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Proceso FCAWProceso FCAW• Alambre tubular con núcleo de
fundente.- El arco se forma entre un electrodo con forma
tubular, que es consumible y se alimenta continuamente y la pieza de trabajo.
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Alambre tubularAlambre tubular• Los alambres tubulares están
formados por:- Forro metálico.
- Núcleo:Fundente.Elementos de aleación.Formadores de escoria.
SOLIDOSOLIDO TUBULARTUBULAR
2211
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Fabricación – Electrodo tubular Fabricación – Electrodo tubular FlejeFleje metálico metálico
A A trefiladotrefilado
Polvos del núcleoPolvos del núcleo
Rodillos de Rodillos de cerradocerrado
Rodillos de Rodillos de conformadoconformadoForma “U” Forma “U”
TolvaTolva
Caída de fundenteCaída de fundente
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Alambres tubularesAlambres tubulares• El forro tiene la función de contener el
fundente del núcleo y conducir la corriente eléctrica.
• Los elementos formadores del núcleo tienen las siguientes funciones:- Formar una capa de escoria que proteja
al depósito durante la solidificación.
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Alambres tubularesAlambres tubulares- Proporcionar elementos desoxidantes y
refinadores para incrementar las propiedades mecánicas del depósito.
- Proporcionar elementos estabilizadores de arco que incrementen su suavidad y reduzcan la salpicadura.
- Adicionar elementos de aleación que incrementen la resistencia del depósito y mejoren otra propiedad específica.
- Producir la atmósfera de gas que proteja al arco, la transferencia de metal y la zona de metal líquido (sólo autoprotegidos).
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Tipos de alambres tubularesTipos de alambres tubulares• Con protección de gas.
- Requieren de un gas de protección que es suministrado externamente.
• Auto-protegidos.- En el núcleo se encuentran elementos que al
descomponerse químicamente producen una atmósfera rica en CO2 y CO.
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Depósito solidificado
Escoria líquida
Depósito líquido
Escoria solidificada
Gas de protección
Punta de contacto (conductora de
corriente)
Boquilla ó Tobera Electrodo
Tubular con Protección de Gas
Polvos metálicos, fundentes y materiales formadores de escoria
Arco y metaltransferido
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Polvos metálicos, materiales formadores de
vapor, desoxidantes y refinadores
Punta de contacto(conductora de corriente)
Gas de protección, formado de los
materiales del núcleoArco y metal transferido
Depósito solidificado
Depósito líquido
Escoria líquidaEscoria
solidificada
Electrodo Tubular Autoprotegido
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Características principalesCaracterísticas principales• Alta productividad debido a la alimentación
continua de alambre.
• Beneficios metalúrgicos derivados de la presencia de fundente.
• La formación de escoria soporta y conforma el perfil de los cordones de soldadura.
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Aplicaciones Aplicaciones
• Estructuras.- La aplicación de mayor volumen de
consumo del proceso.
- Trabajo de taller y de erección de edificios.
- Gran cantidad de uniones, tipo filete, de un paso.
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Aplicaciones Aplicaciones • Astilleros.
- Gran variedad de materiales y espesores.
- Facilidad de empleo en fuera de posición.
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Aplicaciones Aplicaciones • Tubería industrial.
- En ocasiones se emplea para depositar el paso de relleno.
- Más fácil de aplicar que el alambre sólido.- Mejores propiedades mecánicas.- Reducción de defectos como porosidades.
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Aplicaciones Aplicaciones • Ferrocarriles.
- Se emplea en grandes cordones donde el uso del arco sumergido es impráctico.
- Se aplica sobre placas oxidadas.
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AplicacionesAplicaciones• Equipo pesado.
- Grandes espesores de placa.- Grandes cordones en filetes se pueden aplicar
en un solo paso.- La facilidad de remoción de escoria reduce el
tiempo de limpieza.
• Mantenimiento y reparación.
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Aplicaciones Aplicaciones • Transportación.
- Popular debido a la alta productividad en diversos espesores.
- Cordones de gran longitud.- Facilidad de mecanización.- Menos sensible a un pobre ajuste de la junta.
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Equipo necesarioEquipo necesario• Fuente de poder.
• Sistema de alimentación de alambre.
• Fuente de gas de protección y sistema de regulación de gas.
• Antorcha.
• Pinza de tierra.
• Cables de conexión.
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Fuente de poder Fuente de poder • Proporciona la energía eléctrica con
las características adecuadas para establecer y mantener el arco.
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Fuente de poder Fuente de poder • Las más populares son las de corriente
directa voltaje constante (CV).
• Se recomienda que la capacidad sea de 300 A mínimo y un ciclo de trabajo 100%.
• Debe ser capaz de incrementos unitarios de voltaje.
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AlimentadoresAlimentadores• Tienen la función de proporcionar una
alimentación continua y uniforme de alambre a una velocidad previamente seleccionada.
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AlimentadoresAlimentadores• Se prefieren los de velocidad constante en
conjunto con las máquinas CV.
• La velocidad de alimentación de alambre determina el amperaje aplicado al electrodo.
• Es preferido el uso de rodillos (estriados) moleteados.
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AntorchaAntorcha• Tiene la función de conducir la
corriente eléctrica, el gas de protección y el electrodo.
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AntorchaAntorcha• Se recomienda una capacidad mínima
de 400 A.
• Existen modelos enfriados por aire y por agua.
• Lo que busca un operador es la fácil manipulación, comodidad, poco peso y durabilidad.
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Gas de protecciónGas de protección• Puede ser suministrado a partir de cilindros
o tubería proveniente de un manifold.- Se emplean reguladores flujómetros para ajustar el
volumen de gas necesario para una adecuada protección.
- Es importante que el regulador flujómetro tenga la capacidad suficiente para manejar el gasto requerido.
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Cables y pinza de tierraCables y pinza de tierraA Longitud de cable en el circuito -
A.W.G. 60´ 100´ 150´ 200´ 300´ 400´
100 4 4 4 2 1 1/0 150 2 2 2 1 2/0 3/0 200 2 2 1 1/0 3/0 4/0 250 2 2 1/0 2/0 300 1 1 2/0 3/0 350 1/0 1/0 3/0 4/0 400 1/0 1/0 3/0 450 2/0 2/0 4/0 500 2/0 2/0 4/0 400 4/0 4/0 800 4/0 (2) 4/0 (2) 1200 4/0 (3) 4/0 (3)
Operación automática (100% Ciclo de trabajo)
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Polaridad Polaridad • Determina el sentido de flujo del fluido
eléctrico.- La mayoría de los alambres protegidos por gas
emplean DCEP (Invertida o DC+), produce una mejor penetración.
- La polaridad directa (DCEN o DC-) se utiliza con algunos alambres autoprotegidos.
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AmperajeAmperaje• La cantidad de corriente aplicada a un
electrodo es proporcional a la velocidad de alambre seleccionada.
• Determina la tasa de depósito, la penetración, el tamaño y la forma del cordón.
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AmperajeAmperaje• Un alto amperaje produce una alta
penetración y un cordón de perfíl de gran convexidad.
• Una insuficiente cantidad de alambre produce una transferencia globular con excesiva salpicadura y pobre penetración.
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WFS vs. corriente WFS vs. corriente (E71T-1M)(E71T-1M)
0
200
400
600
800
125 175 225 275 325 400
Corriente (A)
Vel
. d
e A
lam
bre
(i
pm
)
0.035” 0.045”
0.052”
0.062”
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VoltajeVoltaje• Determina la longitud de arco. Está en
función del amperaje deseado.
• Para un valor de corrriente determinado, produce el mejor arco.
• Afecta principalmente la altura del refuerzo de soldadura y el ancho del cordón.
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Relación V-ARelación V-A
20
23
26
29
32
200 225 250 300 350 400
Corriente (A)
Vo
ltaj
e (V
)
75% Ar - 25% CO75% Ar - 25% CO22
100% CO2100% CO2
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Velocidad de avanceVelocidad de avance• Está controlada por el operador y determina
en gran medida el tamaño del cordón de soldadura.
• Afecta la penetración y la forma del cordón.• Determina la cantidad de calor suministrado
a la pieza de trabajo:
Q = A * V / TS Q es calor.A es Amperaje.V es Voltaje.TS es velocidad de avance.
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A BoquillaA BoquillaB Punta de contactoB Punta de contactoC SO visibleC SO visible
D Stickout eléctricoE Distancia punta de contacto-TrabajoE Distancia punta de contacto-TrabajoF Longitud de ArcoF Longitud de Arco
““Stickout” eléctricoStickout” eléctrico
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““Stickout” eléctricoStickout” eléctrico
• El “stickout” eléctrico determina el calentamiento por resistencia del electrodo.- Varía el amperaje de soldadura (CV).
- Afecta el desempeño del electrodo.
- Puede producir discontinuidades.
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E70T-1MJ H8E70T-1MJ H8E70T-1MJ H8E70T-1MJ H8
Clasificación de electrodosClasificación de electrodos (AWS A5.20-95)(AWS A5.20-95)
EE Electrodo.
77 Resistencia a la tensión (psi/10, 000).
00 Posición.
TT Tubular.
11 Desempeño y uso.
MM Mezcla de gas.
JJ Resistencia al impacto 20 ft/lb @ - 40 oF.
H8H8 Nivel de hidrógeno.
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Propiedades mecánicasPropiedades mecánicas
Valores mínimos
AWS Resistencia a
la Tensión (ksi)
Límite de Cedencia
(ksi)
% Elongación en 2”
Resistencia al impacto
ft-lbs @ oF
E7XT-1 60 22 20 @ 0
E7XT-2 --- --- ---
E7XT-3 --- --- ---
E7XT-4 60 22 ---
E7XT-5 60 22 20 @ -20
E7XT-6 60 22 20 @ -20
E7XT-7 60 22 ---
E7XT-8 60 22 20 @ -20
E7XT-10 --- --- ---
E7XT-11 60 22 ---
E7XT-G 60 22 ---
E7XT-GS
72
--- --- ---
![Page 38: Proceso FCAW](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbb01550346aa9aa9760b/html5/thumbnails/38.jpg)
Desempeño y usoDesempeño y uso
AWS Corriente de
soldadura Gas de
protección Número
de pasos E7XT-1 DCEP CO2 Múltiples
E7XT-2 DCEP CO2 1 E7XT-3 DCEP --- 1 E7XT-4 DCEP --- Múltiples E7XT-5 DCEP CO2 Múltiples E7XT-6 DCEP --- Múltiples E7XT-7 DCEN --- Múltiples E7XT-8 DCEN --- Múltiples E7XT-10 DCEN --- 1 E7XT-11 DCEN --- Múltiples E7XT-G a a Múltiples E7XT-GS a a 1 a. Información proporcionada por el fabricante
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Posiciones y nivel de hidrógenoPosiciones y nivel de hidrógeno
• Posiciones.0 Plano y horizontal.
1 Todas posiciones.
• Nivel de hidrógeno.- H4 menos de 4 ml/100 gr.- H8 menos de 8 ml/100 gr.
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Gases comunmente empleadosGases comunmente empleados
• Bióxido de Carbono (CO2).- Menor costo.- Alta profundidad de penetración.- Produce una transferencia globular, aunque
con algunas formulaciones la transferencia puede ser tipo spray axial.
- Tendencia a oxidar los metales presentes en el arco.
![Page 41: Proceso FCAW](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbb01550346aa9aa9760b/html5/thumbnails/41.jpg)
Gases comunmente empleadosGases comunmente empleados
• Mezclas de Argón y CO2.- 75-25 y 80-20 son las más empleadas, no se
recomienda mayor contenido de argón ya que se pierde la capa de escoria.
- Incrementan la eficiencia de los desoxidantes del fundente.
- Se obtiene mayor resistencia a la tensión y límite de cedencia que con CO2.
- Para soldar fuera de posición, es más cómodo para el soldador.
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Electrodos Tri-Mark para posiciones plana y Electrodos Tri-Mark para posiciones plana y horizontalhorizontal
Nombre AWS Gas ´s Características
TM-11 E70T-1 100% CO2 1//16” 5/64” 3/32”
1. Propósitos generales 2. Mejor desempeño a altos amperajes 3. Buena geometría del cordón de soldadura
TM-72 E70T-1 100% CO2 1//16” 5/64” 3/32”
1. La escoria solidifica con mayor rapidez que el TM-11
2. Excelente estabilidad de arco 3. Fácil remoción de escoria, aun en ranuras
profundas 4. Menor salpicadura que el TM-11, especialmente
en el rango bajo
TM-RX7 E70T-1 100% CO2
1//16” 5/64” 3/32” 1/8”
1. Buen desempeño sobre todo el rango de amperaje
2. Mayor desoxidación que lo usual, mejor desempeño sobre placa sucia u oxidada
3. Excelente configuración del cordón en filetes horizontales
4. Sobresaliente E70T-1 para propósitos generales
5. Se debe tener cuidado al soldar sobre secciones de gran espesor que requieran de múltiples pasos
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Electrodos Tri-Mark para todas posicionesElectrodos Tri-Mark para todas posicionesNombre AWS Gas ´s Características
TRIPLE 7 E71T-1 H8 E71T-1M H8
100% CO2 75/25 Ar-CO2
0.045” 0.052” 1/16”
1. Excelente soldabilidad con ambos gases 2. Escoria de rápida solidificación que permite
utilizar altos amperajes para mayor depósito y obtener cordones planos en fuera de posición.
3. Escoria de fácil remoción, aun en ranuras profundas
4. Mínima salpicadura.
TM-771 E71T-1 E71T-12 H8
100% CO2
0.045” 0.052” 1/16”
1. Excelentes valores de impacto CVN. 2. El hidrógeno difusible cumple con los requisitos
militares de 5 ml/100 gr. 3. Extremadamente baja producción de humos y
salpicadura 4. NO DEBE USARSE CON MEZCLAS DE GAS
TM-770 E71T-1M E71T-1MJ H8 E71T-12MJ H8
75/25 Ar-CO2
85/15 Ar-CO2
0.035” 0.045” 0.052” 1/16”
1. Bajo nivel de salpicadura con virtualmente falta de generación de humos.
2. Buenas propiedades de impacto CVN a temperaturas bajo cero
3. Cumple con especificaciones militares para propiedades mecánicas y niveles de hidrógeno difusible.
4. NO DEBE USARSE CON CO2 PURO.
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Ventajas del procesoVentajas del proceso• Produce uniones de alta calidad a bajo
costo y menor esfuerzo que el proceso SMAW.
• Es más indulgente que el proceso GMAW.
• Más flexible que el proceso de arco sumergido.- Depósitos de soldadura de excelente calidad.- Cordones tersos y uniformes, excelente
apariencia.
![Page 45: Proceso FCAW](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbb01550346aa9aa9760b/html5/thumbnails/45.jpg)
Ventajas del procesoVentajas del proceso• Excelente contorno de cordones de filete
horizontal.
• En algunos aceros se puede soldar sobre un amplio rango de espesores.
• Elevado factor de operación.
• Alta tasa de depósito.
• Relativamente alta eficiencia del electrodo.
![Page 46: Proceso FCAW](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbb01550346aa9aa9760b/html5/thumbnails/46.jpg)
Tasa de depósito E71T-1Tasa de depósito E71T-1
0
3
6
9
12
125 150 200 225 250 275Corriente (A)
T d
e D
(lb
/hr)
Posición VerticalPosición Vertical
0.035”0.035”
0.045”0.045”
0.052”0.052”
1/16”1/16”
![Page 47: Proceso FCAW](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbb01550346aa9aa9760b/html5/thumbnails/47.jpg)
Tasa de depósito E70T-1Tasa de depósito E70T-1
0
5
10
15
20
25
30
100 250 375 450 750Corriente (A)
T d
e D
(lb
/hr)
0.052”0.052”
1/16”1/16”
5/64”5/64”
3/32”3/32”
1/8”1/8”
![Page 48: Proceso FCAW](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbb01550346aa9aa9760b/html5/thumbnails/48.jpg)
Ventajas del procesoVentajas del proceso• Se requiere menor limpieza inicial que con
proceso GMAW.• Se reduce la distorsión en relación con el proceso
SMAW.• Se puede aplicar sobre juntas de preparación
económica.• Arco visible, fácil de usar.• Alta tolerancia a contaminantes que pueden
causar agrietamiento. • Alta resitencia al agrietamiento bajo el cordón.
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Limitaciones del procesoLimitaciones del proceso• Hasta la fecha, está limitado a materiales ferrosos
y base níquel.• Produce una capa de escoria que debe ser
removida.• En base peso, los electrodos tubulares son más
costosos que los sólidos.• El equipo es más costoso y complicado que el de
proceso SMAW; sin embargo, el incremento en la productividad lo compensa.
• La protección del gas puede afectarse por las corrientes de aire.
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Calidad de soldaduraCalidad de soldaduraProblemas comunesProblemas comunes
• Inclusiones de escoria
• Porosidad
• Fusión incompleta
Escoria del cordón anteriorVelocidad de avance erráticaAngulo de avance inadecuado
Flujo de gas insuficiente o inadecuado
Ráfagas de viento que eliminan la protección de gas
Corriente, voltaje y ESO excesivos
Velocidad de avance muy alta Insuficiente amperaje de soldadura
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Calidad de soldaduraCalidad de soldaduraProblemas comunesProblemas comunes• Socavado
• Porosidad de
agujero de
gusano
Excesivo amperaje de soldaduraVoltaje demasiado altoVelocidad de avance alta
Causado por humedad o azufre en el acero
Limpiar la superficie de la juntaPrecalentar para eliminar la
humedad
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Estimación de costosEstimación de costos
CostosCostos de soldadurade soldaduraMano de obraMano de obraIndirectosIndirectosMaterialesMateriales
ElectrodosElectrodosGas de protecciónGas de protecciónElectricidadElectricidadAccesoriosAccesorios
• Indirectos.- Incluyen gastos como: administrativos,
servicios, depreciación, mantenimiento de instalaciones e impuestos.
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Estimación de costosEstimación de costos• Factor de operación.
- Es el porcentaje de tiempo efectivo de arco sobre el tiempo total de una operación de fabricación.
• Velocidad de avance.- La rapidez de desplazamiento a lo largo de una junta
que permite aplicar un cordón con las dimensiones requeridas.
Factor de operación típico
GMAW 40 - 65%
FCAW 40 - 50%
SAW 60 - 80%
SMAW 25 - 35%
Factor de operación típico
GMAW 40 - 65%
FCAW 40 - 50%
SAW 60 - 80%
SMAW 25 - 35%
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Estimación de costosEstimación de costos• Tasa de depósito.
- Es la cantidad de metal del electrodo que pasa a formar parte del depósito por unidad de tiempo.
0
6
12
18
24
100 200 275 450Corriente (A)
T d
e D
(lb
/hr)
0.045” Plano0.045” Plano
1/16” Plano1/16” Plano
E71T-1E71T-1
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Estimación de costosEstimación de costosTA = tiempo de arco [=] hr/ft
TA = WD/DR
WD = peso del depósito por unidad de longitud [=] lb/ft
DR = Tasa de depósito [=] lb/hr
TAT = tiempo total de arco [=] hr/ft
TAT = TA/OF
OF = Factor de operación del proceso [=] %
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Estimación de costosEstimación de costosMO&I = Costo de mano de obra e indirectos [=]
$/ft MO&I = ($MO + $I) * TAT
$MO = Salario del operador [=] $/hr
$I = Gastos indirectos[=] $/hr
CG = Costo del gas de protección [=] $/ft CG = $G*FG*TAT
$G = Precio del gas de protección [=] $/ft3
FG = Flujo de gas de protección [=] ft3/hr
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Estimación de costosEstimación de costosCE = Costo del electrodo [=] $/ft
CE = (WD*$E)/EfE
$E = Precio del electrodo [=] $/lb
EfE = Eficiencia del electrodo[=] %
Eficiencias típicas de diferentes electrodos
GMAW 92 - 97%
FCAW 80 - 90%
SAW 98 - 100%
SMAW 60 - 70%
Eficiencias típicas de diferentes electrodos
GMAW 92 - 97%
FCAW 80 - 90%
SAW 98 - 100%
SMAW 60 - 70%
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Estimación de costosEstimación de costos
CEE = Costo de energía eléctrica [=] $/ft
CEE = (A*V*$EE*TAT)/EfFP
A = Amperaje de soldadura [=] A
V = Voltaje de arco[=] V
$EE = Precio de la electricidad [=] $/Kw-hr
EfFP = Eficiencia de la fuente de poder [=] %
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Estimación de costosEstimación de costos
Proceso Método de aplicación Tipo de electrodo
SMAW Manual E7024
FCAW-GS Semiautomático
E70T-1 Diámetro del electrodo Corriente de soldadura (A) Voltaje de soldadura (V)
1/4” 360 35
3/32” 500 31
Velocidad de alimentación de alambre (ipm) Gas de protección Flujo de gas (ft3/hr) Tasa de depósito (lb/hr)
--- --- ---
12.19
240 100% CO2
35 19.70
WD = 0.514 lb/ftWD = 0.514 lb/ftFilete de 1/2” de piernaFilete de 1/2” de pierna
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Ejemplo - continuaciónEjemplo - continuaciónVelocidad de avance (ipm) 4.76 7.69 Tiempo de arco (hr/ft) 0.042 0.026 Tiempo total de arco (hr/ft) 0.12 0.058 Mano de obra e indirectos ($/hr) 40.0 40.0 Factor de operación (%) 35 45 Peso del metal depositado (lb/ft) 0.514 Precio del electrodo ($/lb) 0.906 1.121 Eficiencia del electrodo (%/100) 70.8 90 Costo del electrodo ($/ft) 0.658 0.640 Precio del gas ($/ft3) --- 0.05 Costo del gas ($/ft) --- 0.102 Precio de la energía eléctrica ($/Kw-hr) 0.08 Eficiencia de la fuente de poder (%) 67 80 Costo de la energía eléctrica ($/ft) 0.086 0.044 Costo de la mano de obra e indirectos ($/ft)
1.68 1.04
Costo de materiales y energía ($/ft) 0.744 0.786 Costo total ($/ft) 2.424 1.826 Ahorros ($/ft) 0.598
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ITW welding Products Group – Latin America