Método de soldadura chasis de motocicleta Jorge Alberto Rubiano Acosta Iván Patiño Plaza Santiago Duque Cárdenas OCT 11 2019. Universidad ECCI. Bogotá DC. Seminario Soldadura. ii Abstract - This project exposes the welding process in the chassis of a 125cc 2-stroke motorcycle, the type of material to be used is analyzed, the code and norm are specified which will be carried out in the realization of it and also the use of WPS, WPQR and PQR Under this process we will analyze the 4 factors that influenced the manufacture of this product which were taken into account according to their determined use, which were aluminum melting temperature, thermal conductivity, thermal expansion and aluminum oxide. With this, the type of joint to be carried on the chassis was determined Resumen – Este proyecto expone el proceso de soldadura en el chasis de una motocicleta de 125cc de 2 tiempos, se analiza el tipo de material a usar, se especifica el código y norma el cual será efectuados en la realización del mismo y además se implementa el uso de WPS, WPQ Y PQR. Bajo este proceso analizaremos los 4 factores que influyeron en la fabricación de este producto las cuales fueron tenidas en cuenta de acuerdo a su uso determinado los cuales fueron temperatura de fusión del aluminio, conductividad térmica, dilatación térmica y oxido de aluminio. Con esto se determinó el tipo de junta que debe llevar en el chasis Tabla de Contenidos Capítulo 1 Introducción e información general .................................................................. 1 Justificacion ....................................................... Ошибка! Закладка не определена. Objetivo general .................................................. Ошибка! Закладка не определена. Capítulo 2 Marco teorico ................................................................................................... 2 Aluminio 6063 .................................................... Ошибка! Закладка не определена. Ambiente y Seguridad…………………………………………………..…………............Ошибка! Закладка не определена. Capítulo 3 norma empleada . ................................. Ошибка! Закладка не определена. Tipo de material ...................................................... Ошибка! Закладка не определена. Tipo de electrodo .................................................... Ошибка! Закладка не определена. Tipo de juntas empleadas ........................................ Ошибка! Закладка не определена. iii iv Lista de tablas Tabla 1. Métodos de limpieza…………………………………………... 4 Tabla 2 Propiedades mecánicas y composición química aluminio 6063.. 6 v Lista de figuras Figura 1. Formas y descripción de las formas……………………………………… 7 Figura 2. Puntos de soldadura………………………………………………………. 8 Figura 3. Junta bisel recto………………………………………………………….. 9 Figura 4. Junta en T……………………………………………………………….... 10 Figura 5. Junta en solape con bisel en j……………………………………………. 10 Figura 6. Junta en borde con bisel recto…………………………………………… 11 1 Capítulo 1 Introducción e información general Este proyecto se expone el proceso de soldadura en el chasis de una motocicleta de 125 cc de 2 tiempos, se analiza el tipo de material a usar, se especifica el código y norma antes de proceder y el cual son efectuados en la realización del mismo se implementa la WPS, WPQ y por aporte de la investigación que se debe tener en cuanto a los códigos y normas que se utilizaron en este proyecto. Las determinaciones hechas sobre especificaciones de las juntas empleadas en el aluminio 6063 T5 son parte fundamental en la ejecución de acuerdo a una serie de factores influyentes que puede ser efectuado en dicha aleación de aluminio y por eso el diseño y tipo de junta utilizada radica en las propiedades físicas como químicas a las cuales está expuesto el chasis de la motocicleta de carreras de 125 cc. Justificación Este proyecto se realiza por que es necesario tener en cuenta las normas de la soldadura y sus códigos para realizar cualquier tipo de empalme de materiales bien, es cual sirve para que se tenga una mejor calidad de soldadura y no presente inconvenientes por fallas en la misma. Objetivo general Realizar una investigación a fondo para resolver dudas sobre la soldadura en el chasis de una motocicleta 125 de 2 tiempos la cual es liviana, pero se ve sometida a varios esfuerzos en su trabajo. 2 Capítulo 2 Marco teórico Este proyecto es investigar y exponer el proceso de soldadura en el chasis de una motocicleta de 125 cc de 2T (2 tiempos) haciendo énfasis en el paso a paso de la soldadura la cual maneja un tipo de Soldadura al arco bajo atmósfera inerte con electrodo refractario o mejor conocido procedimiento TIG esto consiste en hacer saltar un arco eléctrico entre un electrodo refractario de tungsteno y la pieza a soldar mientras que un chorro de argón cubre el electrodo evitando una oxidación que se pueda generar en el baño de fusión gas, también participa en el proceso casi en un 99.99% de pureza usado en el arco eléctrico empleado una fuente de corriente alterna estabilizada por Hf es decir una alta frecuencia específicamente en aleaciones de aluminio, como principio con espesores comprendidos entre 1 y 6 mm. Este método se puede usar en todas las posiciones, y utilizado correctamente permite la obtención de una soldadura de gran calidad. Material a trabajar. Aluminio 6063 La aleación de aluminio 6063 -T5 es la más acta para este tipo de proceso de fabricación del chasis. Analizando el material a usar 6063 T5 Esto hace que esta aleación sea tratable térmicamente. Estas alecciones son menos resistentes que el resto de aleaciones, a cambio tiene también formabilidad, soldabilidad, maquinabilidad y resistencia a la corrosión. Estas aleaciones pueden moldearse por un TT T4 y endurecido por una serie de acciones que complete este es Enfriado desde un proceso de fabricación a alta temperatura y envejecida artificialmente. Preparaciones previas a la soldadura, la limpieza antes de la soldadura es esencial para conseguir buenos resultados, ya que, al soldar secciones gruesas con delgadas, las dilataciones pueden dar lugar a grietas y distorsiones, para evitar esto se debe precalentar 3 las piezas antes de proceder a la soldadura El mayor problema que muchas personas tienen al soldar aluminio es que el material es mucho más suave que el acero y lo suelda con mucha más rapidez. También es mucho más fácil para quemar a través de aluminio, particularmente 6063 T5 de aluminio, que es relativamente blando y dúctil cuando se compara con 6.061 aluminio. Puede utilizar cualquiera de los dos alambres de relleno para soldadura de 6063. El uso de alambre 4043 dará lugar a una soldadura más atractivo y más fácilmente pulido, y 5356 de alambre dará lugar a una soldadura fuerte, pero que tendrá un aspecto escarchado que es algo difícil de pulir. Ambiente y Seguridad Según la norma empleada para este tipo de soldadura se instalan extractores de humo y gases ya que la intensidad de arco es mucho mayor por lo que se establece la regla de uso de mascara de protección contra los rayos ultravioleta Arco Se puede soldar con corriente continua o alterna, pero de acuerdo a la norma la corriente continua (C.C.) es mejor en este proceso, también esto nos permitiría un manejo de polaridades positivas o negativas con la segunda podemos obtener un baño de fusión más profundo en un 70% siendo esto una ventaja a la soldadura TIG empleada en este proyecto de soldadura. Limpieza La suciedad debe ser retirada antes del proceso de soldadura como lo es la grasa, el aceite, humedad principalmente por medios mecánicos o químicos los métodos empleados se presentan en la siguiente tabla a continuación. 4 Tabla 2. Métodos de limpieza. Métodos Comunes para la Limpieza de las Superficies de Aluminio Tipos de Limpieza Compuestos Sólo Superficies de Pieza Completa Eliminados Soldadura Aceite, grasa, Limpie con una solución Vapor desengrase humedad y alcalina suave y seco Desengrase en polvo (utilizar Limpie con disolvente de spray cualquier hidrocarburo, como acetona o Desengrase método alcohol Steam indicado) Limpie con disolvente Sumerja en patentado disolvente alcalino Bordes Dip, utilizando Sumerja en cualquiera de los anteriores disolvente patentado Óxidos Borde Dip en solución Sumergir en (utilice alcalina fuerte, luego con solución alcalina cualquier agua, después con ácido fuerte , luego con método nítrico. Finalizar con agua y agua, después de la lista) secar ácido nítrico. Limpie con desoxidantes Finalizar con agua patentados y secar Eliminar mecánicamente, con Sumergir en cepillo de hileras, limando o soluciones amolando. Para aplicaciones patentadas críticas, raspar todas las juntas y superficies adyacentes antes de soldar 5 Capítulo 3 Norma Empleada AWS A5.10 / A5.10M: 2017. Bajo esta norma se establecen aleaciones de aluminio ideales para construccion y tambien para el mantenimiento de herramientas textiles rodillo, moldes industrials, vulcanizado de llantas, fabricacion de estructuras herramientas. Tambien reparacion de bombas válvulas, impulsores, carcazas y carters de motores, cabezas de motor, rotors. Pero en este Proyecto nos enfocaremos en la construccion de chasis de motocicletas en aluminio. Composicion quimica y propiedades mecanicas Pasos empleados en la norma. 1. Clasificacion. 2. Aceptacion. 3. Certificacion. 4. Proceso redondeo. 5. Pruebas. 6. Resultados de pruebas. 7. Ensamble de prueba a soldar 8. Analisis quimica. 9. Prueba radiografica. 10. Metodo de fabricacion. 11. Tamaños estandar. 12. Acabado y uniformidad. 13. Identificacion del metal de relleno. 6 14. Embalaje. 15. Marcado de paquetes. 16. Simbolos y requisitos. 17. Propiedades mecanicas del metal de soldadura. Tipo de material Material empleado ser5a una aleación de aluminio, concretamente 6063-T5. Se eligió este material debido a que ofrece mayor soldabilidad para ciertas propiedades mecánicas las cuales va a soportar este chasis. Las propiedades que ofrece este material se mostraran en la siguiente tabla Tabla 2. Propiedades mecánicas y composición química aluminio 6063. En este material se puede usar soldadura 1. A la llama 7 2. Al arco bajo gas argón 3. Por resistencia eléctrica 4. Braseado En este proceso se usara soldadura bajo gas argón helio. Tipo de electrodo Se utiliza electrodo refractario; se genera un arco refractario entre el tungsteno y la pieza a soldar mientras que un chorro de gas inerte de argón rodea el electrodo protegiendo de oxidación con un baño de fusión alimentado con corriente alterna. Figura 1. Soldadura por arco. Se utiliza en espesores entre 1 a 6 mm. 8 Tipo de juntas empleadas Para realizar la unión en el chasis de la motocicleta de carreras de 125 cc se hizo un análisis determinando el tipo de junta que eta iba hacer llevado a cabo identificando ciertos factores que influyeron, pero se especificó mas en el momento de la junta empleada las cuales fueron: Junta a tope en la horquilla del chasis. Junta en T entre la unión de la armadura y el chasis. Junta solapada en la platina lateral. Junta en borde de la armadura. soldadura con bisel recto. Soldadura por costura. Tal y como se muestra en la imagen se pueden observar los diferentes puntos de las juntas empleadas en el chasis de la motocicleta. Figura 2. Puntos de soldadura. 9 1.1 Junta a tope en horquilla del chasis Con respecto a la junta de tope fue la ideal para emplearse en la horquilla del chasis ya que de acuerdo con su diseño cumple y especifica con todas las características presentadas para el uso de esta enfocada en un porcentaje menor de temperatura al momento de ejecutarse en esta, también porque su penetración es completa y constituye una correcta transición al momento del que fue soldada esta pieza. Se empleó una soldadura a tope cuadrada en ambos lados ya que el diseño lo especifica de esta forma y los resultados de la prueba mecánica fueron favorables al momento de soportar ciertas temperaturas que el proyecto presenta en el momento de su uso. Figura 3. Junta bisel recto. 1.2 Junta en T en la unión de la armadura y el chasis La junta en forma de T fue la más usada y una de las ideales para el uso del diseño debido a que esta era la unión entre la armadura y el chasis y su proceso a soldar a un cordón de soldadura fue sencillo y no presento inconveniente alguno al momento de ser soldada de forma vertical y de la misma forma su parámetro en cuanto a exposición de ciertas temperaturas fue muy aceptable. 10 Figura 4. Junta en T. 1.3 Junta de solape en platina lateral Debido a que en la estructura del chasis presentaba ciertas falencias o fallas no se pudo realizar una junta a tope como se había trabajado en la parte superior del chasis (horquilla) Por lo que se optó más por una junta tipo solape la cual representaría una forma más eficiente y la unión de esta aguantaría más la retención de ciertas partes empleadas al momento de construir o ensamblar las piezas de la motocicleta tal y como se muestra a continuación estas fueron esta fue la junta y geometría que se usó en este proyecto. Figura 5. Junta en solape con bisel en j. 1.4 Junta en borde de la armadura Este fue el proceso de soldadura más detallado e importante debido a su complejidad y su proceso de soldar en el chasis en dicho instante tuvo una serie de cálculos rigurosos para insertar la soldadura a tal punto que tuvo que realizarse en su mayor parte una mayor 11 cantidad de pruebas para que la inyección del cordón de soldadura no tuviera una mala conexión entre las piezas lo cual podría haber generado rotura en la misma armadura y posteriormente grietas en la conexión de soldadura entre la armadura y el chasis. Figura 6. Junta en borde con bisel recto. Soldadura por costura Se empleó un método de soldadura por costura en la mayor parte del proceso de soldadura enfocado claramente más en la armadura y su unión con el chasis debido a que este proceso era el más apto según los cálculos obtenidos pudiendo observar una Soldadura progresiva, lo cual permite hacer líneas de producción de soldeo, facilitando la circulación del material, y la posibilidad de ser automatizado. Se decidió también tener en cuenta ciertos parámetros que podrían ser fundamentos esenciales en el uso de esta soldadura por costura los cuales fueron evaluados de acuerdo a la empresa British Federal México que realizo este proceso Piezas terminadas, a fin de indicar que tipo de configuración de roldana o electrodo circular requiere, ya sea en línea longitudinal o transversal a la máquina, según la aplicación. Tipo de superficie a soldar. Potencia eléctrica de sus procesos requeridos. Frecuencia del pulso para el proceso. Velocidad de Soldeo lo cual radica de acuerdo a la parte del chasis a soldar. 12 1. Factores influyentes en las uniones soldadas Los factores a tener en cuenta fueron 4 de acuerdo a su aplicación y requisito requerido evaluando diferentes procesos antes de iniciar dicho proceso de soldadura se realizó los siguientes estudios. 1.1 Temperatura de fusión del aluminio 6063 T5 Se tomó una temperatura de fusión cercana a los 653 grados Celsius debido a que en este punto se tiende ya el material a iniciar un proceso de deformación menor, pero en un menor grado y obtiene una mayor unión con el electrodo refractario de gas de tungsteno y no generando una posible grieta o rotura del material ya que esta aleación no demuestra un cambio de color durante su calentamiento lo cual podría efectuar un riesgo de perforar el objeto por lo que se realizó una prueba de calor detallada del chasis al momento de terminar su proceso de soldadura hasta llegar a una temperatura de punto aceptable. Se realizó pruebas de temperatura en el material de acuerdo a sus características mecánicas a obtener. 1.2 Conductividad térmica Esta o cualquier otra aleación conduce tres veces más rápido calor que el acero por lo que se requerirá un aporte de calor más rápido para poder efectuar el proceso de soldadura entre las partes del chasis con la armadura y será necesario un precalentamiento de unos 330 grados Celsius siendo casi la mitad de su temperatura de fusión. Esta conductividad se realiza con altos grados de resistividad eléctrica. 1.3 Dilatación térmica Esta aleación de aluminio se dilata dos veces más que el acero al calentarse, lo que puede provocar grandes tensiones internas y deformaciones en el chasis durante el soldeo, también tiene una mayor tendencia a la disminución de la separación en la raíz en las piezas a tope. Pr lo que el soldeo a bajas velocidades y con gran cantidad de metal de aportación incrementaría las deformaciones y la tendencia a la rotura en unión de las mismas juntas. 13 1.4 Oxido de aluminio En presencia de aire, se forma óxido de aluminio con gran facilidad. Este óxido tiene una temperatura de fusión muy elevada, entre 1200ºC y 2000ºC mayor que la temperatura de fusión del aluminio. Por tanto, el aluminio funde antes que su óxido y, cuando esto sucede, la película de óxido impide la fusión entre el metal base y el metal de aportación, por lo que es imprescindible eliminar o retirar la capa de óxido mediante un decapado químico, un fundente, amolado o mediante la acción decapante del arco eléctrico. En el soldeo TIG en arco eléctrico decapa la superficie de la pieza eliminando el óxido y la envoltura del gas inerte previene la contaminación del baño. Puede presentar ocasiones que debido a una mala limpieza queda atrapado algún óxido en el baño de fusión que dará lugar a una imperfección en la soldadura. Es imprescindible limpiar las piezas antes del soldeo con instrumentación de maquinaria de limpieza evitando estas características y posteriormente hacer una breve inspección en las juntas donde el objeto se llevó el proceso de soldadura. Una vez realizado todo este proceso se llevará a cabo las pruebas de esfuerzos a través de un programa a continuación se demuestra los esfuerzos obtenidos del proyecto tomados de la investigación Diseño y fabricación de un chasis de una motocicleta de 125cc 2T para la competición internacional Motostudent de la universidad politécnica de Cartagena 14 Bibliografía: José Antonio Cano Corbalán, Horacio Sánchez Reinoso. (2013). Diseño y fabricación de un chasis de una motocicleta de 125cc 2T para la I competición internacional Motostudent. [archivo pdf]. Colombia recuperado de http://repositorio.upct.es /bitstream/handle/10317/3436/pfc5206.pdf;jsessionid=7234F7ED60A7D3386CD 59BA40479D547?sequence=1 Departamento de formación Lincoln-KD S.A. SOLDEO DE ALUMINIO Y SUS ALEACIONES. [archivo pdf]. España recuperado de https://www.solysol.com.es/data/documents/ soldadura=20aluminio.doc.pdf José Ángel López Carpes, Manuel Estrems, Horacio T. Sánchez Reinoso. Diseño y fabricación de un chasis de una motocicleta de competición usando analogía de plasticidad. [archivo pdf]. Colombia recuperado de http://repositorio.upct.es/xmlui /bitstream/handle/10317/6480/tfg-lopdis.pdf?sequence=1&isAllowed=y West arco, solución integral en unión y corte de materiales, MANUAL DE SOLDADURA. [archivo de pdf]. Colombia recuperado de https://www.westarco.com/westarco/sp/ support/documentation/upload/manualde-soldadura-2015v2.pdf Manual de soldadura & catalogo de productos. [archivo pdf]. 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