UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL PERÍODO ACADÉMICO: MARZO - AGOSTO 2019 UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial Título: Procesos de maquinado no tradicionales, mecanizado electroquímico. Carrera: Ingeniería Industrial en procesos de Automatización Ciclo Académico y Paralelo: Quinto Industrial “A” Alumnos participantes: -Flores Ana -Fonseca Andrés. -Núñez Escobar. -Vistin Brando. Módulo y Docente: Taller Industrial Ing. Cristhian Mariño I. TEMA Procesos de maquinado no tradicionales, mecanizado electroquímico. II. OBJETIVOS Objetivo general: Compilar información de diversas fuentes con el fin de obtener el conocimiento suficiente para identificar proceso de mecanizado no tradicionales específicamente del mecanizado electroquímico. Objetivos específicos: III. PALABRAS CLAVES Mecanizado Electrolisis Desprendimiento Ánodo Cátodo Electrodo Electrolito Desbaste Material Dureza IV. INTRUDUCCIÓN El mecanizado electroquímico (ECM) es un proceso de manufactura no convencional que se basa en el principio de electrólisis: desprendimiento de iones de la pieza de trabajo que funciona como ánodo (polo positivo) y se depositan en el electrodo que funciona como cátodo (polo negativo) en un medio inundado de electrolito –solución de NaCl (sal doméstica) con agua. El ECM permite el desbaste de cualquier material conductor, sin importar su dureza ni forma geométrica a maquinar y sin generar desgaste del electrodo. La máquina está compuesta por una fuente eléctrica de corriente continua, un sistema de suministro y filtración de electrolito, un sistema de control para avance automático de la herramienta en el eje Z y un sistema de extracción de hidrógeno de la cabina generado por la electrólisis. El ECM depende de 6 variables para su proceso, que son: forma geométrica a maquinar, caudal de electrolito, amperaje de fuente eléctrica, velocidad de avance de la herramienta, distancia herramienta–pieza de trabajo y concentración de electrolito. Se podría determinar los valores de los parámetros óptimos para el correcto funcionamiento de la máquina, comparando los valores de la tasa de remoción de material (MRR) teórica con los valores prácticos obtenidos en las pruebas realizadas. Este proceso ha sido diseñado con la finalidad de realizar procesos de mecanizado para que las personas adquieran conocimientos de métodos alternativos de mecanizado que utilizan energía química–eléctrica como medio de desbaste. V. DESARROLLO Soldadura TIG La soldadura TIG (del inglés tungsteno inert gas) o soldadura GTAW (del inglés gas tungsten arc welding) se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o circonio en porcentajes no superiores a un 2%. El torio en la actualidad está prohibido ya que es altamente perjudicial para la salud. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos. [1] Figura 1. Proceso de soldadura GTAW. Fuente: [1] La soldadura por arco de tungsteno y gas (Gas Tungsten Arc Welding, GTAW) es un proceso de soldadura por arco donde se utiliza un arco entre el electrodo y el charco de soldadura, en el proceso se emplea un gas de protección sin presión. La adición de metal es aporte es opcional. [1] El proceso GTAW se ha vuelto una herramienta indispensable en muchas industrias en virtud de la alta calidad de las soldaduras producidas. [1] Figura 2. Proceso de soldadura GTAW. Ventajas Desde que el material de aporte no cruza el arco. El chisporroteo no es problema. Como en los otros procesos de gases protectores, el área a soldar es claramente visible y limpia al final del depósito de soldadura. Equipo El equipo usado con el proceso incluye una fuente de poder, antorcha con cables eléctricos, suministro de gas protector con mangueras, suministro de agua para enfriamiento y un control de pedal. [2] La fuente de poder es de tipo de corriente constante. Figura 3. Proceso de soldadura GTAW. La fuente de poder para el proceso TIG normalmente opera entre un rango de 5 a 300 amperes, 10 a 35 volts en un 60% del ciclo de servicio. La fuente de poder no deberá ser capaz de proporcionar corriente alterna y corriente directa, dependiendo del metal que será soldado. [2] Antorchas Las antorchas GMAW sostienen el electrodo de tungsteno que transporta la corriente de soldadura al arco y conduce el gas protector a la zona de arco. Casi todas las antorchas para aplicaciones manuales tienen un ángulo de cabeza (ángulo entre el electrodo y el mango) de 120º. También existen con cabeza de ángulo ajustable y de cabeza en línea recta. [2] Antorchas enfriadas por gas Las antorchas enfriadas por gas eliminan el calor por medio del flujo del gas de protección relativamente frío, los sopletes enfriados por gas están limitados a una corriente de soldadura máxima de unos 200 amperes. [2] Antorchas enfriadas por agua Las antorchas enfriadas por agua eliminan el calor mediante el flujo continuo de agua a través de conductos interiores el agua de enfriamiento entra por la manguera de entrada y circula por toda la antorcha y de ahí a la manguera de salida. [2] Las antorchas enfriadas por agua están diseñadas para usarse con corrientes de soldadura en un ciclo de trabajo continuo más alto que los de enfriamiento por gas de tamaño similar. Por lo regular es posible usar corrientes de 300 a 500 amperes, aunque se han construido antorchas resistentes a los 1000 amperes. [2] Electrodos En GTAW la palabra tungsteno se refiere al elemento tungsteno puro y a sus diferentes aleaciones de tungsteno empleadas como electrodos. Los electrodos de tungsteno son no consumibles si el proceso se emplea como es debido, ya que no se derrite ni se transfiere a la soldadura. El punto de fusión del tungsteno es 3, 410 ºC. [3] Clasificación de electrodo EWP Los electrodos de tungsteno puro (EWP) contienen por lo menos 99.5% de tungsteno y ningún elemento de aleación intencional. Los electrodos puros se emplean principalmente con CA para soldar aleaciones de aluminio y magnesio. Estos electrodos también pueden usarse con CC, pero no ofrecen las características de encendido y estabilidad del arco de los electrodos de torio, con cerio o con lantano. Clasificación de electrodos EW Th El resultado que los electrodos puedan manejar corrientes de soldadura más altas sin fallar, el óxido de torio es uno de sus aditivos. Los electrodos EWTh-1 y EWTh-2, estos contienen el 1% y 2% respectivamente de óxido de torio (Tho2) llamado toria, dispersado uniformemente en toda su longitud. Clasificación de electrodos EW Ce Los electrodos EWCe-2 son electrodos de tungsteno que contienen 2% de óxido de cerio (CeO2) llamada ceria. Tiene menos tasa de vaporización o quemado. Esta ventaja mejora al aumentar el contenido de cerio. Los electrodos EWCe-2 trabajan bien con CA o CC. [3] Clasificación de los electrodos EW La Estos electrodos contienen el 1% de óxido de lantano (La2O3), conocido como lantana. Las ventajas y características de esta operación de los electrodos son muy similares a la de los electrodos de tungsteno ceriados. [2] Clasificación de electrodos EW Zr Estos electrodos tienen de característica de soldadura que generalmente están entre los electrodos de tungsteno puro y los de tungsteno con torio. Son los electrodos preferidos para soldar con CA porque combinan las características deseables de estabilidad y extremo de bola típico del electrodo de tungsteno puro con las características de capacidad de corriente y encendido del arco del tungsteno con torio. [2] Tipos de gases de protección El argón y el helio o la mezcla de estos dos son los más comunes de gas inerte empleados como escudos de protección, dependiendo el volumen a utilizar a estos gases pueden ser suministrados por cilindros o en tanques aislados. [3] Argón El argón grado soldadura se refina hasta una pureza mínima del 99.95% esto es aceptable para soldar con GTAW. El argón se utiliza más ampliamente que el helio porque tiene las siguientes ventajas: 1. Acción de ardo más uniforme y silenciosa. 2. Menor penetración. 3. Acción de limpieza al soldar materiales como el aluminio y el magnesio. 4. Menor costo y mayor disponibilidad. 5. Buena protección con tazas de flujo más bajas. 6. Mayor resistencia a ráfagas transversales. 7. Más facilidad de flujo de arco. Helio El helio de grado soldadura se refina hasta una pureza de por lo menos el 99.99%. Con valores fijos de corriente de soldadura y longitud de arco, el helio transfiere más calor al trabajo que el argón. El helio se usa con mayor frecuencia que el argón para soldar placas de espesor grande. [3] Selección de gas de protección En la mayor parte de las aplicaciones puede utilizarse el argón, helio o una mezcla de estos con la posible excepción de las soldaduras en materiales delgados, donde el argón es indispensable. En general, este gas produce un arco que opera de manera más uniforme y silenciosa, se maneja con mayor facilidad y es menos penetrante que un arco escudo con helio, el menor costo unitario y las tasas de flujo más bajas del argón hacen de este gas el preferido desde el punto de vista económico. [4] Tasa de flujo de gas recomendadas Los requisitos de flujo de gas protector se basan en el diámetro de la copa, el tamaño del charco de la soldadura- en general la tasa de flujo aumenta en proporción con el área de sección transversal de la boquilla. Se escoge un diámetro de boquilla apropiado para el tamaño del charco de soldadura el metal que se va a soldar. La tasa de flujo mínima está determinada por la necesidad de un chorro rígido que venza los efectos de calentamiento del arco y las corrientes de aire transversales. Con las antorchas de uso más comunes las tasas de flujo de gas protector típicas son de (15-30 pies3/h) para argón y de (30-50 pies3/h) para helio. [4] Un viento o corriente de aire transversal con velocidad de 8 km/h puede romper el escudo de gas de protección. [4] VI. RECOMENDACIONES Cuando los trabajos de soldadura se deban interrumpir durante un cierto periodo se deben sacar todos los materiales de aporte de la boquilla, desconectando el puesto de soldar de la fuente de alimentación. Situarse de forma que los gases de soldadura no lleguen directamente a la pantalla facial protectora y proteger a los otros trabajadores del arco eléctrico mediante pantallas o mamparas opacas; llevar ropa, gafas y calzado de protección. Siempre que sea posible se trabajará en zonas o recintos especialmente preparados para ello y dotados de sistemas de ventilación general y extracción localizada suficientes para eliminar el riesgo. Es recomendable que los trabajos de soldadura se realicen en lugares fijos. Si el tamaño de las piezas a soldar lo permite es conveniente disponer de mesas especiales dotadas de extracción localizada lateral. En estos casos se puede conseguir una captación eficaz mediante una mesa con extracción a través de rendijas en la parte posterior Será muy conveniente el uso de placas filtrantes fabricadas de cristal soldadas que se oscurecen y aumentan la capacidad de protección en cuanto se enciende el arco de soldadura; tienen la ventaja que el oscurecimiento se produce casi instantáneamente, y en algunos tipos en tan sólo 0,1 ms. Las pantallas o gafas deben ser reemplazadas cuando se rayen o deterioren. El cable de soldar debe mantenerse con una mano y la soldadura se debe ejecutar con la otra. Las radiaciones que produce la soldadura TIG son muy importantes por lo que los ojos y la cara del operador deberán protegerse adecuadamente contra sus efectos utilizando gafas de montura integral combinados con protectores de casco y sujeción manual adecuadas al tipo de radiaciones emitidas. El material puede ser el plástico o nylon reforzados, con el inconveniente de que son muy caros, o las fibras vulcanizadas. Para trabajar en recipientes que hayan contenido sustancias explosivas o inflamables, se debe limpiar con agua caliente y desgasificar con vapor de agua, por ejemplo. Además, se comprobará con la ayuda de un medidor de atmósferas peligrosas (explosímetro), la ausencia total de gases. Utilizar los equipos de protección (EPP) en todo momento sin importar si es la persona que se encuentra soldando o una persona que se encuentra supervisando dicho proceso. Comprobar el estado de la boquilla que se va a utilizar en el proceso de soldadura ya que este mismo depende de sobre manera a las condiciones en las que se encuentran dichos elementos. VII. CONCLUSIONES La soldadura TIG se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos, este método de soldadura requiere una mano de obra muy especializada, lo que también aumenta los costes. Por tanto, no es uno de los métodos más utilizados, sino que se reserva para uniones con necesidades especiales de acabado superficial y precisión. El procesos de soldadura TIG es conocido y utilizado por ser un proceso “limpio” es decir que no presenta grandes residuos por lo cual es ideal para llevarse a cabo en distintas aplicaciones como Soldadura de equipos de aluminio, titanio y aleaciones de níquel, soldadura de tubos a la placa de los intercambiadores de calor, soldadura de la primera pasada de tuberías de aceros aleados, aceros inoxidables y aleaciones de níquel, soldadura interna de reactores de urea en acero inoxidable y titanio. El procedimiento de la soldadura TIG así como distintos procesos de soldadura presenta diversas ventajas y desventajas; como ventajas se destaca que no se requiere de fundente y no hay necesidad de limpieza posterior en la soldadura; no hay salpicadura, chispas ni emanaciones, al no circular metal de aporte a través del arco; brinda soldaduras de alta calidad en todas las posiciones, sin distorsión; al igual que todos los sistemas de soldadura con protección gaseosa, el área de soldadura es claramente visible; el sistema puede ser automatizado, controlando mecánicamente la pistola o el metal de aporte, como inconvenientes está la necesidad de proporcionar un flujo continuo de gas, con la subsiguiente instalación de tuberías, bombonas y el encarecimiento que supone. El requerimiento de mano de obra muy especializada, lo que también aumenta los costes. Por tanto, no es uno de los métodos más utilizados, sino que se reserva para uniones con necesidades especiales de acabado superficial y precisión. La soldadura TIG al ser un procedimiento delicado y cauteloso debe tener por obligación distintos partes de equipo indispensables para su funcionamiento como son fuente de energía, máscara, unidad de alta frecuencia, antorcha, suministro gas de protección, suministro agua de enfriamiento. VIII. BIBLIGRAFIA [1] «Electrodo de Thusteno,» [En línea]. Available: https://m.lincolnelectric.com/assets/global/Products/Equipment_WeldingGear-ApparelToolsTungstenElectro.. [2] «Electrodo TIG,» [En línea]. Available: http://www.gys.fr/pdf/datasheet/es/045354.pdf. [3] Thermoplasma, «Introduccion a los electrodos de Thusteno,» [En línea]. Available: http://www.thermoplasma.com/files/downloads.pdf. [4] «Electrodode Thusteno puro,» [En línea]. Available: https://profex.educarex.es/profex/Ficheros/RiesgosLaborales.PDF [5] AWS D1.1, Código de Soldadura Estructural-Acero Structural Welding Code- Steel, 22nd ed. Miami, 2010. [6] AGA, Catálogo de electrodos comunes, especiales y gases para corte y soldadura, vol. 1. 2015.
