comimsa...primeramente agradezco a dios por todas las oportunidades que me da y por darme la fuerza...
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CORPORACIÓN MEXICANA DE INVESTIGACIÓN DE MATERIALES
DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO
COMIMSA
EFECTOS DE LA ABERTURA DE RAÍZ EN LA PENETRACIÓN EN UNIONES
DE RANURA DE BISEL ENSANCHADO CON PROCESO GMAW EN
ACEROS DE BAJO CARBONO
POR
ING. VERÓNICA LETICIA GARCÍA GARCÍA
MONOGRAFÍA
EN OPCIÓN COMO ESPECIALISTA EN TECNOLOGÍADE LA SOLDADURA INDUSTRIAL
SALTILLO, COAHUILA, MÉXICO, A DICIEMBRE DE 2015
CORPORACIÓN MEXICANA DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES
DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO
EFECTOS DE LA ABERTURA DE RAÍZ EN LA PENETRACIÓN EN UNIONESDE RANURA DE BISEL ENSANCHADO CON PROCESO GMAW EN
ACEROS DE BAJO CARBONO
POR
ING. VERÓNICA LETICIA GARCÍA GARCÍA
MONOGRAFÍA
EN OPCIÓN COMO ESPECIALISTAEN TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA INDUSTRIAL
SALTILLO, COAHUILA, MÉXICO, A DICIEMBRE DE 2015
Corporación Mexicana de Investigación en MaterialesGerencia de Desarrollo Humano
División de Estudios de Posgrado
III
Los miembros del Comité Tutorial recomendamos que la Monografía
EFECTO DE LA ABERTURA DE RAÍZ EN LA PENETRACIÓN EN UNIONES
DE RANURA DE BISEL ENSANCHADO CON PROCESO GMAW EN
ACEROS DE BAJO CARBONO", realizada por el alumno (a) VERÓNICA
LETICIA GARCÍA GARCÍA, con número de matrícula 14ES-185 sea aceptada
para su defensa como Especialista en Tecnología de la Soldadura Industrial.
El Comité Tutorial
Dr. Eduardo Hurtado Delgado
Tutor Académico
^Dr. Víctor migo López Cortez
Tutor en Planta
Dra. Argelia Fabiola Miranda
Pérez
Dr. Felipe Arturo Reyes Valdés
Coordinador de Posgrado
Asesor
Corporación Mexicana de Investigación en MaterialesGerencia de Desarrollo Humano
División de Estudios de Posgrado
IV
Los abajo firmantes, miembros del Jurado del Examen de
especialización del alumno VERÓNICA LETICIA GARCÍA GARCÍA, una vez
leída y revisada la Monografía titulada "EFECTO DE LA ABERTURA DE RAÍZ
EN LA PENETRACIÓN EN UNIONES DE RANURA DE BISEL
ENSANCHADO CON PROCESO GMAW EN ACEROS DE BAJO
CARBONO", aceptamos que la referida monografía revisada y corregida, sea
presentada por el alumno para aspirar al grado de Especialista en Tecnología
de la Soldadura Industrial durante la defensa de la monografía correspondiente.
Y para que así conste firmamos la presente a los 12 días del mes de Diciembre
del año 2015.
ftkptrlia rírnárrJ/z, K.MT. Alfonso Ballesteros Hinojosa Qfa. Alejandra Hernández
RodríguezPresidente
Secretario
¿í&rG~Dr. Eduardo Hurtado Delgado
Vocal
AGRADECIMIENTOS
Primeramente agradezco a Dios por todas las oportunidades que me da
y por darme la fuerza necesaria para seguir adelante en el camino.
A mi mamá, Raquel García, por ser mi ejemplo a seguir, por
demostrarme que si se puede lograr lo que se quiere y por darme la mejor
educación. Por ti, estoy aquí.
A Gilberto Ramos, por ser mi apoyo incondicional, por tenerme paciencia
y ayudarme a ser mejor persona.
Agradezco a mi familia por el apoyo incondicional, a mis suegros y mis
cuñados que son mi segunda familia, gracias por siempre apoyarme.
A la Corporación Mexicana de Investigación en Materiales (COMIMSA)
por darme la oportunidad de cursar la Especialidad en Tecnología de la
Soldadura Industrial y al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología
(CONACYT) por el apoyo brindado para llevar a cabo la realización de este
proyecto.
A los maestros por sus enseñanzas y a mis tutores por todo su apoyo. Y
a mis compañeros de trabajo que estuvieron durante todo el camino de la
Especialidad.
A Francisco Oliva por ponerme retos que me ayudan en mi crecimiento
profesional y por todo su apoyo.
A Caterpillar México por haber confiado en mí y por siempre preocuparse
en el desarrollo de sus empleados. Por todas las oportunidades que me da
para mi desarrollo y crecimiento profesional.
Y a todas las personas que fueron parte en este trayecto, que me
ayudaron en la culminación de este proyecto, gracias por todo el apoyo.
VI
DEDICATORIA
A mi mamá, mis hermanos Raquel y Alejandro y a mi esposo Gil:
Esta monografía se la dedico a las personas más importantes de mi vida
que sin duda alguna me ayudan a cumplir mis sueños y me motivan para ser
una mejor persona. Por todo su apoyo, comprensión, cariño, confianza y porque
me impulsan a seguir adelante.
A mi familia y amigos incondicionales que han sido parte de mi vida, que
siempre tienen una palabra de aliento para hacer más fácil este camino.
Vil
ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS v
DEDICATORIA vi
ÍNDICE vii
SÍNTESIS 1
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 2
1.1 Antecedentes 2
1.2 Objetivos 3
1.2.1 Objetivo general 3
1.2.2 Objetivos específicos 3
1.3 Justificación 4
1.4 Planteamiento del problema 4
1.5 Aportación tecnológica 4
1.6 Alcance y delimitaciones 4
CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE 5
2.1 Aceros (1) (2) 5
2.1.1 Proceso de obtención 5
2.1.2 Clasificación de los aceros 8
2.1.3 Aceros de bajo carbono (2) 9
2.1.4 Acero estructural A572 grado 50 (4) 9
2.2 Clasificación de los procesos de unión 11
2.3 Procesos de soldadura 12
2.3.1 Definición de soldadura (5) 12
2.4 Proceso GMAW 12
VIII
2.4.1 Equipo 13
2.4.2 Gases de protección 14
2.4.3 Métodos de transferencia 15
2.4.4 Parámetros de soldadura 17
2.4.5 Electrodos 19
2.4.6 Ventajas del proceso GMAW (8) 19
2.4.7 Desventajas del proceso GMAW (8) 20
2.5 Proceso SAW (9) 20
2.5.1 Ventajas del proceso SAW: 22
2.5.2 Desventajas del proceso SAW: 22
2.5.3 Electrodos (5) (11) 22
2.5.4 Aplicaciones 25
2.5.5 Equipo 26
2.5.6 Fuentes de poder 27
2.5.7 Distancia entre el punto de contacto y la pieza de trabajo "Stickout".... 27
2.5.8 Parámetros y calidad de la soldadura (10) 27
2.5.9 Velocidad de la soldadura 28
2.5.10 Consumibles 29
2.6 Tipos de unión (12) (13) 30
2.6.1 Ranura de bisel ensanchado 30
2.7 Control de calidad en la soldadura (14) 30
2.7.1 Defectos y discontinuidades (5) 31
2.7.2 Ensayos no destructivos (9) 33
2.7.3 Método de inspección visual (16) 33
2.7.4 Método de ultrasonido 34
IX
2.7.5 Evaluaciones pruebas destructivas 36
2.8 Variables que influyen en la penetración de la soldadura 37
2.8.1 Voltaje 37
2.8.2 Corriente de soldadura 37
2.8.3 Polaridad 37
2.8.4 Velocidad de avance 38
2.8.5 Ángulo de electrodo 38
2.8.6 Electrodos 38
CAPÍTULO 3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LA BIBLIOGRAFÍA 39
CAPÍTULO 4. DESARROLLO DEL PROYECTO 41
4.1.1 Elementos a comprobar 41
4.2.1 Metodología 46
CAPÍTULO 5. RESULTADOS Y ANÁLISIS 49
CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES 66
BIBLIOGRAFÍA 68
LISTADO DE FIGURAS 71
LISTADO DE TABLAS 74
RESUMEN AUTOBIOGRÁFICO 75
SÍNTESIS
Este trabajo comprende un estudio acerca del efecto de la abertura de
raíz en la penetración por el proceso GMAW con un acero ASTM grado 50, bajo
carbono, en una unión de soldadura de ranura de bisel ensanchado.
La finalidad del estudio es determinar la abertura de raíz óptima para
lograr la mayor penetración, bajo ciertas variables esenciales establecidas.
En el estado del arte se incluye información del acero de bajo carbono a
ser estudiado, del proceso de soldadura GMAW, características, ventajas y
desventajas del proceso. Y el efecto que tienen los diferentes parámetros en la
penetración.
En el caso de estudio se llevó a cabo un diseño de experimentos para
determinar la abertura de raíz que da una mayor penetración, se presentan los
resultados obtenidos.
CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN
1.1 Antecedentes
Caterpillar fue fundada en el año de 1925 como Caterpillar Tractor Co.
Inicia operaciones de manufactura en México en Julio de 1962 con una planta
de producción. El objetivo de esta empresa es fabricar equipo para movimiento
de tierra para el mercado nacional así como el mercado de exportación. Para
responder a este reto, se basó en políticas de calidad, estándares de
excelencia, el cual buscaba ser reconocida a nivel internacional por la calidad
en sus productos.
Caterpillar México se caracteriza por ser una de las empresas en donde
la gente es la principal productora de sus productos ya que hoy en día, la
mayoría de las soldaduras que se aplican se realizan por medio de gente y no
por procesos automatizados.
Poco a poco, se han ido introduciendo diferentes equipos para poder
contrarrestar las necesidades actuales del mercado. A diferencia de la
soldadura por medio de robots, el factor humano puede llegar a influir en la
calidad de las soldaduras que se aplican.
Actualmente se tienen definidos parámetros para la soldabilidad de
materiales mediante el proceso GMAW en el proceso de soldadura en las
uniones de ranura de bisel ensanchad. Sin embargo se tiene problemas con la
penetración por la variación en la abertura de raíz que se deja al momento de la
aplicación de la soldadura.
Las uniones soldadas son diseñadas primeramente para cumplir con los
requerimientos de esfuerzo y desempeño de la junta. La junta debe de ser
accesible para el operador al momento de la aplicación del cordón de soldadura
así como para el inspector para poder evaluarla. El diseño de la unión es uno
de los factores importantes en la industria ya que no solamente se utiliza para la
funcionalidad de las juntas sino también para cumplir con los requerimientos de
diseño de la parte a fabricar.
La selección de la soldadura de ranura, el ángulo de ranura, la cara y la
abertura de raíz dependen del proceso de soldadura y del procedimiento a ser
utilizado y de las propiedades físicas del material base a ser unido. Algunos
procesos de soldadura proporcionan una mayor penetración que otros.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general
Determinar la abertura de raíz óptima que permita asegurar una
soldadura sana y una penetración adecuada utilizando ciertas variables
esenciales con el proceso de soldadura por arco metálico y gas, GMAW, por
sus siglas en inglés.
1.2.2 Objetivos específicos
• Recopilar y analizar bibliografía de las variables de soldadura que
afectan la penetración en juntas.
• Realizar caso de estudio para determinar la abertura de raíz máxima
para obtener la penetración deseada.
1.3 Justificación
Establecer las condiciones óptimas que permitan desarrollar soldaduras
sanas y de buen tamaño que aseguren el cumplimiento de los estándares de
calidad y del diseño de los componentes en uniones de bisel ensanchado.
1.4 Planteamiento del problema
Tener la abertura de raíz y los parámetros óptimos para evitar la falta de
penetración que pueda ocasionar fallas en campo. Pero hasta ahora no se ha
realizado un estudio sistemático del comportamiento de esta variable de
entrada.
El incumplimiento en los tamaños de soldadura es un factor importante
en la resistencia de las uniones. Tamaños menores de soldadura representan
una resistencia menor en la unión soldada. Siendo de vital importancia el diseño
apropiado de estas uniones que aseguren y faciliten el cumplimiento de la
sanidad y tamaños de soldadura.
1.5 Aportación tecnológica
Cumplimiento de los tamaños de soldadura en uniones de bisel
ensanchado que aseguren la calidad y la integridad mecánica de las uniones
realizadas mediante el proceso de soldadura GMAW.
1.6 Alcance y delimitaciones
Este estudio se basó en analizar y establecer la óptima separación de
ranura que permita obtener el tamaño de soldadura adecuado en ranuras de
bisel ensanchado bajo ciertos parámetros de soldadura del proceso GMAW en
aceros estructurales ASTM A572 grado 50. Se analizará el efecto del primer
cordón de soldadura aplicado por el proceso GMAW; el efecto del cordón de
vista aplicado por el proceso SAW no será estudiado.
CAPITULO 2. ESTADO DEL ARTE
2.1 Aceros (1) (2)
2.1.1 Proceso de obtención
Las aleaciones ferrosas son aleaciones de hierro y carbono en donde se
incluyen los aceros de bajo carbono, aceros aleados, aceros fundidos, aceros
inoxidables y de herramienta. Se pueden producir de dos maneras: por medio
de la refinación del mineral de hierro o reciclando chatarra (En la Figura 2. 1 se
muestra el diagrama del proceso de la obtención del acero). Para poder obtener
el acero, se calienta en un alto horno el mineral de hierro junto con coque
(carbono) y oxígeno. La función del carbono es reducir el óxido de hierro para
poder obtener arrabio líquido además de que se produce monóxido y bióxido de
carbono. Se le añade piedra caliza que ayuda a eliminar las impurezas y esto
en conjunto se funde para poder obtener escoria líquida. Ya que el arrabio
líquido contiene gran contenido de carbón, se tiene que introducir en un horno
de oxigenación o de aceración para poder eliminar el carbón excedente y ahora
si poder obtener hierro líquido.
Como se mencionó anteriormente, otra de las formas para obtener el
acero es reciclando chatarra. Ésta se tiene que introducir en un horno de arco
eléctrico, el cual funde el metal. El horno eléctrico también tiene la capacidad de
poder producir aceros especiales y aceros aleados.
Muta
K J.
\ piedra cali/j
Hoim> de oxiden
Mu
fíarnt
Aire
(oxígeno)
< i ti.n i u
úv ai. ero
Coqoe
Mu i n> líquíd"
Homo eiii trit v de ano
Accra
Acero
Metal
líquido
Figura 2.1 Diagrama que representa de donde se obtiene el acero (3)
11 .
uV Ui •
•
.
Zona de-educcidn
i i ¡tas va j la plasta, puracit'n
1 • i i
11.1 de insii'ii
/l IIVI ÜLciuntwstii'w
¡¡cor» fundicb
¡cito derretido
Figura 2. 2Corte transversal en donde se muestra el proceso del alto horno (1)El acero líquido que se obtiene del alto horno, se pasa después por
moldes para producir fundiciones de acero. Se consolida de tal forma que sepuede conformar para laminado o forjado. Para esto, se funde de maneracontinua como se representa en la Figura 2. 3.
Figura 2. 3Colada continua en vertical para la producción de productos de acero (3)
8
2.1.2 Clasificación de los aceros
Los aceros al carbono y de baja aleación se clasifican de acuerdo a su
composición. Los aceros de mayor aleación se pueden clasificar de acuerdo a
su composición, microestructura, especificación o aplicación.
Una de las maneras más fácil para clasificar a los aceros es por su
composición química. Se pueden añadir diferentes elementos al hierro con el fin
de lograr propiedades y características específicas. Estos elementos aleantes
pueden ser: carbono, manganeso, níquel, molibdeno, cromo, silicio, vanadio,
niobio, cobre, aluminio, titanio, cobalto y tungsteno. Cada uno de los diferentes
elementos, le añade una función específica. En general, la mayoría de los
aceros se les añade carbono, silicio y manganeso.
El Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI, por sus siglas en
inglés) y la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE, por sus siglas en inglés)
durante muchos años, al carbono, aceros de baja aleación han sido clasificados
por un sistema diseñado por SAE y eventualmente por la AISI. Los aceros se
clasifican de acuerdo a su composición "AISI/SAE" antes del código de acero,
por ejemplo: AISI/SAE 1040, en el código de designación de 4 o 5 dígitos los
últimos 2 o 3 dígitos representan el contenido de carbono, se utilizan 3 dígitos
para aceros con un contenido de carbono del 1% y superior) y los primeros dos
dígitos representan su clase de composición. El "10" representa la clase de
aceros al carbono y el "40" se refiere al contenido de carbono de 0.40% C.
La Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas
en inglés) no se basa en la composición sino en la aplicación. Éste ha creado
un sistema de especificaciones que contienen las propiedades mecánicas,
composición química así como otras características que son requeridas para los
hierros fundidos y los aceros. No solamente se enfoca a metales ferrosos sino
también incluye a otros materiales como lo son cemento, caucho, madera, entre
otros.
La Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) creó un
sistema parecido al de ASTM pero solamente se enfoca para calderas e
intercambiadores de calor de aceros.
2.1.3 Aceros de bajo carbono (2)
Los aceros de bajo carbono contienen hasta un 0.30% de C. La mayoría
de esta categoría son productos laminados planos de hojas o tiras
generalmente laminados en frío y recocido.
Los aceros de bajo carbono constituyen una categoría de materiales
ferrosos que tienen propiedades mecánicas superiores a los aceros al carbono,
que son el resultado de agregar elementos aleantes como níquel, cromo y
molibdeno.
La principal función de muchos aceros de bajo carbono es que los
elementos aleantes incrementan la resistencia mecánica de manera que
optimizan las propiedades mecánicas así como la tenacidad después de un
tratamiento térmico. En algunos casos, se agregan elementos aleantes para
reducir la degradación.
2.1.4 Acero estructural A572 grado 50 (4)
Los aceros estructurales A572 grado 50 son parte de la familia de los
aceros de alta resistencia y baja aleación, se caracterizan por tener buenas
propiedades y buena soldabilidad en comparación con los aceros al carbono.
Se utilizan principalmente para la construcción de puentes estructurales así
como en la manufactura de maquinaria.
10
En las siguientes tablas se muestra las propiedades mecánicas,
composición química y el tamaño máximo de espesor que se puede tener para
un acero estructural grado 50.
Tabla 2. 1 Máximo espesor del producto o tamaño (4)
Mínimo
esfuerzo de Máximo espesor del producto o tamañocedencia
Brida de forma
Grado ksi (MPa)Placas y barras
estructural o
grosor de laLámina
Z's y T's
roladaspierna,
in (mm) in (mm)
42 (290) 42 (290) 6 (150) todos todos todos todos
50(345) 50 (345) 4 (100) todos todos todos todos
55 (380) 55 (380) 2 (50) todos todos todos todos
60(415) 60 (415)1
1/4(32) 2 (50) todos todos
65(450) 65 (450)1
1/4(32) 2 (50)
no
disponibletodos
Tabla 2. 2 Composición química ASTM A572 (% en peso) (4)
Composición química
Silicio, máx. %
Diámetro,Brida de
espesor oforma Placas Placas
distancia
entre caras
paralelas, in
estructural
o grosor
de la
GradoCarbono,
máx.%
Manganeso,máx.%
Fósforo,máx- %
Sulfuro,máx.%
hasta 1
1/2 in
(40mm)
arriba de
1 1/2 in
(40mm)
placas obarras
pierna, in(mm)
grosor grosor
6(150) Todos 42 (290) 0.21 1.35 0.030 0.030 0.40 0.15-0.40
4(100) Todos 50 (345) 0.23 1.35 0.030 0.030 0.40 0.15-0.40
2(50) Todos 55 (380) 0.25 1.35 0.030 0.030 0.40 0.15-0.40
1 1/4(32) <2 (50) 60(415) 0.26 1.35 0.030 0.030 0.40
> 1/2-1 1/4
(13-32)> 1-2(25-
50)65 (450) 0.23 1.65 0.030 0.030 0.40
<1/2(13) <1 65 (450) 0.26 1.35 0.030 0.030 0.40
I
Tabla 2. 3 Propiedades mecánicas ASTM A572 (4)
Propiedades mecánicas
Grado
Esfuerzo de cedecia,min
Ksi (MPa)
Resistencia la
ksi
tensió
(MPa)
42 (290) 42 290 60 415
50 (345) 50 345 65 450
55 (380) 55 380 70 485
60(415) 60 415 75 520
65 (450) 65 450 80 550
11
Mínimo %de
elongaciónen 8 in en 2 in
(200mm) (50mm)
20 24
18 21
17 20
16 18
15 17
2.2 Clasificación de los procesos de unión
Los procesos de unión se clasifican en:
• Proceso de unión manual: Un procedimiento de soldadura se considera
como manual cuando es completamente hecho a mano. El soldador
controla totalmente la manipulación, velocidad de desplazamiento y en
algunos casos la velocidad la cual el metal de aporte se une con la
soldadura. Cuando se manipula el electrodo o el movimiento de la
antorcha puede afectar al tamaño y forma de la soldadura.
• Proceso de unión semiautomática: La diferencia con el proceso
manual es que el metal de aporte se lleva a cabo por un sistema de
alimentador automático. Esto ayuda a que las soldaduras se apliquen
más uniformemente y con mayor calidad.
• Proceso de soldadura mecanizada: La soldadura con el equipo que
requiere de ajuste manual de los controles del equipo dependiendo de la
observación del operador en la soldadura.
• Proceso de unión automática: Los procesos de unión automática no
requieren ajustes constantes por parte del operador. El operador juega
un rol muy importante en cuanto al control de la calidad de la soldadura
ya que en caso de que se presenten discontinuidades, éste debe de
informar al personal de mantenimiento o programación para que arregle
12
el problema. El ciclo del funcionamiento en este es controlador por un
procesador. Se requiere de mayor inversión inicial en cuanto el equipo,
pero éste es capaz de almacenar diferentes programas en la memoria,
de manera que dependiendo del tipo de configuración que se requiera
soldar, este se pueda seleccionar por medio del equipo.
El proceso de soldadura GMAW puede ser un proceso semiautomático o
automático dependiendo de la aplicación de la soldadura. Más comúnmente, se
utiliza la aplicación semiautomática. Ésta depende de la habilidad del operador
ya que previamente se ajustan solamente ciertos parámetros como lo son el
voltaje y la corriente y se regulan de forma automática por medio del equipo
pero la el arrastre se lleva a cabo por medio de una pistola manualmente por el
operador.
2.3 Procesos de soldadura
2.3.1 Definición de soldadura (5)
Según la Sociedad Americana de soldadura (AWS), por sus siglas en
inglés, la soldadura se define como el proceso de unión de materiales en el cual
existe coalescencia, calentando a cierta temperatura ya sea con o sin aplicación
de presión y con o sin material de aporte.
2.4 Proceso GMAW
El proceso de soldadura por arco, (GMAW por sus siglas en inglés)
soldadura por arco metálico y gas, es muy utilizado hoy en día en la industria
debido a que es un proceso que tiene alta productividad a un costo que es
relativamente bajo.
El proceso de soldadura GMAW es un proceso muy económico porque
tiene alta velocidad y altos rangos de deposición que los procesos manuales;
además que no requiere que frecuentemente el proceso se detenga para hacer
13
cambio de electrodos. Se requiere de mínima limpieza después de la aplicación
del cordón de soldadura debido a la poca presencia de escoria que se forma.
No requiere de mucha habilidad por parte del operador ya que a
diferencia de otros procesos de soldadura, éste es un proceso semiautomático;
el principio de operación de este proceso se basa en la alimentación automática
de un electrodo continuo, que es llamado consumible, el cual hace un arco
eléctrico con la pieza de trabajo y éste es protegido mediante un gas, que es
llamado gas de protección.
2.4.1 Equipo
El equipo convencional que se utiliza para este proceso de soldadura
consiste en una fuente de poder, en un alimentador del alambre de soldadura,
la pistola de soldadura y un regulador del gas protector. Cuando se utiliza una
máquina con voltaje constante, el amperaje se controla por medio de la
velocidad de alimentación del alambre; entre mayor sea la velocidad, mayor
será el amperaje.
Bombona de gaspro»***
Itaniaú de control
1 atmantacK» del hilo
Bobinad* Mo
Catte principalde tatúenle
«nexión del contocto
da la fuerte de suminisrtro
Dfltfl '-** i; ej#J|dJMÍQnde toldadura
Figura 2. 4 Equipo de soldadura por arco metálico con gas protector. (6)
Tobara
Gane pu*a**3í
i • anta <*b ira
• ucto da) gas _
CotmnH <*e soldadura .'
Figura 2. 5 Pistola de soldar para GMAW. (7)
La fuente de poder utilizada para este proceso suministra energía
eléctrica al electrodo y a su vez a la pieza de trabajo de modo que produce el
arco eléctrico. Se utiliza corriente continua con electrodo positivo (DCEP). La
terminal negativa es conectada a la pieza de trabajo y la positiva va directo a la
antorcha; a esto suele llamársele polaridad inversa. La conexión DCEP produce
un arco estable, pocas salpicaduras, transferencia del metal más uniforme y a
su vez una buena penetración.
2.4.2 Gases de protección
El gas de protección que utiliza la soldadura GMAW tiene como objetivo
aislar al charco de soldadura de los gases que se presentan en el ambiente,
esto con el fin de evitar que se introduzcan dentro del cordón de soldadura para
así evitar que la contaminen y tenga defectos al momento de la aplicación. Otra
de las funciones del gas de protección es estabilizar el arco eléctrico. Las
mezclas más comunes que se emplean son con Argón (Ar) ya que éste provee
buena apariencia del cordón de soldadura, ayuda a la reducción de
salpicaduras, menor generación de humo y provee una transferencia más
estable del metal.
14
15
Capada y^L protactoi
Figura 2. 6 Soldadura por arco de metal con gas protector GMAW. (6)
Para poder definir qué tipo de transferencia del metal a la pieza se va a
utilizar se tienen varios factores que influyen en la forma de la transferencia;
éstos son:
• Tipo de corriente
• Gas de protección
• Características de la fuente de alimentación
• Longitud libre de alambre
• Diámetro y composición del alambre
2.4.3 Métodos de transferencia
Existen 4 métodos de transferencia del proceso GMAW.
• Transferencia globular: En el extremo del alambre se va formando la gota
hasta que ésta cae por gravedad. Este tipo de transferencia provoca un
arco inestable y poca penetración con gas activo. Se emplea para
espesores delgados y cuando se necesita reducir la temperatura
aportada.
16
"~-T----r*r'
— . ——.——-1
Figura 2. 7 Transferencia globular (6)
Transferencia por corto circuito: Se produce cuando la intensidad y
tensión son bajas. El electrodo hace contacto con el metal depositado
antes de que la gota crezca y se haga demasiado grande. Cuando se
produce el cortocircuito se extingue el arco, la gota cae y hace fusión y
se vuelve a re-establecer el arco. Esta transferencia se puede aplicar en
todas las posiciones.
•2Z¿ ....
Figura 2. 8 Transferencia globular (6)
Transferencia arco-spray: En esta transferencia las gotas son demasiado
pequeñas, éstas caen del alambre y hacen fusión, la velocidad de las
gotas es continua debido a que el arco es continuo. Se obtiene con
voltajes y corrientes altas. Se emplea cuando se tienen espesores
gruesos, se tiene que utilizar un alambre grueso y gases inertes para que
favorezca a este tipo de transferencia. Generalmente se utiliza solo en
posición horizontal ya que en otras posiciones se puede escurrir.
Transferencia por arco pulsado: Se produce por pulsos a través de
intervalos regularmente espaciados. Se parece a la transferencia de
17
arco-spray pero tiene una intensidad mucho menor. Durante el pulso de
baja intensidad se calienta el alambre y cuando entra la corriente pico, la
gota cae. Con este tipo de transferencia es mucho menor la entrada de
calor por lo que se producen menos deformaciones en el material
además de que se puede utilizar para soldar en varias posiciones. La
fuente de poder que se utiliza debe de ser de corriente pulsada y ésta es
mucho más cara además que solo se pueden hacer mezcla de gases
con poco contenido de dióxido de carbono.
2.4.4 Parámetros de soldadura
Para poder tener cordones con una buena calidad y buenas
características, se tienen que tener en cuenta diferentes parámetros que
ayudarán a determinar el tipo de transferencia, la forma del cordón, la
penetración, resistencia, entre otras.
Los parámetros fundamentales son:
• Tipo de corriente y polaridad: En el proceso de soldadura GMAW se
acostumbra a utilizar corriente continua y un electrodo al positivo de
polaridad inversa. La polaridad directa se utiliza cuando no se requiere
de mayor penetración. En GMAW no se utiliza la corriente alterna ya
que genera un arco inestable.
• Extensión libre del alambre: La corriente se transmite por medio del tubo
de contacto. Se le considera a la distancia desde el extremo del alambre
hasta el tubo de contacto. Si es demasiado excesiva, puede generar
poca penetración y provocar porosidad. La longitud recomendada es de
6 a 12mm para GMAW a diferencia de otras transferencias que va de
los 12 a 25mm.
del futo dr i
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18
Figura 2. 9 Posiciones distintas del tubo de trabajo y de la boquilla en relación al trabajo(6)
• Tensión: Se mide en voltios y se regula directamente de la máquina de
soldar. Influye en la transferencia; si es alta, los cordones tendrán poca
penetración y cuando es baja, los cordones tendrán una forma abultada.
Si aumenta la longitud de arco, también se incrementará la tensión.
• Velocidad del alambre: La velocidad de salida se relaciona con la
intensidad; a mayor velocidad, habrá una mayor intensidad y en efecto
mayor deposición. Cuando se regula la velocidad del alambre, en
consecuencia se regula también la intensidad para que no llegue más
alambre del necesario y pueda chocar con la pieza, si esto ocurre,
puede llegar a fundir a la boquilla.
• Velocidad de avance, inclinación de la pistola y dirección: Cuando la
velocidad es baja, se tiene mayor penetración siempre y cuando los
parámetros sean constantes. Si la velocidad es baja y la intensidad de
corriente alta, se puede calentar en exceso la pistola de soldar. Si la
velocidad es muy alta no se producirá una buena soldadura. En cuanto
a la dirección, se puede soldar hacia la derecha o hacía la izquierda.
• Flujo y tipo de gas: Se selecciona el tipo de gas de acuerdo al tipo de
transferencia a soldar. El flujo va a depender del diámetro del alambre
que aproximadamente es de 10 litros por cada milímetro de diámetro del
alambre.
19
2.4.5 Electrodos
Los electrodos en el proceso GMAW ayudan a estabilizar el arco,
proporcionan el material de aporte en el depósito de la soldadura, dependiendo
del electrodo que se utilice, tienen diferentes funciones como:
• Evitar contaminación ya que protege con el gas.
• Proveer desoxidantes y fundentes para tener un cordón de soldadura
más limpio
• Mejoran las propiedades mecánicas con los diferentes elementos de
aleación.
La AWS, clasifica los electrodos de acuerdo a la siguiente tabla:
Tabla 2. 4 Clasificación AWS electrodos GMAW
Tipo de electrodoEspecificación de la
AWS
Acero al bajocarbono
Acero de bajaaleación
A5.18
A5.28
2.4.6 Ventajas del proceso GMAW (8)
• GMAW es el único proceso de electrodo consumible que tiene la
capacidad de soldar la mayoría de las aleaciones comerciales que
existen.
• Como electrodo continuo, tiene un mayor ciclo de arranque y de
detenerse que el proceso SMAW por lo que disminuye el número de
discontinuidades y aumenta las tasas de deposición.
• Ya que no se tiene que detener la soldadura para cambiar los electrodos
que se consumen, las soldaduras largas continuas se pueden realizar
manualmente.
• GMAW se puede adaptar fácilmente a procesos completamente
automáticos.
20
Con transferencia corto circuito, se pueden soldar todas las posiciones.
Tiene una mayor utilización del metal de aporte a comparación del
proceso SMAW, no existe perdida como con el extremo superior del
electrodo SMAW no consumido.
Con la transferencia spray, se logra una penetración mayor; tiene mayor
deposición que el proceso SMAW y se pueden soldar filetes de menos
tamaño con la misma fuerza.
Se pueden soldar metales delgados hasta 0.58mm.
A diferencia de otros procesos de soldadura, este es más fácil de
entenderse.
No hay limitaciones prácticas con respecto al espesor.
Casi no se tienen salpicaduras y no produce escoria teniendo los
parámetros bien ajustados. No se tienen que tener preparaciones
adicionales para la aplicación de la soldadura en la superficie.
2.4.7 Desventajas del proceso GMAW (8)
• El equipo es más caro, menos portátil y más complejo que el del proceso
SMAW.
• Es difícil la aplicación en lugares estrechos ya que la pistola de soldar es
grande y el cable tiene difícil manipulación por ser algo rígido e inflexible.
• Se limita a soldar al aire libre, se deben de utilizar pantallas para evitar
que el aire influya en el gas de protección. GMAW no se puede llevar a
cabo cuando el aire es mayor a 5 millas/hora (8 kilómetros /hora).
2.5 Proceso SAW (9)
La soldadura por arco sumergido (SAW), por sus siglas en inglés, es uno
de los métodos de aplicación de alta productividad cuando se lleva a cabo
utilizando aplicación de soldaduras mecánicas. Una de las ventajas que tiene es
que se puede usar 1-3 electrodos de alambre continuo. Puede ser un sistema
automático o semi automático (con el uso de una pistola manual como en el
proceso de GMAW, soldadura de gas inerte).
21
A diferencia del proceso GMAW, que utiliza un gas de protección, el
proceso SAW utiliza un fundente que se alimenta por medio de una tolva que
cae por efecto gravedad y este cubre totalmente al arco de soldadura. Se
establece el arco eléctrico entre el contacto del electrodo y la pieza a ser
soldada. El arco y el metal fundido se protegen por medio del fundente granular
que cae encima de la pieza de trabajo. (Ver Figura 2. 10).
Corriente
DCoAC
Escoria
COAlambre
Fundente de
soldadura
Metal de soldadura Charco fundido Pieza de trabajo
Tubo de contacto
Electrodo
boquilla
Escoria
Metal de
soldadura
sc-Udo
¿- Metal de **«soldadura fundido
. Dirección do _
desplazamiento
Fundente en
desde la tota
Fundentegranular
Meta) base
Figura 2.10 Diagrama esquemático del proceso SAW (10)
La soldadura se puede llevar a cabo con corriente directa, DC o alterna
AC. Si los parámetros de soldadura son óptimos, la calidad de la soldadura es
22
uniforme, con apariencia brillante y sin faltas en fusión de la unión a ser
soldada. En comparación con GMAW, No hay salpicaduras en la soldadura. Es
necesario el uso de fundente y éste se suministra automáticamente a la
soldadura y se puede recuperar como parte del mismo proceso.
2.5.1 Ventajas del proceso SAW:
• Alta tasa de deposición
• Penetración profunda, lo que permite que haya una reducción en el
material de aporte
• Tiempo de arco efectivo
• Alta calidad de la soldadura
• Un entorno de trabajo mejor comparado con otros procesos de arco
2.5.2 Desventajas del proceso SAW:
• Solo para posiciones plana y en posición horizontal solo para filetes.
• Se requiere tener un control de los fundentes a utilizar ya que se deben
de tener bien seleccionados tanto el voltaje y corriente ya que si llegara a
existir una variación puede cambiar la composición química y las
propiedades mecánicas en el metal depositado.
• El equipo que se utiliza es muy costoso.
• Y cuando se hacen pases múltiples, es necesario estar removiendo la
escoria con el fin de no generar inclusiones.
2.5.3 Electrodos (5) (11)
Según la AWS los fundentes que se utilizan en la soldadura de arco se
clasifican de acuerdo a las propiedades mecánicas que son resultado del
depósito de soldadura en conjunto con un electrodo específico. Las
propiedades mecánicas que se utilizan para la clasificación son la resistencia al
impacto y la resistencia a la tensión.
23
Para el proceso de arco sumergido, la clasificación según la AWS de los
electrodos que se utilizan es de la siguiente manera:
FXXX-EXXX
F- Indica el fundente
X- Indica la mínima resistencia a la tensión en incrementos de 10,000 psi
(69MPa) de metal depositado con el fundente y electrodo utilizado.
X- Indica el estado de tratamiento térmico en el cual se realizaron las pruebas.
"A" como soldado y "P" para después de la soldadura. El tiempo y temperatura
del PWHT son como los especificados.
X- Indica la mínima temperatura a la cual la resistencia al impacto del metal de
soldadura, ya mencionado anteriormente, cumpla o exceda 20ft*lb (27J).
E- Indica si es un electrodo sólido (E) o (CE) si es un electrodo compuesto.
X- L (bajo), M (medio) o H (alto) contenido de manganeso o C (electrodo
compuesto)
EXXX- Es la clasificación del electrodo usado en la producción de soldadura.
La clasificación de los electrodos se basa en normas y especificaciones.
La AWS establece normas que se deben de utilizar para ver que los
consumibles cumplan.
Estas son:
• ANSI/AWS A5.17 Para electrodos y fundentes de acero al carbono.
• ANSI/AWS A5.23 Para electrodos y fundentes de acero de baja aleación.
En la Tabla 2. 5 se muestra como se divide en 3 tipos de clase
dependiendo del % de manganeso que tienen los electrodos y a su vez con qué
letra se clasifica.
24
Tabla 2. 5 Clasificación de electrodos según % manganeso (11)
Letra Clase
L Bajo manganeso
M Medio manganeso
H Alto manganeso
%Mn
(máx.)
0.60
1.25
2.25
En la Tabla 2. 6 se puede encontrar la composición química de los diferentes
electrodos clasificados según la AWS.
Tabla 2. 6 Clasificación de electrodos según composición química (% en peso) (11)
Clasificación
según AWSMn Si Cu
Total de
otros
elementos
Electrodos de bajo manganeso
EL8 0.10 .30-.55 0.05 0.035
EL8K 0.10 .30-.55 .10-.20 0.035
EL12 .07-.15 .35-.60 0.05 0.035
Electrodos de medio manganeso
EM5K 0.06 .90-1.40 .40-.70 0.035
EM12 .07-.15 .85-1.25 0.05 0.035
EM12K .07-.19 .85-1.25 .15-.35 0.035
EM13 .07-.19 .90-1.40 .45-.70 0.035
AM15K .12-.20 .85-1.25 .15-.35 0.035
Electrodos de alto manganeso
1.75-
EH14 .10-.18 2.25 0.05 0.035 0.03
0.03 0.30 0.50
0.03 0.30 0.50
0.03 0.30 0.50
eso
0.03 0.30 0.50
0.03 0.30 0.50
0.03 0.30 0.50
0.03 0.30 0.50
0.03 0.30 0.50
0.30 0.50
25
Tabla 2. 7 Propiedades mecánicas para la clasificación del fundente para el procesoSAW (11)
AWS Esfuerzo de Esfuerzo de Elongación
Clasificación del tensión i:edencia en 2"
fundente Ksi Mpa Ksi Mpa (51 mm)
F6X-EXXX 62-80 430-550 50 345 22
F7X-EXXX 70-95 485-655 60 415 22
F8X-EXX-X 80-100 550-690 68 470 20
F9X-EXXX-X 90-110 620-760 78 540 17
F10X-EXXX-X 100-120 690-825 88 605 16
F11X-EXXX-X 110-130 760-895 98 675 15
F12X-EXXX-X 120-140 825-965 108 755 14
Tabla 2. 8 Propiedades de impacto para la clasificación del fundente para arcosumergido (11)
Dígito Resistencia al impacto
Z No requerimiento de impacto.
O 20 ft-lb a 0eF (27Ja-18QC)
2 20 ft-lb a -20eF (27J a -29QC)
4 20 ft-lb a -40SF (27J a -40QC)
6 20 ft-lb a -60QF (27Ja-51eC)
8 20 ft-lb a -80QF (27J a -62SC)
10 20ft-lba-1009F (27J a -73eC)
15 20ft-lba-150QF (27Ja-101QC)
2.5.4 Aplicaciones
El proceso de soldadura por arco sumergido se puede utilizar para soldar
espesores mayores a 1.5mm. Se maneja principalmente para soldaduras a tope
y de filete en posición horizontal. Se puede también aplicar revestimientos en
aceros inoxidables o para hacer un material más resistente al desgaste, como
27
2.5.6 Fuentes de poder
Para arco sumergido, se utilizan para corrientes que van de 800 a
1600A, generalmente se utilizan corrientes elevadas teniendo 100% ciclos de
trabajo de voltaje constante. También se pueden usar con máquinas de
corriente alterna.
2.5.7 Distancia entre el punto de contacto y la pieza de trabajo
"Stickout"
Cuando se aumenta la distancia entre el punto de contacto y el arco hace
que tenga un calentamiento en la resistencia del alambre, haciendo que se
tenga una mayor tasa de deposición, entre 20-50% de aumento por lo que la
velocidad de la soldadura puede ser más rápida. Sin embargo existe el riesgo
de que se tengan defectos en la raíz si el cable no está guiado y alineado en la
soldadura.
2.5.8 Parámetros y calidad de la soldadura (10)
Los parámetros en la soldadura por arco sumergido, así como en otros
métodos de soldadura por arco, afectan en las características y en la calidad de
la unión a ser soldada.
Las variables que afectan son:
Velocidad de la soldadura
Polaridad
Corriente de arco
Voltaje de arco
Tamaño y forma del alambre de la soldadura
El ángulo del alambre de relleno
El número de hilo de soldadura
La distancia entre el punto de contacto y la pieza de trabajo "stickout"
28
• El tipo de fundente (ácido, neutral o base)
• Y el uso adicional de alambre o aditivo de polvo de metal
2.5.9 Velocidad de la soldadura
Como se puede apreciar en la Figura 2. 12 se puede apreciar en la
sección transversal, que la velocidad de la soldadura tiene un efecto importante
afectando la penetración que se puede conseguir y además del ancho del
cordón. Teniendo una alta velocidad de la soldadura se tendrá un cordón más
estrecho y con menor penetración. Además puede provocar que se presenten
defectos como lo son socavación, poros, defectos en la raíz, falta de fusión y el
efecto de soplo magnético. Sin embargo, teniendo una velocidad demasiado
lenta de aplicación de soldadura, puede provocar que se presenten grietas de
solidificación. Se produce demasiada cantidad de soldadura que se puede tener
soldaduras des uniformes y se pueden presentar inclusiones de escoria.
70 em'mín
50 cm-'min
30 cm.'min
Figura 2.12 Efecto de la velocidad de la soldadura en la apariencia de la soldadurateniendo valores de corriente y voltaje constante (10)
Como se puede observar en la Figura 2. 13 la polaridad también tiene un
efecto en la penetración de la soldadura. Si el alambre de relleno es positivo,
tendrá mucho mayor penetración a que si es negativo. Cuando se lleva a cabo
un revestimiento, se recomienda utilizar polaridad negativa con el fin de evitar
que se mezcle el material base con el de revestimiento. Si se utiliza polaridad
negativa, la velocidad de fusión aumenta en un 30%.
29
Figura 2.13 Efecto de la polaridad del alambre en la penetración (10)
Como se muestra en la Figura 2. 14 teniendo un alto voltaje de arco se
obtiene un cordón de mayor anchura pero con menor penetración. Además que
como es mayor la cantidad de fundente aplicado hace que sea más difícil el
quitar la escoria fría.
Teniendo un alto voltaje puede provocar que se socave más sin embargo
con poco voltaje existe el riesgo de que la soldadura sea convexa y haya una
mala fusión. Por eso es importante tener bien controlados los parámetros y que
sean los ideales para lograr la calidad y penetración necesaria.
I..?.•••••? ;..*24V 28V 32V 38V 40V
Figura 2.14 Efecto del voltaje en la apariencia del cordón de soldadura (10)
2.5.10 Consumibles
La correcta selección de los consumibles, tanto del fundente como el
metal de aporte, son importantes para la calidad de la soldadura. Siempre se
busca como principal objetivo que se logre una buena unión entre el metal de
soldadura y el metal base, teniendo una composición similar a la del material
base y buscando una buena resistencia de la soldadura. Cuando se utiliza una
fuerte cantidad de elementos aleantes en el fundente en la unión con muchos
pases, puede haber un riesgo de que los elementos aleantes se salgan del
material de los pases anteriores.
30
2.6 Tipos de unión (12) (13)
Existen 5 tipos de unión y cada una tiene diferentes soldaduras aplicadas
y símbolos de soldadura. Se analizará los cordones aplicados que tienen ranura
de bisel ensanchado como se muestra en la Figura 2.15.
Símbolo de soldadura
/ \
l I f i\ /
v. s
"Ti
Ranura de bisel ensanchado
Figura 2.15 Símbolo de soldadura (5)
2.6.1 Ranura de bisel ensanchado
Se refiere a la soldadura en una ranura formada entre un miembro de unión con
una superficie curva con otra superficie plana.
2.7 Control de calidad en la soldadura (14)
La calidad en general se puede determinar por diferentes técnicas de
inspección como son ensayos destructivos y no destructivos. La selección del
método va en función de los materiales que se utilizan y de la geometría de las
uniones o componentes. Una inspección puede revelar defectos que resultan
tanto de los materiales como del proceso. Antes de que la soldadura sea
aplicada, es necesario evaluar la calidad de los componentes que se requieren
para la formación de una buena unión.
Se pueden utilizar diferentes pruebas no destructivas para determinar el
tipo de defecto que se presenta en la soldadura. Muchos de los defectos son
31
causados por el soldador ya sea por falta de habilidad o de cuidado. De igual
manera, los ensayos no destructivos se deben realizar correctamente; para
esto, se requiere de una persona bien entrenada para llevar a cabo la
evaluación.
Una prueba no destructiva de evaluación simple y de bajo costo es una
inspección visual. Con esta, se pueden identificar varios defectos. Los defectos
de soldadura por arco son principalmente de geometría, que incluyen
soldaduras deformes, bajo tamaño, relleno de soldadura incompleta, entre
otros. Estos defectos pueden ser inducidos por el soldador. Si no se tiene un
criterio de nivel de aceptación de soldadura, el diseñador es responsable de
seleccionar el nivel de calidad requerido en base a alguna especificación. (14)
2.7.1 Defectos y discontinuidades (5)
Tanto las discontinuidades como los defectos son interrupciones en la
estructura base de una soldadura. Un defecto según la AWS, es "una
discontinuidad o discontinuidades, que por su naturaleza o por el efecto
acumulado (por ejemplo, porosidad o longitud de la inclusión de escoria total
que inutiliza una pieza o producto) lo hacen incapaz de cumplir con las mínimas
especificaciones o normas de aceptación aplicables. (5)
Es decir, que un producto aceptable puede tener una o varias
discontinuidades, pero ninguna soldadura puede contener defectos.
Existen diferentes tipos de discontinuidades, en este caso solo se
tomarán en cuenta la falta de penetración o también llamada penetración
incompleta.
La penetración incompleta se puede dar por diferentes circunstancias:
• Corriente de soldadura insuficiente: Los metales que tienen un mayor
espesor la mayoría de las veces se precalientan para que el calor de la
soldadura no se disipe de manera rápida que no se pueda penetrar en la
junta.
32
Diseño de junta inapropiado: Esto ocurre cuando las juntas son
accesibles de ambos lados. Se hace una hendidura en la parte de atrás
de la soldadura para asegurar que haya una fusión completa en la raíz.
Encaje de junta inapropiado: Ocurre cuando las juntas no se preparan o
no encajan exactamente. Una abertura demasiado pequeña o tener una
cara de raíz demasiado grande, no permitirá que la soldadura tenga una
penetración adecuada o no penetre completamente.
Nombre del
defecto
Falta de
penetración
Tabla 2. 9 Defectos y posibles causas
Descripción
Imposibilidad de lograr lamínima penetración
especificada por diseño
Posibles causas
Corriente muy baja
Velocidad de
desplazamiento muyrápida
Ángulo incorrecto de laantorcha
Incorrecta preparaciónde la soldadura
Corriente muy baja
Falla del metal de Velocidad de
Insuficiente soldadura para penetrar desplazamiento muy
(falta de) completamente en la cara rápidapenetración en de raíz, ángulo incorrecto Cara de la raíz muy
la raíz de la antorcha, gruesadesalineación Abertura de raíz
pequeñamuy
Penetración
excesiva
Excesivo metal de la
soldadura en la cara
Corriente muy bajaVelocidad de
desplazamiento muylenta
33
2.7.2 Ensayos no destructivos (9)
Los métodos de ensayos no destructivos se usan para revelar defectos
que son difíciles o imposibles de detectar por medio de una inspección visual.
Se utilizan estas técnicas durante la fabricación como una herramienta de
control de calidad así como después para llevar a cabo la inspección de la
soldadura. Es importante que en los ensayos no destructivos se incluya en la
planeación durante el proceso de fabricación el tiempo y los recursos ya que se
deben tomar en cuenta que pueden existir interrupciones durante esta fase.
También se deben de tomar en cuenta durante el diseño de la pieza, ya que el
acceso debe de ser considerado en caso de que se requiera una evaluación
con un ensayo no destructivo.
En la Tabla 2. 10 se muestran los métodos recomendados en base al
tipo de defecto. En este caso se seleccionaron en base a la tabla, la inspección
visual y la inspección por ultrasonido.
Tabla 2. 10 Selección técnica NDE en base al tipo de defecto (15)
Selección de la técnica NDE en base al tipo de defecto
A, más aplicable; B, aplica; C, menos aplicable.
Falla
Penetración
incompleta
Penetración
excesiva
Visual
A
Líquidos
penetrantes
Partículas
magnéticas
Corriente
EddyRadiografía Ultrasonido
B B C A B
. . . B C
2.7.3 Método de inspección visual (16)
El método de inspección visual revela discontinuidades superficiales e
indicaciones; es un método simple, de bajo costo pero se requiere tener un
inspector entrenado. Una de las restricciones es que con la inspección visual
solo se pueden detectar discontinuidades superficiales, esto ocasiona que se
tienen que tener un programa de control de calidad posterior a la inspección
visual para asegurar de no tener defectos y que se pasen a la siguiente
34
operación. Se recomienda tener una inspección visual antes, durante y después
de la aplicación de la soldadura ya que reduce costos si se detectan
discontinuidades superficiales tempranas en el proceso de fabricación. (16)
Para una inspección visual antes de soldar, el inspector debe de tener en
cuenta lo siguiente:
Revisar dibujos y especificaciones
Checar el procedimiento y calificaciones de desempeño
Establecer puntos de espera en caso de ser necesarios
Establecer plan de control
Revisar documentación del material
Inspeccionar el material base
Revisar el ajuste y la alineación de las uniones
Revisar el almacenamiento de los consumibles
La inspección visual puede requerir el uso de equipos especiales
dependiendo de la aplicación y grado de precisión que se requiera. Algunos de
los equipos se tienen que calibrar antes de utilizarse.
2.7.4 Método de ultrasonido
El método de ultrasonido se lleva a cabo por una "onda" sonido emitido
por medio de un transmisor, que rebota en un objeto y esta es captada por un
receptor. La dirección y distancia del objeto se pueden determinar midiendo el
tiempo que transcurre entre la transmisión y detección del eco. En componentes
soldados la inspección se hace moviendo una pequeña sonda que contiene el
transmisor y el receptor, sobre el elemento que se va a inspeccionar y se
muestra el eco en la pantalla del osciloscopio.
Las frecuencias de las ondas ultrasónicas generalmente van en un rango
de 2-5MHz, las frecuencias más bajas son utilizadas para analizar material de
grano grueso y que tengan superficies rugosas. Las de frecuencia mayor, para
detectar defectos más finos como lo son inclusiones no metálicas, grietas, poros
35
y falta de fusión. Se pueden detectar defectos profundamente enterrados, como
es la falta de fusión, penetración y grietas así como también defectos
volumétricos como el atrapamiento de escoria y porosidad.
indicación de pulso
. CRT Horizontal
Deflexión de haz
Tiempo base
Tubo de rayos catódicos (CRTfPantalla devisualización
Impulso eléctrico para lainiciación del pulso Señal de pulse
\ reflejado {señal deeco) ít
Sonda
(transmisor/receptor)
Pulso reflejado de
defectos
Figura 2. 16 Principios de la prueba ultrasónica de metales
El método normal de inspección consiste en escanear con el transmisor
la superficie del metal adyacente a la soldadura. Para poder llevar a cabo la
inspección con este método es necesario que la superficie que se va a
examinar esté libre de salpicaduras, rugosidad y el metal base debe de estar
libre de laminaciones e inclusiones excesivas. Generalmente se utiliza un
acoplador como agua, aceite, grasa o glicerina, esto con el fin de ayudar a la
transmisión del haz en la muestra. Se aplica una pequeña capa sobre la pieza
de ensayo.
L — ' 1—
L
Ü
r -
36
Figura 2.17 Prueba del método por ultrasonido
Se necesita tener gente capacitada para poder llevar a cabo la
inspección, ya que se requiere que conozcan con precisión las características
del metal a analizar, la dirección del haz, frecuencia, amplitud y geometría de la
soldadura. El personal puede estar certificado por la ASNT La Sociedad
Americana para Pruebas No Destructivas. (5)
2.7.5 Evaluaciones pruebas destructivas
Dentro de las pruebas destructivas, el seccionamiento se lleva a cabo
para obtener información sobre la junta soldada. Se puede verificar la
microestructura y la integridad de la soldadura llevando a cabo un análisis y
evaluación de la muestra. Sin embargo, este tipo de pruebas se recomiendan
en caso de que después de llevar a cabo la inspección visual, no cumpla con
los estándares de calidad requeridos, también si se quiere hacer un análisis
acerca del proceso y/o para juntas soldadas que hayan fallado en campo.
Se pueden encontrar diferentes defectos haciendo seccionamientos,
como lo son porosidad, grietas, faltas de fusión, entre otras. Se debe tener
cuidado al momento de estar preparando las muestras para poder después
evaluarlas en el microscopio.
37
2.8 Variables que influyen en la penetración de la soldadura
A continuación se describen las variables que influyen en la penetración.
2.8.1 Voltaje
Si se tienen las variables constantes y se aumenta el voltaje de arco, se
formará un cordón de soldadura más ancho y plano y teniendo un voltaje óptimo
se tendrá una mayor penetración. Cuando se tiene un una longitud de arco
baja, el cordón de soldadura tiene una mayor convexidad, pero este se debe de
cuidar ya que puede provocar otras discontinuidades como porosidad.
2.8.2 Corriente de soldadura
Puede afectar la penetración, la fusión, la forma del cordón y el modo de
transferencia del metal. Se considera como una variable dependiente ya que no
se establece junto con la fuente de alimentación de voltaje constante, está en
función de otras variables de proceso como lo son la velocidad de alimentación
del alambre, el diámetro del electrodo y tiene una relación inversa con la
distancia de separación.
2.8.3 Polaridad
La corriente continua con electrodo positivo (DCEP) produce un arco
estable, transferencia del metal más uniforme y a su vez una buena
penetración. El aumento de la proporción del tiempo en DCEN reduce la
penetración del metal base e incrementa la tasa de deposición. En la Figura 2.
18 se muestra la relación de la penetración con las corrientes.
Figura 2.18 Electrodo al positivo produce mayor penetración que un electrodo alnegativo.
38
2.8.4 Velocidad de avance
Es la velocidad del arco que se mueve a lo largo de la unión soldada.
Cuando las demás variables están fijas, la penetración máxima se alcanza
cuando se tiene una velocidad de desplazamiento intermedia que permita que
la energía del arco sea dirigida sobre la junta en la dirección del borde del
charco de soldadura.
2.8.5 Ángulo de electrodo
Es la orientación del electrodo con respecto a la dirección del
desplazamiento. Teniendo un ángulo entre 5 y 15 grados (desde perpendicular)
resulta una mayor penetración y una superficie convexa estrecha. La mejor
práctica para llevar a cabo la aplicación de la soldadura es de manera
empujada, ya que permite al soldador tener una mejor visión y un cordón con un
perfil de superficie más plano.
2.8.6 Electrodos
En general los electrodos con un diámetro mayor, requieren de una
corriente mayor que los que son más pequeños; una corriente mayor provoca
que se forme un charco de soldadura más grande, mayor cantidad de metal
depositado. En general, los electrodos que tienen un diámetro menor, son
mejores para materiales con un espesor delgado y para soldar pruebas fuera de
posición, en donde se requieren menores corrientes. Los electrodos con
diámetro mayor se recomiendan para aplicaciones que requieren una mayor
tasa de deposición y una mayor penetración.
39
CAPITULO 3. ANÁLISIS Y
DISCUSIÓN DE LA BIBLIOGRAFÍA
Después de llevar a cabo la revisión de la bibliografía, se considera que
el proceso de aplicación de soldadura es mejor en ciertas ocasiones cuando se
aplica de manera automática; en este caso, como la soldadura que se aplica es
en forma manual, es necesario tener en cuenta ciertos factores que pueden
influir cuando se lleva a cabo la aplicación.
De acuerdo al artículo "Controlling weld metal volumen productivity and
profit" Edwards proporciona información acerca de cómo mejorar la
productividad controlando el volumen de soldadura, minimizando el refuerzo de
cara de la soldadura, minimizando la abertura de raíz y un ángulo de ranura
proporcional.
Para Karadeniz, Ozsarac y Yildiz, las variables que tienen una influencia
mayor en la penetración son el voltaje, amperaje, velocidad de avance y la
extensión del electrodo.
Kim, I.S.; H. Ates, M. Türker; y Anik S et al. Concuerdan que la
penetración necesaria se ve afectada por ciertos parámetros como lo son la
corriente de soldadura, parámetros de los gases de protección que se utilizan,
tensión de arco y la velocidad de la soldadura. Entre todos los mencionados
anteriormente, la intensidad de corriente es la que tiene un mayor efecto en lo
40
que es el tamaño de soldadura y la penetración que se desea obtener. La
velocidad baja de soldadura, provoca una mayor acumulación de metal soldado,
por lo que se obtiene una menor penetración. La mezcla de Argón y C02 en
conjunto logra una mejor penetración deseada así como también ayuda al
tamaño del cordón de soldadura.
De acuerdo al artículo "Influence of process parameters on depth of
penetration of welded joint in MIG welding process" existen diferentes efectos
dependiendo de la variación de ciertos parámetros. En su caso de estudio, se
variaron el voltaje, amperaje y velocidad de avance. Después de llevar a cabo
sus pruebas llegaron a la conclusión de ciertos parámetros óptimos, a un voltaje
mayor a 26 incrementa abruptamente la penetración y también teniendo una
corriente mayor a 150amperes pero si se incrementa la velocidad de avance
más de 0.16m/min puede causar que se disminuya la penetración.
Para nuestro caso de estudio, se tienen ya definidos parámetros del
proceso, voltaje mayor a 26V y corriente mayor a 150A. Por lo que esos
parámetros no se van a meter como variables en la experimentación.
41
CAPITULO 4. DESARROLLO DEL
PROYECTO
4.1 Descripción del proyecto
El proyecto consiste en realizar pruebas en base a un diseño de
experimentos soldando probetas con diferentes aberturas de raíz, dos placas de
acero de bajo carbono ASTM a 572 grado 50. En la primera prueba, se llevarán
a cabo 3 probetas variando la abertura de raíz utilizando los mismos parámetros
del proceso actual para obtener la máxima penetración.
La abertura de raíz irá de Omm de separación, Imm y 1.5mm. La separación
en las probetas se medirá con una escala y los valores representados en las
tablas serán valores únicos medidos en posición plana.
En la segunda prueba se hizo la combinación de la abertura de raíz junto
con la velocidad del alambre teniendo como variable de respuesta la
penetración de la soldadura.
4.1.1 Elementos a comprobar
Al llevar a cabo la investigación teórica y tomando en cuenta los artículos
científicos, se determinó que uno de los factores que influye en la penetración
42
es la abertura de raíz. Para este estudio, se descartó como variable a estudiar
el voltaje y amperaje.
Teniendo como primer factor la abertura de raíz y como segundo factor la
velocidad del alambre, se experimentarán diferentes pruebas de cada uno para
determinar cuál es combinación ideal que incrementa la penetración y así poder
obtener la abertura de raíz más adecuada.
4.2 Materiales, instrumentos y equipos de trabajo de la
experimentación
La experimentación se llevó a cabo con un acero de bajo carbono ASTM
grado 50 con placas de 8 y de 10mm de espesor. Se consideraron 3 aberturas
de raíz. La primera con 0 mm de separación, 1 mm y 1.5 mm de separación.
Los parámetros utilizados para la experimentación se mencionan a
continuación.
Parámetros para el primer pase:
Velocidad de alimentación del alambre: 11.8, 13.2 y 14.5 in/s.
Voltaje: 30 volts.
Parámetros para el cordón de vista:
Velocidad de alimentación del alambre: 6.6 in/s.
Voltaje: 36 volts.
Los parámetros seleccionados se tomaron del proceso actual y
solamente se modificó la abertura de raíz hasta 1.5 mm y de la velocidad del
alambre de varío en un ±10% como permite la especificación.
Para establecer el diseño bifactorial, se creó con ayuda del software
Minitab, como se muestra a continuación.
43
En la tabla Tabla 4. 1 se muestran las corridas que se llevaron a cabo
variando los parámetros de la abertura de raíz y de la velocidad de
alimentación.
Tabla 4.1 Tabla de corridas
Orden
estándar
Orden Abertura Velocidad de
de
corrida
de raíz
(mm)
alimentación
(in/s)
2 1 1.5 11.8
9 2 0 11.8
4 3 1.5 14.5
13 4 0.75 13.15
3 5 0 14.5
12 6 1.5 14.5
5 7 0 11.8
6 8 1.5 11.8
1 9 0 11.8
10 10 1.5 11.8
11 11 0 14.5
7 12 0 14.5
8 13 1.5 14.5
En la tabla Tabla 4. 1 se muestra la cantidad de probetas analizadas con las 3
diferentes aberturas de raíz.
Tabla 4. 2 Probetas variando la abertura de raíz
Abertura
Prueba de raíz
(mm)
1 0
2 0
3 0
4 1
5 1
6 1
7 1.5
8 1.5
9 1.5
44
Se utilización placas de acero ASTM A572 como se muestra en Figura 4. 1,
Figura 4. 1 Ejemplo placa de acero ASTM A572 para llevar a cabo las pruebas
Para la aplicación de la soldadura, se utilizó una máquina de soldar
marca Miller modelo Deltaweid 652, mostrada en la Figura 4. 2 y una máquina
modelo Axcess 675, mostrada en la Figura 4. 3 en las cuales se controlaron los
parámetros de entrada.
Figura 4. 2 Máquina de soldar Miller Deltaweid 652
45
Figura 4. 3 Máquina de soldar Miller Axcess 675
Para medir la variable de respuesta, la penetración, se seccionaron las
probetas en 3 y se realizaron macro ataques con Nital al 3% para poder revelar
la soldadura.
46
4.2.1 Metodología
La metodología que se llevó a cabo se presenta en el siguiente diagrama
Figura 4. 4
Cortar placas ydoblar radio de 40
para formar unión
Ajuste abertura deraíz
_
Ajustarparámetros en
máquina de soldar
___
Soldar placas
Trazar y cortarsecciones para
macroatque
Realizar
macroatque
_
Medir penetración
GDFigura 4. 4 Diagrama de flujo utilizado para la realización de las pruebas
47
Medición de la variable de respuesta
Para medir la variable de respuesta, la penetración, se seccionaron cada
una de las probetas Figura 4. 5 y se macro atacaron para poder utilizar la
escala de medición y medir la máxima penetración alcanzada.
Figura 4. 5 Seccionamiento probetas
Para validar la sanidad en la soldadura, se checo por el método de ultrasonido.
Figura 4. 6 Inspección de soldadura por método de ultrasonido
Consideraciones
Se tuvieron ciertos cuidados al momento de llevar a cabo las pruebas:
• Todas las pruebas se realizaron en la misma máquina.
• Material limpio y de la misma especificación.
• Se llevaron a cabo todas las corridas como lo arrojó el software.
• Se ajustaron los parámetros en cada una de las diferentes corridas.
48
Figura 4. 7 Ejemplo ajuste abertura de raíz que se llevó a cabo durante las pruebas.
Pruebas en el laboratorio
Se seleccionaron 5 muestras de las diferentes combinaciones de los
parámetros para llevar a cabo metalografías y medir la Microdureza para validar
que no se hubiera afectado la microestructura en la ZAC, la prueba de
Microdureza se llevará a cabo en escala Knoop, material base rango de 143 a
192.
49
CAPITULO 5. RESULTADOS Y
ANÁLISIS
A continuación se muestran cada una de las probetas que se realizaron
con los parámetros establecidos variando solamente la abertura de raíz.
Figura 5.1 Prueba no. 1-0mm de abertura de raíz
50
I
Figura 5. 2 Prueba número 2-0mm de abertura de raíz
Figura 5. 3 Prueba número 3-Omm de abertura de raíz
Figura 5. 4 Prueba número 3-Omm de abertura de raíz
52
Figura 5. 8 Prueba número 8-1.5 mm de abertura de raíz
Figura 5. 9 Prueba número 9-1.5 mm de abertura de raíz
53
Como se muestra en la Figura 5. 10 se obtiene una mayor penetraciónteniendo una abertura de raíz mayor, en este caso la de 1.5mm tuvo mejoresresultados de penetración.
1.0
Abertura de raíz
Figura 5.10 Comparación penetración en abertura de raíz
Figura 5.11 Material base a 500X
1.5
-
54
Figura 5. 12 Zona afectada por el calor a 500X
Figura 5.13 Soldadura a 500X
El material base presenta una microestructura que está compuesta deferrita y perlita (80%/20% aproximadamente). En la zona afectada por el calorse aprecia una microestructura de ferrita Widmanstatten y en la microestructuraen donde se ve la soldadura se puede ver una estructura dendrítica.
55
En las pruebas de Microdureza, se llevó a cabo en escala Knoop; el material
base va en rango de 143 a 192. La prueba de dureza se utiliza para medir la
resistencia a la penetración; ésta va en función de las propiedades mecánicas
de la unión soldada y para reforzar lo que dicen las microestructuras ya que
ambas están relacionadas estrechamente.
A continuación se muestran la Microdureza que se obtuvieron del material.
Probetas con parámetros actuales210
Figura 5.14 Microdureza probetas con parámetros actuales variando abertura de raíz
56
A continuación se muestran el ejemplo de las imágenes de las probetas
que fueron seccionadas en 3 partes para llevar a cabo las 13 corridas diferentes
que arrojó en Minitab.
Figura 5. 15 Ejemplo del seccionamiento en 3 partes de las probetas para el análisis de lapenetración
12.0- • •
11.5 — •
11.0- •• ~—
10.5- • • ♦ • ♦
10.0- • • ••
9.5- — •• ~
9.0
i i i
••
1 i
•
1— i i
Abertura de raiz 0.0 1.0 1.5
Penetración 1
0.0 1.0 1.5
Penetración 2
0.0 1.0 1.5
Penetración 3
57
Figura 5.16 Diagrama de puntos penetración vs. abertura de raíz
En la Figura 5. 17, se muestran los resultados de las 3 secciones que se
cortaron para medir la penetración. Se puede observar que la mayor
penetración se obtiene teniendo una abertura de raíz de 1.5mm.
•
•
•
• •
•
•
♦
♦
♦
*
• •
• •
•
•
•
*
• ♦ ♦Penetración 2
Penetración 3 - •i
•
•
•
•
•i
•
♦
:—f——i——t-
9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0
Abertura
de raiz
1.5
1.0
• 0.0
Figura 5.17 Diagrama puntos penetración en las aberturas de raíz
9.0
Abertura de raiz
Velocidad de alimentación
Penetración 1, 0.0 Penetración 1, 1.0 Penetración 1, 1.5
••• •
•
• •• •
Penetración 2, 0.0 Penetración 2, 1.0 Penetración 2, 1.5
••• •• •
•
•
Penetración 3, 0.0 Penetración 3, 1.0 Penetración 3, 1.5
• ••
• •
Til III III III 1 1 f III
58
12.0
9.0
Panel variable: Abertura de raiz
Figura 5.18 Diagrama de puntos abertura de raíz vs velocidad de alimentación
En la Figura 5. 18, se puede observar tanto los resultados de la penetración de
la abertura de raíz vs cada una de las velocidades de alimentación del alambre.
Se puede ver que con dos combinaciones abertura de raíz de 1.5 y velocidad
de alambre de 11.8 y 14.5 se obtienen las mayores penetraciones.
Probeta 1
250
100
50
Material base Zona afectada Soldadura Zona afectada Material base
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Figura 5.19 Microdureza Probeta 1 (1.5 mm abertura de raíz y 11.8VDA)
59
...,,-»-***
.**«*
Figura 5. 20 Material base a 100X y 500X Probeta 1.
*'
&.
'-'•"••.:'•..''' • -«Vfr^-'* '• *"'. 'l* ••"/rvaí$
" . ' ... T f Wfcl"' " ,
.'.-.. . • .-.;•<•_ • ', . .... H¿ ^^h^'^V^
Figura 5. 21 Zona afectada por el calor a 100X y 500X Probeta 1.
Figura 5. 22 Soldadura a 100X y 500X Probeta 1.
60
Probeta 2
170Material base Zona afectada Soldadura Zona afectada Material base
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Figura 5. 23 Microdureza Probeta 2 (0 mm abertura de raíz y 11.8VDA)
" i^LfgK^'
Figura 5. 24 Material base a 100X y 500X Probeta 2.
Figura 5. 25 Zona afectada por el calor a 100X y 500X Probeta 2.
61
Figura 5. 26 Soldadura a 100X y 500X Probeta 2.
Probeta 4
250
200
150
100
50
Material base Zona afectada Soldadura Zona afectada Material base
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Figura 5. 27 Microdureza Probeta 4 (1.5 mm abertura de raíz y 14.5VDA)
Figura 5. 28 Material base a 100X y 500X Probeta 4.
62
• l 1 V
w*•; | «m
. **> *
• V.
Wbv, I
Figura 5. 29 Zona afectada por el calor a 100X y 500X Probeta 4.
Figura 5. 30 Soldadura a 100X y 500X Probeta 4.
Probeta 5
250
200
150
100
m^M • •
50
0Material base Zona afectada Soldadura Zona afectada Material base
12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Figura 5. 31 Microdureza Probeta 5 (1 mm abertura de raíz y 13.2VDA)
63
3&*k;-'
Figura 5. 32 Material base a 100X y 500X Probeta 5.
Figura 5. 33 Zona afectada por el calor a 100X y 500X Probeta 5.
Figura 5. 34 Soldadura a 100X y 500X Probeta 5.
300
250
200
150
100
50
0
64
Probeta 6
•• • -*f^--"—•—•
Material base Zona afectada Soldadura Zona afectada Material base
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Figura 5. 35 Microdureza Probeta 5 (0 mm abertura de raíz y 14.5VDA)
Figura 5. 36 Material base a 100X y 500X Probeta 6
Figura 5. 37 Zona afectada por el calor a 100X y 500X Probeta 6.
65
Figura 5. 38 Soldadura a 100X y 500X Probeta 6.
Las microestructuras del material base muestran una composición de
ferrita y perlita (80%/20% aproximadamente). En la zona afectada por el calor
se aprecia una microestructura de ferrita Widmanstatten y en la
microestructuras en donde se ve la soldadura se puede ver principalmente
estructuras dendríticas.
66
CAPITULO 6. CONCLUSIONES
Analizando la bibliografía, existen diferentes factores que se pueden afectar
la penetración en una junta de soldadura. Por eso es importante tener en
cuenta que la variación en cualquier parámetro como lo es el voltaje, amperaje,
velocidad de avance, velocidad de alimentación del alambre, entre otros son
factores claves que afectan en conjunto para obtener una buena penetración.
Después de llevar a cabo la experimentación, con las diferentes
combinaciones tanto de abertura de raíz con los parámetros actuales así como
con la combinación de la velocidad de alimentación del alambre, se concluye
que entre mayor abertura de raíz, se alcanza una mayor penetración.
En base a las diferentes pruebas que se hicieron con las 3 aberturas de raíz,
se tiene que teniendo una abertura de raíz de 1.5 mm se obtiene una
penetración mayor. En cuanto a la abertura de raíz vs cada una de las
velocidades de alimentación del alambre. Se puede ver que con dos
combinaciones abertura de raíz de 1.5 y velocidad de alambre de 11.8 y 14.5 se
obtienen las mayores penetraciones.
67
Se recomienda hacer un diseño de experimentos tomando en cuenta las
variables esenciales descritas en la monografía para tener las soldaduras de
mayor calidad y con la penetración deseada. Ya que las variables no son
independientes, el cambio en cualquier parámetro pudiera influir en alguna otra
variable, por lo que es necesario buscar los parámetros óptimos y ver la
relación que tienen entre ellas.
Además de hacer una cuantificación de fases para conocer las proporciones
exactas presentes en las microestructuras.
68
BIBLIOGRAFÍA
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26. Erdal Karadeniz, Ugur Ozsarac, Ceyhan Yildiz. The effect of process on
penetration in gas metal are welding; Materials and design. 2007.
71
LISTADO DE FIGURAS
Figura 2. 1 Diagrama que representa de donde se obtiene el acero (3) 6
Figura 2. 2 Corte transversal en donde se muestra el proceso del alto horno (1)7
Figura 2. 3 Colada continua en vertical para la producción de productos de
acero (3) 7
Figura 2. 4 Equipo de soldadura por arco metálico con gas protector. (6) 13
Figura 2. 5 Pistola de soldar para GMAW. (7) 14
Figura 2. 6 Soldadura por arco de metal con gas protector GMAW. (6) 15
Figura 2. 7 Transferencia globular (6) 16
Figura 2. 8 Transferencia globular (6) 16
Figura 2. 9 Posiciones distintas del tubo de trabajo y de la boquilla en relación al
trabajo (6) 18
Figura 2. 10 Diagrama esquemático del proceso SAW (10) 21
Figura 2. 11 Equipo para soldadura por arco sumergido (11) 26
Figura 2. 12 Efecto de la velocidad de la soldadura en la apariencia de la
soldadura teniendo valores de corriente y voltaje constante (10) 28
Figura 2. 13 Efecto de la polaridad del alambre en la penetración (10) 29
Figura 2. 14 Efecto del voltaje en la apariencia del cordón de soldadura (10).. 29
Figura 2. 15 Símbolo de soldadura (5) 30
Figura 2. 16 Principios de la prueba ultrasónica de metales 35
Figura 2. 17 Prueba del método por ultrasonido 36
Figura 2. 18 Electrodo al positivo produce mayor penetración que un electrodo
al negativo 37
Figura 4. 1 Ejemplo placa de acero ASTM A572 para llevar a cabo las pruebas
44
Figura 4. 2 Máquina de soldar Miller Deltaweid 652 44
Figura 4. 3 Máquina de soldar Miller Axcess 675 45
Figura 4. 4 Diagrama de flujo utilizado para la realización de las pruebas 46
72
Figura 4. 5 Seccionamiento probetas 47
Figura 4. 6 Inspección de soldadura por método de ultrasonido 47
Figura 4. 7 Ejemplo ajuste abertura de raíz que se llevó a cabo durante las
pruebas 48
Figura 5. 1 Prueba no. 1-0mm de abertura de raíz 49
Figura 5. 2 Prueba número 2-0mm de abertura de raíz 50
Figura 5. 3 Prueba número 3-Omm de abertura de raíz 50
Figura 5. 4 Prueba número 3-Omm de abertura de raíz 50
Figura 5. 5 Prueba número 3-Omm de abertura de raíz 51
Figura 5. 6 Prueba número 6-1mm de abertura de raíz 51
Figura 5. 7 Prueba número 7-1.5 mm de abertura de raíz 51
Figura 5. 8 Prueba número 8-1.5 mm de abertura de raíz 52
Figura 5. 9 Prueba número 9-1.5 mm de abertura de raíz 52
Figura 5. 10 Comparación penetración en abertura de raíz 53
Figura 5. 11 Material base a 500X 53
Figura 5. 12 Zona afectada por el calora 500X 54
Figura 5. 13 Soldadura a 500X 54
Figura 5. 14 Microdureza probetas con parámetros actuales variando abertura
de raíz 55
Figura 5. 15 Ejemplo del seccionamiento en 3 partes de las probetas para el
análisis de la penetración 56
Figura 5. 16 Diagrama de puntos penetración vs. abertura de raíz 57
Figura 5. 17 Diagrama puntos penetración en las aberturas de raíz 57
Figura 5. 18 Diagrama de puntos abertura de raíz vs velocidad de alimentación
58
Figura 5. 19 Microdureza Probeta 1 (1.5 mm abertura de raíz y 11.8VDA) 58
Figura 5. 20 Material base a 100Xy 500X Probeta 1 59
Figura 5. 21 Zona afectada por el calor a 100X y 500X Probeta 1 59
Figura 5. 22 Soldadura a 100X y 500X Probeta 1 59
Figura 5. 23 Microdureza Probeta 2 (0 mm abertura de raíz y 11.8VDA) 60
73
Figura 5. 24 Material base a 10OX y 500X Probeta 2 60
Figura 5. 25 Zona afectada por el calor a 100X y 500X Probeta 2 60
Figura 5. 26 Soldadura a 100X y 500X Probeta 2 61
Figura 5. 27 Microdureza Probeta 4 (1.5 mm abertura de raíz y 14.5VDA) 61
Figura 5. 28 Material base a 100Xy500X Probeta 4 61
Figura 5. 29 Zona afectada por el calor a 100X y 500X Probeta 4 62
Figura 5. 30 Soldadura a 100X y 500X Probeta 4 62
Figura 5. 31 Microdureza Probeta 5 (1 mm abertura de raíz y 13.2VDA) 62
Figura 5. 32 Material base a 100Xy 500X Probeta 5 63
Figura 5. 33 Zona afectada por el calor a 100X y 500X Probeta 5 63
Figura 5. 34 Soldadura a 100X y 500X Probeta 5 63
Figura 5. 35 Microdureza Probeta 5 (0 mm abertura de raíz y 14.5VDA) 64
Figura 5. 36 Material base a 100Xy500X Probeta 6 64
Figura 5. 37 Zona afectada por el calor a 100X y 500X Probeta 6 64
Figura 5. 38 Soldadura a 100X y 500X Probeta 6 65
74
LISTADO DE TABLAS
Tabla 2. 1 Máximo espesor del producto o tamaño (4) 1o
Tabla 2. 2 Composición química ASTM A572 (% en peso) (4) 10Tabla 2. 3 Propiedades mecánicas ASTM A572 (4) 11
Tabla 2. 4 Clasificación AWS electrodos GMAW 19
Tabla 2. 5 Clasficación de electrodos según % manganese (11) 24Tabla 2. 6 Clasificación de electrodos según composición química (% en peso)
(11) 24
Tabla 2. 7 Propiedades mecánicas para la clasificación del fundente para elproceso SAW (11) 25
Tabla 2. 8 Propiedades de impacto para la clasificación del fundente para arcosumergido (11) 25
Tabla 2. 9 Defectos y posibles causas 32
Tabla 2. 10 Selección técnica NDE en base al tipo de defecto (15) 33
Tabla 4. 1 Tabla de corridas 43
Tabla 4. 2 Probetas variando la abertura de raíz 43
- ...-.- w—mm*BGsm
75
RESUMEN AUTOBIOGRÁFICO
Nombre
Grado a obtener
Título de Monografía
Títulos obtenidos
Universidad
Campo profesional
Experiencia profesional
Certificaciones
Lugar y fecha de nacimiento
Nombre de padres
Verónica Leticia García García
Especialista en Tecnología de la
Soldadura Industrial
Efectos de la abertura de raíz en la
penetración en uniones de ranura de
bisel ensanchado con proceso GMAW
en aceros de bajo carbono.
Ingeniero en Mecatrónica
Universidad de Monterrey
Calidad
Ingeniero de Calidad
Caterpillar México
Ingeniero en Ventas Internas
Emerson Process Management
Cert. No. 15011314 CAWI (Certified
Associate Welding Inspector) por la
Asociación Americana de la Calidad
(ASQ).
Monterrey, Nuevo León, 02 de Marzo
de 1988.
Antonio García Gardea
Raquel García Jiménez