (aleación con Azufre) 41 0,5 a 0,95% Cr, 0,12 a 0,2% Mo. 12 Acero automático (Aleación con S y P) 43 1,8% Ni, 0,5 a 0,8% Cr, 0,25% Mo. 13 Acero al Manganeso (1,75% Mn) 46 1,55 a 1,8% Ni, 0,2 a 0,25% Mo. 15 Acero al carbono (Mn1,0 – 1,65%) 47 1,05% Ni, 0,45% Cr, 0,25% Mo. 23 Acero al Níquel (3,5% Ni) 48 3,5% Ni, 0,25% Mo. 25 Acero al Níquel (5,0% Ni) 50 0,28 a 0,4% Cr 31 1,25%Ni, 0,65 a 0,8%Cr 51 0,8 a 1,05% Cr 33 3,50%Ni, 1,55%Cr 52 1,0% C, 0,5 a 1,05% Cr

La Asociación Americana para Ensayos y Materiales ASTM (American Society for Testing and Materials) clasifica a varios materiales en varios volúmenes. Por ejemplo: Sección 1: Productos de hierro y acero. Volumen 01.01 Acero – tuberías, cañería. Volumen 01.02 Fundiciones ferrosas, Aleaciones ferrosas. Volumen 01.03 Acero – Planchas, Perfiles, Barras , Alambres Volumen 01.04 Acero – Estructural, Acero para concreto reforzado, Planchas para

Calderas En el Volumen 01.04 están las especificaciones para los aceros estructurales, sin embargo, no existe una relación directa de la nomenclatura con las propiedades del material, pero en algunos casos coincide la nomenclatura con alguna propiedad, lo recomendable es busacr la especificación del acero usando el volumen correspondiente del Standard ASTM. Algunos casos de especificación ASTM son: ASTM A 36 / A 36M – 94 Especificación para acero estructural (acero al carbono). ASTM A 131 / A 131M – 94 Especificación para acero estructural para barcos. ASTM A 202 / A 202M – 93 Especificación para planchas de calderas a presión. Acero aleado al Cromo – Manganeso – Silicio. ASTM A 204 / A 204M – 93 Especificación para planchas de calderas a presión. Acero aleado al Molibeno. ASTM A 242 / A 242M – 93 Especificación para acero de alta resistencia, baja aleación. ASTM A 387 / A 387M – 92 Especificación para planchas de calderas a presión. Acero aleado al Cromo – Molibdeno.

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También las normas alemanas DIN (Deutscher Institut für Normen - Instituto Alemán de Normalización) clasifican a los aceros : Aceros Sin Aleación: Según DIN 17 100 para aceros de calidad estándar para uso genérico (construcción estructural, aceros al carbono), edición de Enero de 1980.

St 37 --- Resistencia máxima 37 Kg/mm² St 52 --- Resistencia máxima 52 Kg/mm²

Según DIN 17 102 para aceros de grano fino o microaleados, edición de Octubre de 1983.

StE 255 --- Límite de fluencia 255 N/mm² StE 500 --- Límite de fluencia 500 N/mm²

Aceros De Baja Aleación: Según DIN 17 155 para aceros térmicos, resistentes al esfuerzo mecánico a temperaturas de hasta 500ºC, para construcción de calderas y tuberías de vapor, edición de Octubre de 1983.

15 Mo 3

0,12 a 0,20 % de carbono 0,25 a 0,35 de molibdemo

13 Cr Mo 4 4

0,08 a 0,18 % de carbono 0,70 a 1,10 % de cromo 0,40 a 0,60 de molibdemo

Las cifras correspondientes a los elementos de aleación se dividen con los factores de la siguente tabla para determinar el procentaje promedio del contenido en la aleación. ELEMENTO DE ALEACION DIVISOR PARA ACERO DE BAJA ALEACION Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4 Al, B, Be, Mo, Ta, Ti, V, Zr 10 P, S, N, C, Ce 100 Aceros De Alta Aleación: Según DIN 17440 para aceros de alta aleación, austeníticos, ferríticos y martensíticos. (Setiembre 1982).

X 2 CrNiNb 18 10

Acero de alta aleación 0,02 % de carbono 17 a 19 % de cromo 8,5 a 11,5 de níquel

Para esta clasificación la única cifra que se divide entre 100 es la que indica el contenido de carbono, las demás cifra indican directamente el porcentaje promedio del elemento de aleación.

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Según la norma europea EN 10025, “Productos laminados en caliente de aceros estructurales sin aleación”, edición del año 1991. Por ejemplo: Acero EN 10025 – S355 J2G3 C (DIN 17100: St 53-3) S355 --- Límite de Fluencia mínimo 355 N/mm² para espesores < 16 mm. J2G3 --- Cifra característica para el grupo de calidad en relación a la soldabilidad y los

valores de impacto. Estas cifras se detallan en la tabla siguiente. C --- Aptitud para doblado en frío. Clasificación de los grupos de calidad según EN 10025 Grupo de calidad JR JO J2G3 J2G4 K2G3 K2G4 Tratamiento Térmico Libre libre N libre N Libre Temperatura +20ºC 0ºC -20ºC -20ºC -20ºC -20ºC Trabajo de Impacto 27J 27J 27J 27J 40J 40J N = Normalizado o normalizado en laminación. Nomenclatura de los aceros según la norma EN 10027 parte 1, edición de setiembre 1992. Esta norma identifica a los aceros con letras y números en fución a sus propiedades y aplicaciones. Los símbolos principales denotan la aplicación del acero. Por ejemplo: S Acero para construcciones metálicas E Acero para construcción de máquinas P Acero para recipientes a presión B Acero para concreto reforzado L Acero para tuberías (pipeline) R Acero para rieles

Ejemplo: S 235 --- Acero estructural para construcciones metálicas. Límite de fluencia ReH > 235 N/mm² En resumen, la composición química de los aceros es un factor determinante en las propiedades mecánicas, físicas y metalúrgicas de cada material. En cuanto a la soldabilidad, existen aceros de muy buena soldabilidad y aceros de baja soldabilidad, por eso es necesario conocer el material base para decidir lo siguiente: - Si el material es apto para soldadura, o no es apto. - Si es necesario precalentar o no, y a qué temperatura. - El proceso de soldadura, el tipo de junta, el material de aporte, el procedimiento de

trabajo, etc. Para tener los mejores resultados en todo trabajo de soldadura, es necesario poner especial atención en la preparación de las juntas, o bien en el grado de limpieza de las superficies a soldar. Todo tipo de suciedad, impurezas, óxido, aceite, grasa, combustible, humedad, restos de escoria y/o soldadura defectuosa, producirá efectos negativos en el resultado de la soldadura a ejecutar. Cuando no hay buena limpieza de las superficies a soldar, el trabajo de soldadura es muy difícil, la penetración y el acabado de los cordones se afectarán negativamente, además la composición química se altera, en consecuencia las propiedades mecánicas de la costura se perderán. ¡ Una superficie bien preparada para todo trabajo de soldadura, debe estar exenta de todo tipo de suciedad o impureza, y tiene que mostrar el brillo característico de los metales ! ¡ La soldadura es la cirugía del metal !

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II ELECTRODOS REVESTIDOS PARA SOLDADURA MANUAL CON ARCO VOLTAICO GENERALIDADES: La selección de los electrodos para la especificación del procedimiento de soldadura (WPS) debe ser realizada únicamente por inspectores de soldadura o por ingenieros de soldadura. Sin embargo los soldadores deben tener las nociones mínimas para reconocer el producto que usan en cada trabajo de soldadura. Esta separata se limita a tratar la clasificación de electrodos estructurales, no es suficiente para tratar los electrodos especiales para aceros inoxidables, recubrimientos duros, metales no ferrosos, hierro fundido y electrodos de corte. OBJETIVOS: El participante debe conocer la clasificación de los electrodos estructurales en función al tipo de revestimiento, a las normas AWS 5.1 ; AWS 5.5 y EN 499. El participante debe reconocer las propiedades y características de los depósitos de los electrodos estructurales para identificar las aplicaciones genéricas de cada tipo de electrodo, así como las posiciones de soldeo para las que pueden ser aptos. El participante debe saber almacenar los electrodos básicos adecuadamente para evitar la absorción de humedad. CONTENIDO: 1.- TIPOS DE REVESTIMIENTO.

1.1.- POLARIDAD, CORRIENTE CONTINUA, Y CORRIENTE ALTERNA. 2.- FUNCIONES DEL REVESTIMIENTO DE LOS ELECTRODOS. 3.- RENDIMIENTO DE VARILLAS DE ELECTRODOS REVESTIDOS.

EN FUNCIÓN DEL PESO DEL NÚCLEO. 4.- ELECCION ELEMENTAL DEL ELECTRODO ADECUADO PARA CADA CASO. 5.- NORMAS AWS DE ELECTRODOS PARA ACEROS AL CARBONO Y ACEROS DE BAJA

ALEACION. 6.- CLASIFICACIÓN DE LA NORMA EN - 499, PARA ACEROS AL CARBONO Y ACEROS DE

GRANO FINO. 7.- REGULACION DEL AMPERAJE. 8.- VARIACIÓN DE LA TENSION DE TRABAJO CON LA LONGITUD DEL ARCO VOLTAICO. 9.- DEFECTOS Y SUS POSIBLES CAUSAS, EJEMPLOS REPRESENTADOS EN LOS

CORDONES EN ANGULO.

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1.- Tipos de Revestimiento. Los electrodos revestidos son varillas constituidas por un núcleo metálico y un revestimiento, la clase de revestimiento determina la calidad del metal depositado. Los tipos de revestimiento elementales son:

TIPO Componente principal

A ácido Oxido de silicio Si O2

B Básico Carbonato de calcio CaCO3

C celulósico Celulosa (C H O)

R rutílico Oxido de Titanio Ti O2

Existen combinaciones y en la mayoría de los casos estos elementos intervienen en distintas proporciones, así se obtiene también las siguientes mezclas.

RR Doble rutílico AR Acido rutílico R(C) Rutílico-celulósico B(R) Básico-rutílico. RR(B) Rutílico-básico.

Hay una clase especial de electrodos que tienen hierro en polvo incluido en el revestimiento, en realidad son electrodos de revestimiento rutílico o ácido rutílico con hierro en polvo que tienen un alto rendimiento. Por ejemplo el electrodo FERROCITO 24 ( AWS E 7024; o bien EN 499 E 38 O RR 73). Propiedades y características de los electrodos revestidos:

Propiedades de la escoria

Viscosidad Desprendimiento de escoria

Efecto metalúrgico

TIPO Tipo de transferencia

Propiedades mecánicas del metal depositado

Baja Casi por sí sola Acido, Merma.

A Gotas finas, Rocío (spray)

Regulares

Alta Bueno Básico, aporte.

B Gotas medianas a gotas gruesas

Excelentes

Media Ligeramente fácil Arco agresivo, Aporte.

C Gotas medianas, Globular.

Buenas

Media Bueno Arco suave, ácido, Merma ligera

R / RR Gotas finas a gotas medianas

Buenas

Los electrodos ácidos ya no son competitivos porque tienden a formar socavaciones y tienen bajas propiedades mecánicas debido al contenido de oxígeno en el metal depositado.

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1.1.- Polaridad, corriente contínua y corriente alterna. Algunos electrodos como los electrodos básicos, solamente se pueden soldar con corriente contínua y con polaridad invertida. la explicación es la siguiente; con la corriente alterna hay un punto de tensión y amperaje cero, donde el arco voltaico se apaga y se vuelve a encender, este fenómeno crea dificultades a los electrodos de difícil reencendido.

Polaridad invertida, para electrodos básicos. El cordón es abultado y tiene alta penetración.

Polaridad directa, apta para todo tipo de electrodos excepto para los electrodos básicos. El cordón es plano y con baja penetración

Gas ionizado

Un Periodo

1 Punto de extinción de arco.

2 Punto de extinción de arco.

∆t Tiempo de arco muerto. UZ Tensión de encendido

(+)

(-)

(-)

(+)

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2.- Funciones del Revestimiento de los Electrodos. 2.1. Ionización del Trecho del Arco Voltaico y Estabilización del Arco Voltaico.

2.2. Protección del Metal Depositado contra la Acción del Oxigeno y Nitrogeno

del Aire.

La protección producida por el revestimiento consiste en la formación de gases protectores y de escoria que actúan con reacciones metalúrgicas durante la fusión de la varilla-electrodo.

2.3. Compensación de Elementos de Aleación que se pierden al quemarse con el

Arco Voltaico. Según el tipo de revestimiento hay una merma o un aporte de elementos químicos en el metal depositado, con revestimiento básico se favorece el aporte.

2.4. Formar un Cono para dirigir el Metal Fundido: En el extremo del electrodo se forma un cono que actúa como un cañón o cráter, esto permite soldar en posiciones difíciles.

Electrodo desnudo

Arco inestable

Arco estable

Electrodo revestido

Electrodo desnudo

Campana de gas protector Escoria

Electrodo revestido

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2.5 Cuadro Sinoptico de algunos Materiales del Revestimiento.

MATERIAS PRIMAS FUNCION PRINCIPAL FUNCION SECUNDARIA MINERALES

Oxido de hierro Agente oxidante. Dá características de acidez al revestimiento

Estabiliza el arco

Rutilo (TiO2) Forma escoria - Estabiliza el arco -- Cuarzo (SiO2) Forma escoria -- FUNDENTES Fluorita Fluidifica escoria - Da basicidad -- Caolín Forma escoria Estabiliza el arco. Da

resistencia al revestimiento Talco Forma escoria Feldespato Forma escoria Amianto Forma escoria-Da resistencia al

revestimiento

Silicato de potasio Estabiliza arco - Forma escoria - Aglomera

--

Silicato de sodio Forma escoria – Aglomerante Estabiliza el arco Calcita (CO3Ca) Da protección gaseosa. Estabiliza

el arco Da basicidad a la escoria. Agente oxidante

Magnesita (CO3Mg) Da protección gaseosa-Estabiliza el arco

Da basicidad a la escoria

Dolomita (CO3)2Mg Da protección gaseosa Da basicidad a la escoria MATERIAS ORGANICAS Celulosa Da protección gaseosa Reductor - Da resistencia al

revestimiento METALES Ferromanganeso Forma escoria – Reductor Agrega Mn al charco de

fusión Polvo de hierro Aumenta el rendimiento -- Ferroaleaciones y elementos no ferrosos

Aportan elementos de aleación --

Algunas de estas sustancias también tienen efecto en el comportamiento del arco, y en la resistividad para soportar mayor intensidad de corriente. Es importante que el revestimiento no se queme fácilmente para poder soldar con mas intensidad para lograr asegurar una buena penetración o una buena dilución. Cuando los electrodos no tiene esta capacidad es fácil producir depósitos con falta de fusión. También la tensión del arco en relación a la polaridad se puede variar con algunas sustancias, por ejemplo la Fluorita (espato de flúor) eleva a 37,5 Voltios la tensión cuando el electrodo está al negativo (polaridad directa), pero se reduce a 27,8 Voltios cuando se trabaja con polaridad invertida. Por esta razón los electrodos básicos se pueden soldar con mayor estabilidad de arco conectándolos al polo positivo.

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3.- Rendimiento de Varillas de Electrodos Revestidos: En Función del Peso del Núcleo

OVERCORD S FERROCITO 27 4 mm X 350 mm 4 mm x 350 mm

Peso del material depositado Rendimiento % = x 100

Peso del núcleo de varilla fundido EJEMPLO: Rendimiento de OVERCORD S Rendimiento de FERROCITO 27 (40 / 40 ) x 100 = 100% ( 70 / 40 ) x 100 = 175% Tiempo de fusión 70 s. 70 s Longitud del cordón depositado:

Peso del núcleo de la varilla 40 g Revestimiento sin hierro en polvo

Peso del núcleo de la varilla 40 g Revestimiento con hierro en polvo (p.e. 30g)

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4. Elección elemental del electrodo adecuado a cada caso. Elementos de construcción Condición a cumplir Tipo de electrodo

Costura a tope y de filete con tubos electrosoldados de chapa delgada, en posiciones forzadas.

RUTILICOS SERIE OVERCORD OVERCORD M Ø 2.5 mm OVERCORD S Ø 2.5 mm

Costura de filete (a = 5mm) en planchas largas, fabricación de vigas, posición plana u horizontal. PA y PB

HIERRO EN POLVO SERIE FERROCITO FERROCITO 24 Ø 4 mm FERROCITO 27 Ø 4 mm

Costura en doble V en barras de tracción con gran espesor de material en posición plana PA

BASICOS SUPERCITO Ø 3,25 mm TENACITO 80 Ø 3,25 mm

Costura de filete en repisas de plancha de 10 mm. de espesor en posiciones forzadas

CELULOSICOS CONVENCIONALES Y/O RUTILICOS O BASICOS

Costura 1 Costura 2

Costura a tope en tuberías, especialmente para oleoductos y gasoductos (pipelines) en posiciones forzadas.

COSTURA 1 (API 1104) CELULOSICOS ESPECIALES COSTURA 2 (ASME IX) CELULOSICOS CONVENCIONALES Y/O BASICOS.

Los electrodos deben seleccionarse cuidadosamente en función al tipo de acero que se tiene que soldar. Las recomendaciones dadas por el fabricante son importantes para decidir las posibilidades de aplicación, las limitaciones y los cuidados que se deben tener.

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5.- Norma AWS de Electrodos para Aceros al Carbono y Aceros de Baja Aleación.

Tomando como ejemplo los electrodos E 6011 (CELLOCORD AP), E 7010 (CELLOCORD 70), E 7018 (SUPERCITO) y E 11018 (TENACITO 110), podemos Interpretar la Norma, guiándonos por las Tablas Nº 1 y 2.

5.1. Interpretación de la Norma

a) La letra E designa el producto: Electrodo para soldadura eléctrica manual. b) Los primeros 2 dígitos - en número de 4 dígitos - o 3 dígitos - en un número de 5

dígitos - señalan la resistencia mínima a la tracción, sin tratamiento térmico post soldadura:

E 60XX 62,000 lbs.pulg² mínimo E 70XX 72,000 lbs.pulg² mínimo E 110XX 110,000 lbs.pulg² mínimo

c) El último dígito, íntimamente relacionado con el penúltimo, es indicativo del tipo

de corriente eléctrica y polaridad en la que mejor trabaja el electrodo e identifica a su vez el tipo de revestimiento, el que es calificado según el mayor porcentaje de materia prima contenida en el revestimiento; por ejemplo el electrodo E - 6010 tiene un alto contenido de celulosa en el revestimiento aproximadamente un 30% o más; por ello es que a este electrodo se le clasifica como un electrodo de tipo celulósico. Similar clasificación se da en los otros electrodos.

d) El tercer dígito indica la posición en la que se puede soldar satisfactoriamente con un electrodo. Por ejemplo, el número 1 en el electrodo E 6011 significa que el electrodo es apto para soldar en toda posición (plana, vertical, sobrecabeza y horizontal). El número 4 en un electrodo E 7048 indica que el electrodo es conveniente para posición plana y también para posición vertical descendente.

R.T.80,000lllbs/pulg²

Electrodo Toda Posición 0.5% Mo

Tipo de Corriente y Revestimiento

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5.2.- Tipo Corriente y Revestimiento Según Norma Resumen de la tabla 1 de la Norma AWS A5.1 - 91 Clasifi-cación AWS

Tipo de Revestimiento

Posición de soldeo según AWS

Corriente eléctrica

E 6010 E 6011

Alta celulosa, sodio Alta celulosa, potasio

F,V,OH,H CC(+) CA o CC(+)

E 6012 E 6013

Alto titanio, sodio Alto titanio, potasio

F,V,OH,H CA, CC(-) CA, CC(+) o CC(-)

E 6020 alto óxido de hierro H-fillete

F CA, CC(-) CA, CC(+) o CC(-)

E 7014 E 7015

hierro en polvo, titanio bajo hidrógeno, sodio

F,V,OH,H CA, CC(+) o CC(-) CC(+)

E 7016 E 7018

bajo hidrógeno, potasio bajo hidrógeno, potasio, hierro en polvo.

F,V,OH,H CA o CC(+) CA o CC(+)

E 7018M E 7024

bajo hidrógeno, hierro en polvo hierro en polvo, titanio

F,V,OH,H H-filete, F

CC(+) CA, CC(+) o CC(-)

E 7027 alto óxido de hierro, hierro en polvo H-fillete

F CA, CC(-) CA, CC(+) o CC(-)

E 7028 bajo hidrógeno, potasio, hierro en polvo.

H-fillete, F CA o CC(+)

E 7048 bajo hidrógeno, potasio hierro en polvo.

F,V,OH,H, V-Descen.

CA o CC(+)

Según las normas AWS las posiciones de soldeo son: F = plana; H = horizontal; H-filete = filete horizontal; V-Descend. (V-down) = vertical descendente; V = vertical; OH = sobrecabeza.

Las Normas AWS A5.1 y AWS A5.5 señala otras propiedades de estos electrodos, especialmente en cuanto a características físicas y a la composición química, que deben tener los depósitos de soldadura efectuados con estos electrodos.

El sufijo (ejemplo EXXXX A1) indica el porcentaje aproximado de aleación en el depósito de soldadura:

A1 0.5% Mo B1 0.5% Cr, 0.5% Mo B2 1.25% Cr, 0.5% Mo B3 2.25% Cr, 1.0% Mo B4 2.0% Cr, 0.5% Mo B5 0.5% Cr, 1.0% Mo C1 2.5% Ni C2 3.25% Ni C3 1.0% Ni, 0.35% Mo, 015% Cr D1 y D2 0.25-0.45% Mo, 1.75% Mn * G 0.5% mín. Ni; 0,3% mín. Cr; 0.2% mín. Mo; 0.1% mín. V;

1.0% mín. Mn. * (Solamente se requiere un elemento de esta serie para alcanzar la clasificación G.)

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6.- Clasificación de la Norma Europea EN 499 para Aceros al Carbono y Aceros de Grano Fino.

EN 499 Edición de Enero de 1992

Clasificación de Electrodos Revestidos para Soldadura con arco Voltaico de Aceros al Carbono y Aceros de Grano Fino. Esta norma ha sido aprobada por el Comite Europeo de Normas - CEN y está vigente en 16 países de Europa. Se fundamenta en la anterior Norma DIN 1913 que fué editada en Junio de 1984, pero es superior a esta antigua Norma, porque es sucinta y clara para dar una especificación detallada de los electrodos revestidos. NOMENCLATURA INTEGRAL PARA UN ELECTRODO: NOMENCLATURA REFERENCIAL

E 46 6 1Ni B 3 2 H10

Símbolo de Electrodo Revestido

Máximo contenido de Hidrógeno en ml/100 g de soldadura fundida o depositada = 5 ml/ 100 g (Ver tabla 7)

Limite mínimo de fluencia = 460 N/mm2 (ver tabla 1)

Posición de Soldadura 2 = Toda posición menos Vertical descendente (ver tabla 6)

Resiliencia mínima 47 Joul a – 60º C (ver tabla 2)

RReennddiimmiieennttoo yy ppoollaarriiddaadd 110055 aa 112255 %% CCoorrrriieennttee CCoonnttiinnuuaa ((++)) óó CC..AA.. ((vveerr ttaabbllaa 55))

CCoommppoossiicciióónn QQuuíímmiiccaa MMnn >> 11,,44 %% NNii == 00,,66 aa 11,,22 %% ((vveerr ttaabbllaa 33))

Tipo de revestimiento B = Revestimiento Básico. (ver tabla 4)

El electrodo de este ejemplo es el equivalente al E 8018-G de la norma AWS 5.5. En el catálogo de OERLIKON equivalente al producto TENACITO 80 La norma europea es muy clara y precisa, en una sola línea especifica las propiedades mecánicas, la composición química, el tipo de revestimiento, la polaridad, la aptitud para soldar en diferentes posiciones, y la cantidad máxima permisible de hidrógeno difundido en el metal depositado. Las tablas que se dán a continuación describen cada especificación en forma detallada.

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Tabla 1.- Número Característico

Limite de fluencia mínima 1) N/mm2

Resistencia

N/mm2

Elongación Mínima A5 %

35 355 440 a 570 22

38 380 470 a 600 20

42 420 500 a 640 20

46 460 530 a 680 20

50 500 560 a 720 18 1) Como límite de fluencia se toma el límite de fluencia inferior REL. Si no exhibe

un limite de fluencia definida, se toma el esfuerzo al 0.2 % de la deformación permanente Límite de deformación RP 0,2

La nomenclatura se basa en las propiedades de resistencia y elongación del depósito del metal aportado, por lo tanto es reglamentada por los ensayos mecánicos de tracción e impacto. Tabla 2.-

Letra característica / cifra característica

Resiliencia mínima 47 Joul para ºC

Z Ninguna exigencia

A + 20

0 0

2 - 20

3 - 30

4 - 40

5 - 50

6 - 60 El valor de resilencia mínima correspondiente a la Letra característica o cifra característica, es el valor promedio del ensayo de 3 probetas ISO-V, con solamente un valor menor a 47 J. pero mayor a 32 J. Cuando el valor de impacto del depósito de soldadura es 47 Joul o mayor para una determinada temperatura, entonces es válido para temperatura mayor a la exigida en la tabla 2. Es importante observar este valor de impacto especialmente en condiciones climáticas severas, por ejemplo en las estructuras de puentes en los andes a mas de 3,500 metros sobre el nivel del mar, porque en algunas horas de la madrugada la temperatura suele estar por debajo de cero grados centígrados. Algunos elementos de aleación como el manganeso y el níquel elevan el valor de impacto a baja temperatura.

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Tabla 3.- Símbolo de Aleación

Composición Química 1) %

Mn Mo Ni

Ningún Símbolo 2,0 - -

Mo 1,4 0,3 a 0,6 -

Mn Mo > 1,4 a 2,0 0,3 a 0,6 -

1Ni 1,4 - 0,6 a 1,2

2Ni 1,4 - 1,8 a 2,6

3 Ni 1,4 - 2,6 a 3,8

Min 1 Ni > 1,4 a 2,0 - 0,6 a 1,2

1 Ni Mo 1,4 0,3 a 0,6 0,6 a 1,2

Z Toda otra composición preestablecida.

1) En caso no determinado: Mo < 0,2; Ni < 0,3; Cr < 0,2; V < 0,08; Nb < 0,05; Cu < 0,3 Los valores únicos son valores máximos.

Tabla 4.-

SIMBOLO TIPO DE REVESTIMIENTO

A C

Revestimiento ácido Revestimiento celulósico

R RR RC RA RB

Rutílico Rutílico (Grueso)1) Rutil - Celulósico Rutil - Ácido Rutil – Básico

B Revestimiento Básico

1) Relación del diámetro del revestimiento entre el diámetro del núcleo ≥ 1,6

Los electrodos básicos son adecuados para soldar en todas las posiciones, excepto en vertical descendente. Los electrodos básicos especiales para este caso (Cifra 5 de la Tabla 6) disponen de una composición especial en el revestimiento. Los electrodos que son aptos para soldar en posición vertical descendente son los celulósicos, porque la acción del chorro de gases con alta velocidad, los que se forman al quemarse la celulosa, mantienen la escoria flotando en la parte superior del charco de fusión, evitando que la escoria se acumule debajo del charco de fusión. Otros tipos de electrodos tienen escoria viscosa y no tienen suficiente fuerza de gases con alta velocidad para mantener la escoria en la parte superior, al soldarlos en posición vertical descendente se pierde el control y el cordón depositado presenta inclusiones de escoria.

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Tabla 5.-

Cifra característica Rendimiento % Tipo de corriente 1)

1 2

< 105 < 105

Alterna y Contínua + Contínua

3 4

>105 125 >105 125


5 6

>125 160 >125 160


7 8

>160 >160


1) Para verificar la aptitud para corriente alterna, las pruebas tienen que efectuarse con una tensión de vacío máxima de 65 v.

Tabla 6.-

Cifra característica Posición de soldadura

1 Toda Posición

2 Toda Posición excepto vertical descendente

3 Costuras a tope en posición plana Costuras de filete en posición plana y horizontal.

4 Costuras a tope y en filete en posición plana

5 Para vertical descendente y como la cifra característica 3

Tabla 7.-

Símbolo Contenido máximo de Hidrógeno difundido en ml/100g de metal depositado

H 5 5

H10 10

H15 15 La difusión de hidrógeno se debe a la presencia de humedad en el metal base o en el revestimiento de los electrodos, por eso es que los electrodos básicos son horneados hasta 400ºC en su fabricación, para eliminar todo vestigio de agua que podría permanecer aún en forma de cristales en electrodos secados a 100ºC. La humedad del revestimiento del electrodo E 7018 en un envase hermético de fábrica es de 0.4% Cuando el producto es expuesto al medio ambiente el revestimiento absorbe agua y eleva este porcentaje considerablemente solo en unas horas. Por eso se recomienda almacenar los electrodos básicos en hornos o en termos para evitar la absorción de humedad.

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7.- Regulación de Amperaje:

SUPERCITO Clase de corriente Identificación normalizada E-7018 Clase de corriente Corriente continua (+) y corriente alterna (~) Intensidad de corriente: de 90 hasta 160 A

(Por ejemplo: continua o alterna) Polaridad Invertida (electrodo conectado en el polo positivo)

20 kilos ø 3,25 mm Intensidad de corriente (de 90 hasta 160 A)

Intensidad de corriente normal ( I = valor medio de la zona de intensidad de corriente) ejemplo: 90 + 160 = 250 = 125 A 2 2

(90 A) (125ª) (160 A) Limite Valor Limite Inferior normal lsuperior

Plana (Raíz) filete vertical ascendente horizontal sobre cabeza

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8.- Variación de la Tensión de Trabajo con la Longitud del Arco Voltaico.

En el momento de soldar, la longitud del arco voltaico varía debido al consumo del electrodo, y a las irregularidades de la superficie del material que se está soldando. Por eso es necesario que el soldador tenga un buen pulso para dirigir uniformemente el electrodo, conservando una longitud del arco casi constante.

Arco normal Con electrodos de revestimiento de rutilo, la longitud del arco es aproximadamente igual al diámetro del núcleo del electrodo

La tensión promedio es 25 V.

Arco largo Produce mucho calor. El metal se contamina. Origina porosidad en el depósito de soldadura. Origina socavaiones. Se pierde el control del arco. Mayor cantidad de salpicaduras.

La tensión promedio es mayor a 30 V.

Arco corto Produce poco calor. El arco es estable, se controla con mayor facilidad. El metal tiene mayor protección. No se originan poros ni socavaciones.

La tensión promedio es menor a 24 V.

Especialmente con los electrodos básicos es necesario soldar con arco corto para evitar la formación de poros. Los electrodos rutílicos y celulósicos se pueden soldar con una altura de arco no mayor al diámetro del núcleo, pero los mejores resultados se obtienen también con un arco corto. En los electrodos de revestimiento grueso como es el caso de los electrodos de hierro en polvo, la altura de arco se puede mantener fácilmente apoyando el electrodo suavemente sobre el borde del mismo revestimiento en la orilla del cañón, a esto se denomima soldadura por arrastre. El soldador debe mantener siempre un arco corto para lograr los depósitos con mejor aspecto superficial, con menores defectos y con mejores propiedades mecánicas.

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9.- Defectos y sus Posibles Causas, Ejemplos Representados en los Cordones en Angulo

Ranura de penetración

• por una alta intensidad de corriente para soldar • por una posición empinada del electrodo • por un arco voltaico largo

Inclusiones de escoria

• por una baja intensidad de corriente para soldar • por una alta velocidad en la soldadura • al soldar sobre restos de escoria en cordones de

soldadura de varias capas

Inclusiones de gas (poros)

• en superficies sucias de las piezas (óxido, grasa, materias de revestimiento)

• por un arco voltaico largo • al no secarse suficientemente los electrodos de

revestimiento básico

Cráter final

• por un alejamiento rápido del electrodo del baño de fusión, especialmente en altas intensidades de corriente para soldar

• peligro de grietas de contracción

Grietas en la transición del cordón de soldadura

• en material no apto para soldarse • por un enfriamiento rápido después de soldar

(enfriamiento brusco, temple rápido)

Defecto en la raíz de un cordón de soldadura

• penetración de escoria en la zona de la raíz por grandes distancias entre las superficies frontales de las piezas

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