Procesos de Fabricación I

Procesos de Fabricación I. Guía 6, 7, 8
Procesos de
Fabricación I
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Procesos de Fabricación I. Guía 6, 7, 8
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Facultad: Ingeniería
Escuela: Ingeniería Mecánica
Asignatura: Procesos de Fabricación 1
Tema: Soldadura eléctrica con electrodo revestido (SMAW)
Objetivo
El alumno (a) al terminar la sesión tendrá la capacidad de:
Definir el concepto de soldadura Eléctrica con electrodo revestido
sin equivocarse.
Listar al menos cinco diferentes tipos de materiales de aporte
utilizados en soldadura eléctrica en no más de dos minutos.
Utilizar el equipo de soldadura eléctrica para hacer puntos de
soldadura en platina de acero teniendo en cuenta las normas de
seguridad.
Identificar los posibles riesgos en un proceso de soldadura
eléctrica aplicando las normas de seguridad con precisión.
Contenido
Introducción Teórica.
Por soldadura se entiende como la unión fija de piezas metálicas,
realizada con o sin fusión de los bordes a unir, utilizando un metal de
aportación o sin el. Tenemos, pues, que los elementos clave de una
operación de soldadura son: las piezas a soldar, el calor, y el metal
de aportación o varilla, si el proceso es con material de aporte. La
energía calorífica necesaria para calentar o fundir los bordes, procede
de la combustión de gases, de la red de energía eléctrica o de otro
medio. Como su nombre lo indica utiliza la corriente eléctrica como
fuente de calor para fundir o calentar los bordes a unir y el material
de aportación.
1. PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD
La soldadura eléctrica o de arco es el método más común para unir
metales; este método consiste en la aplicación de suficiente presión
eléctrica a un electrodo para mantener un flujo de corriente (arco)
entre el electrodo y la pieza que se suelda. En este proceso la energía
eléctrica se convierte en energía calorífica que puede alcanzar una
temperatura de 4000ºC aproximadamente, la cual
funde el metal,
produciendo así la unión. El electrodo (conductor) puede ser fundido y
agregado al metal base o puede permanecer en su estado sólido. Toda la
soldadura de arco utiliza la transferencia de energía eléctrica a
energía calorífica; por lo que para comprender este principio, es
necesario un conocimiento básico de electricidad y de las fuentes de
poder utilizadas para soldar.
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Los tres principios básicos
1)
Existen dos tipos
la carga positiva.
2)
Cargas diferentes
3)
Las cargas pueden
de la electricidad estática son:
de cargas eléctricas, la carga negativa y
se atraen y cargas iguales se repelan.
transferirse de un lugar a otro.
2. LEY DE OHM (Ω
Ω)
Resistencia es un principio básico para la teoría eléctrica, y para
entender este principio debe comprenderse la Ley de Ohm que establece lo
siguiente: En cualquier circuito eléctrico el flujo de corriente en
amperios es directamente proporcional al voltaje aplicado al circuito e
inversamente proporcional a la resistencia del circuito. “Directamente
proporcional” simplemente significa que aún cuando el voltaje y el
amperaje pueden variar, la relación entre uno y otro no cambiará, por
ejemplo: Si tenemos un circuito de un voltio y tres amperios, se dice que
la relación es de uno a tres; ahora bien, si aumentamos a tres voltios,
nuestro amperaje se aumentará proporcionalmente a nueve amperios. Como se
ve, aun cuando el voltaje y amperaje cambiaron en valor numérico, no
varió su relación. El término “Inversamente Proporcional” significa que
si se dobla la resistencia, se reducirá la corriente a la mitad. La ley
de OHM puede expresarse matemáticamente con la siguiente ecuación:
E = VOLTIOS
E=IxR
I = AMPERIOS
I = E/R
R = RESISTENCIA
R = E/I
La teoría de la resistencia eléctrica es de suma importancia en el
proceso de soldadura de arco, porque es la resistencia eléctrica en el
espacio de aire entre el electrodo y el metal base lo que contribuye a la
conversión de energía eléctrica a energía calorífica. A medida que el
voltaje obliga a los electrones a moverse mas rápidamente, la energía que
estos generan es utilizada parcialmente para vencer la resistencia creada
por la distancia entre electrodo y metal base y obviamente generando
calor; en el proceso de soldadura, esta temperatura aumenta hasta el
punto en que el metal se funde.
ELECTRODOS RECUBIERTOS PARA SOLDAR ACEROS DULCES.
Entre los varios puntos de verificación de control de calidad que
existen a lo largo del proceso de fabricación de electrodos, uno de los
más importantes es el procedimiento de control que asegura que el espesor
de recubrimiento sea uniforme. En la soldadura con electrodo recubierto,
el cráter que se forma en la punta del electrodo (extremo que se quema) y
que se extiende mas allá de la varilla bajo fusión, tiene la importante
función de concentrar y dirigir el arco. (Ver Fig. 7).
La concentración y dirección del arco se logra con un cráter uniforme y
concéntrico (Fig. 7, A). Cuando el recubrimiento no esta concéntrico se
dice que el electrodo esta “descentrado” (Fig. 7 B), formándose entonces,
un cráter irregular en forma de “uña” que produce mala dirección del
arco, poca protección de gas, poca penetración y por lo tanto cordones
inconsistentes.
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RECUBRIMIENTO CONCENTRICO DA UN
ARCO
CONCENTRADO
Y
BUENA
RECUBRIMIENTO DESCENTRADO DA UN
ARCO DESENFOCADO Y CON MALA
DIRECCION
FIG. 7 EFECTO DE LA CONCENTRICIDAD EN EL ARCO
Funciones del Recubrimiento en los Electrodos.
Los ingredientes más comúnmente usados en los recubrimientos pueden
ser clasificados físicamente y de una manera general como sólidos y
líquidos. Los sólidos son polvos o materiales granulados, los cuales se
encuentran en la naturaleza en estado libre y necesitan solamente cierto
grado de concentración y una molienda para obtener el tamaño de partícula
apropiado. Otros materiales usados obtenidos como resultado de reacciones
y combinaciones químicas; estos materiales son aleaciones y otros
compuestos sintéticos complejos.
El tamaño de partícula de un material sólido es un factor muy
importante. El tamaño de partícula puede variar desde el de una arena
fina hasta el de un polvo impalpable.
La estructura física de los ingredientes del recubrimiento puede ser
clasificada como cristalina, fibrosa y amorfa. Los materiales cristalinos
comúnmente usados son: Rutilo, Cuarzo, Mica.
El rutilo: Es un mineral del cual se produce el bióxido de titanio, que
es también ampliamente usado en los recubrimientos de electrodos.
Materiales fibrosos, tales como la fibra de madera, y materiales no
cristalinos tales como vidrio y otros compuestos orgánicos son también
ingredientes comunes en el recubrimiento.
Las funciones
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
de los recubrimientos en los electrodos son las siguientes:
Proteger el metal-soldadura
Estabilizar el arco
Adicionar aleaciones al metal-soldadura
Concentrar el arco
Formar escoria
Impartir características para soldar fuera de posición
Controlar la integridad del metal
Impartir propiedades mecánicas al metal soldado
Aislar eléctricamente el núcleo del alambre
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Al efectuarse el depósito, el recubrimiento, que para el caso finaliza
como escoria, se mezcla con el metal fundido y recoge sus impurezas
haciéndolas flotar en la superficie del cordón, donde final mente
solidifica. La escoria dirige la fuerza del arco y las gotas de metal
fundido en la dirección deseada; esto se logra porque el revestimiento
tiende a fundirse más lentamente que el núcleo metálico, formándose una
especie de boquilla que orienta la dirección del arco y dirige las gotas
de metal derretido como se muestra en la figura 8.
Fig. 8
CLASIFICACIÓN A5. 1-78 SEGÚN LA SOCIEDAS AMERICANA DE SOLDADURA (AWS)
Esta clasificación AWS ha sido desarrollada durante muchos años por la
Sociedad Americana de Soldadura, en esta clasificación, los electrodos
para aceros dulces están clasificados tomando como base las propiedades
físicas (llamadas también propiedades mecánicas) del metal depositado, el
tipo de recubrimiento, la posición para soldar y el tipo de corriente (CA
o CD). El sistema de clasificación está también diseñado para
proporcionar cierta información acerca de los propios electrodos y el
depósito que producen. El significado de las designaciones AWS se muestra
en forma tabular en la tabla 1.
SIGNIFICADO DE LAS CLASIFICACIONES AWS
EJEMPLO
1.2.3.-
E
(1)
60
(2)
1
(3)
0
(4)
E- Significa
ELECTRODO
Dos (o tres) dígitos
indican resistencia a la tensión X 1000
lb/pulg.2
El tercer dígito se refiere a la posición soldar
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4.-
EXX1X Toda posición (plano, horizontal, vertical
sobre
cabeza)
EXX2XHorizontal y plano solamente
EXX3XPosición plana solamente
El último dígito indica la usabilidad del electrodo, como tipo de
corriente y tipo de
recubrimiento.
Tabla 1.
CLASIFICACION DE ELECTRODOS
# AWS
EXX10
CORRIENTE ARCO
PENETRACIÓN
CD, PI
FUERTE PROFUNDA
TIPO DE ESCORIA
CEULOSICA-SODICA
%POLVO Fe
0-10
EXXX1
CA-CD, PI
FUERTE PROFUDNA
CEULOSICA-SODICA
0
EXXX2
CA-CD, PI
MEDIO
MEDIANA
RUTILICA – SODICA
0-10
EXXX3
CACD;PI, PD SUAVE
LIGERA
RUTILICA – POTASICA
0-10
EXXX4
CACD; PI,PD SUAVE
LIGERA
RUTILICA-POLVO HIERRO
25-40
EXXX5
CD; PI
MEDIO
MEDIANA
0
EXXX6
CA;-CD; PI
MEDIO
MEDIANA
EXXX8
CA;-CD; PI
MEDIO
MEDIANA
EXX20
CA;-CD; PD
MEDIO
MEDIANA
EXX22
CACD;PI, PD MEDIO
MEDIANA
BAJO
HIDROGENO
SODICA
BAJO
HIDROGENO
POTASICA
BAJO
HIDROGENO
POLVO H
OXIDO
DE
HIERRO
SODICA
RUTILICA POLVO HIERRO
EXX24
CACD;PI,PD
SUAVE
LIGERA
EXX27
CACD;PI,PD
MEDIO
MEDIANA
EXX28
CA-CD,PI
MEDIO
MEDIANA
EXX48
CA-CD; PI
MEDIO
MEDIANA
OXIDO DE HIERRO P.
HIERRO
BAJO
HIDROGENO
P.
HIERRO
BAJO
HIDROGENO
P.
HIERRO
BAJO
HIDROGENO-P
HIERRO
0
25-40
0
0
50
50
50
25-40
Nota; Porcentaje de polvo de hierro calculado sobre el peso total del revestimiento
EQUIPO DE SEGURIDAD.
Para la protección personal de los rayos del arco y de las chispas
calientes, se usa una protección para la cara (careta o yelmo de mano).
La careta es más segura para los principiantes, pero en la industria se
usa con frecuencia el yelmo de mano. Los protectores para la cara deben
de ser de un aislante fuerte, tal como fibra, con piezas laterales por lo
menos de 5cm (2pulg) de ancho. La careta mas apropiada es la que tiene el
frente o vidrio oscuro cuando no está soldando, así se puede ver lo que
está haciendo sin quitarse la careta completa y seguir protegido cuando
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se golpea la soldadura para quitar la escoria. Si no se usa este equipo,
se debe usar gafas protectoras de seguridad para quitar la escoria. En la
Fig. 9 se muestra el equipo ideal de protección personal que debe
utilizarse al momento de realizar operaciones de soldadura.
Para permitir que el soldador vea mientras está soldando y filtrar los
rayos que hacen daño en la soldadura de arco se usan lentes de color en
las caretas, siendo estos generalmente verdes y graduados por números y
se ofrecen en medidas estándar.
Fig. 9 Equipo de protección personal.
Materiales y Equipo
6m Platina de hierro dulce (2 ½” x ¼”).
5 Marcos de sierra con sierra.
15 lb de Electrodo E-6013, ∅= 1/8”
6 Cepillo de alambre
6 Tenaza alicate
6 Picador de escoria
Equipo de protección personal (delantal, mangas y guantes de cuero,
careta)
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Procedimiento
Atienda las indicaciones del instructor de laboratorio y realice las
operaciones siguientes:
1) Cebado del arco (encendido del arco) y punteado.
2) Crecimiento de cordones.
3) Soldadura a solape o a tope.
Investigación Complementaria
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Investigue la clasificación y cual es la función del recubrimiento
en los electrodos recubiertos.
Realice una investigación exhaustiva sobre los electrodos
recubiertos para soldar aceros de baja aleación y aceros
inoxidables.
Investigue ampliamente sobre los procesos de soldadura de arco
protegido con gas (MIG, MAG, TIG, OXIACETILENICA entre otros).
Investigue sobre la simbología de la soldadura y los tipos de
juntas soldadas.
Investigue y explique el procedimiento para realizar recubrimientos
duros, ¿en qué se puede aplicar? y ¿por qué se presenta la
necesidad del recubrimiento?, exponga algunos ejemplos.
Rectificación de CA a CD
Investigue sobre corriente constante y voltaje constante.
Nota: reporte de 7 paginas máximo, incluida la portada.
Bibliografía
Manual de Soldador, Autor: OXGASA
Soldadura,
Aplicaciones
y
Prácticas,
Autor:
Henry
Horwitz,
Editorial Alfa omega
Tecnología de los Procesos de Soldadura, Autor: P. T. Houldcroft,
Editorial Ceac
Manual de Soldadura Eléctrica, Autor: González Vásquez, J.
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