Universidad Nacional de Rosario

Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura

Escuela de Ingeniería Mecánica

Profesor : Ing. Roberto, Mas Alumno: Caffarena Carlos

2010

Introducción ●Definición Es la unión de 2 o mas metales (o elementos) bajo la acción de energía, en forma de calor y/o presión localizada, empleando o no material de aporte. Es decir se unen elementos aplicando una alta densidad de energía (mucha energía en poca área). ●Tipos de empalmes:

� Soldadura por unión � Soldadura por recargue � Soldadura por reparación

Soldadura por unión: es la que se realiza cuando se unen 2 o más elementos metálicos. Se las utiliza para lograr continuidad mecánica, química y metalúrgica, es decir se busca lograr una homogeneidad , la mayor posible entre el metal base y el material de aporte. Soldadura por recargue: Consiste en aportar un material distinto al base aumentando la resistencia al desgaste. Este aporte se realiza por medio de la soldadura. Con este método se logra economizar, ya que me permite usar materiales más barato y hacerle un recargue duro. Soldadura de reparación: Se usa en mantenimiento solo tiene en cuenta las mínimas exigencias de la soldadura por unión. Lo que se busca es obtener la continuidad del metal base. ● Condiciones de una buena soldadura:

� Que tenga las mismas condiciones que el material base. � Misma composición. � Sin defectos. � Físicamente lo mismo (resistencia, etc.) � Geométricamente la misma pieza (cuando no noto la soldadura es lo mejor,

debe ser como si no existiera) ● Unión metalúrgica La soldadura entre 2 superficies metálicas es lograr restablecer las fuerzas interatómicas a través de la interface, sin aporte alguno de material o sea permitiendo la coalescencia (cohesión) entre ambas superficies obteniendo así una sola sección continua y homogénea. Para lograr la unión se necesita:

� Calor � Presión � Fusión entre las partes

Impiden la unión: � Atmosfera � Superficies � Óxidos � Humedad

Atmosfera: La atmosfera poses O2 que oxida el metal (antes y durante la soldadura). Estos óxidos atrapados en la unión quitan continuidad y desmejoran sus condiciones. Además el O2 reacciona para formar la escoria, también hay N2 que forman nitruros de Fe que fragilizan la unión y le quita ductilidad. Si no hay ductilidad la soldadura puede tornarse inútil pues al no poder absorber las variaciones de dilatación que se producen al calentarse y enfriarse posteriormente se fisura. El H2 es muy nocivo por la alta temperatura en la soldadura el H2 molecular pasa a 2H atómico. Al bajar la temperatura (solidificación) el 2H atómico pasa a H2 molecular por lo que libera gran cantidad de energía como presión que producen micro fisuras en la unión que luego al estar solicitado a cargas las micro fisuras crecen y forman fisuras. Entonces se debe eliminar la atmosfera de la zona a soldar, para ello se usa atmosfera protectora. Superficie: Aunque se las pulas las superficies a unir de la mejor manera no se logra la unión metalúrgica, pues el contacto logrado es una mínima parte de las superficies, resultando así que la gran mayoría de las superficies queda la distancia mayores que las atómicas. La cohesión del material es del orden de los Amstrong, imposible de lograrlo, por lo que se le debe entregar energía al material base. Óxidos: Se oponen a la unión porque forman compuestos de mayor o menor punto de fusión, por lo que crean discontinuidad en la soldadura. Humedad: Como la humedad es vapor de H2O nos da hidrogeno H2 que actúa produciendo micro fisuras. La humedad puede ser también aportada por el material de recubrimiento de los electrodos. En este caso los electrodos pueden ser calefaccionado para sacarle la humedad. La humedad del ambiente no puede actuar en el proceso de soldadura debido a que la atmosfera protectora creada.

Procedimientos de soldadura I) Soldadura por fusión

1. Por arco eléctrico (electrodo, plasma, arco sumergido, alambre) 2. Por gas (oxiacetilénica, oxhídrica) 3. Especiales (laser, aluminotermica, electroescoria)

II) Soldadura por resistencia

1. Puntos 2. Chisporroteo 3. A tope

III) Soldadura por fase solida

1. Fricción 2. Ultrasonido 3. Forja 4. Explosión

IV) Soldadura fase liquida-solida

1. Blanda (Soldering) 2. Fuerte (Brazing)

Las llamas soldantes La llama la logramos por la combustión de 2 gases, el gas combustible y el oxigeno. El calor desprendido de la reacción se aplica para fundir el material base y el material de aporte. Las llamas utilizadas para la soldadura autógena se los metales y aleaciones, puede caracterizarse por las distintas zonas.

Zona a: Se mezcla el combustible y el oxigeno Zona b: Zona donde la mezcla toma temperatura hasta la temperatura de inflamación. Cono brillante (blanco), es la zona de inflamación donde llega a una combustión estacionaria. La zona b es un cono donde los gases van elevando su temperatura hasta una temperatura inferior a la de inflamación, en esta zona no se origina reacción alguna. La zona b ` es la zona de la combustión primaria es muy brillante y pequeña. Zona c: Zona más brillante del dardo es la de mayor temperatura (3100ºc) es la zona utilizada en soldadura. Zona d: zona de residuos de los productos de la combustión Zona e: Penacho esta zona es la de residuos de la combustión secundaria. ●Tipos de llama:

� Llama carburante (débil: para soldar fundición, Al, Pb y Zn; fuerte:

soldadura de endurecimiento) � Llama oxidante (para soldar latón, bronce, etc.) � Llama neutra (para soldar aceros y Cu)

La llama carburante es inadecuada para soldar aceros inoxidables y aceros de baja aleación para caños y aleaciones de Cu. La llama de hidrocarburo ideal será aquella en la cual los productos de combustión primaria son Co y H2 (caso de la llama oxiacetilénica). Con hidrocarburos como el metano, propano, butano es difícil lograr la combustión ideal, tendremos CO2 y H2O.

En la zona d podremos decir que la llama es:

� Oxidante ( CO2 y H2O) � Ideal (CO2 y H2) � Carburante (exceso de Clibre)

●Cualidades de las llamas soldantes

A. Características térmicas B. Características químicas C. Características de aplicación industrial D. Características económicas

Características térmicas Las llamas deberán producir una fusión localizada, para ello conviene que la llama desarrolle la máxima temperatura. En efecto la llama debe tener una temperatura que sobre pase en mucho a la temperatura de fusión del metal a causa de las perdidas por conductividad radiación y convección. Además la localización de la más alta temperatura en una zona determinada.

� Acetileno (C2H2) -------------- 3100ºc------------- 1,1 a 1,3 volumen de O2 � Metano (CH4) ------------------ 2720ºc------------- 1,6 a 2 volúmenes de O2 � Propano (C3H8) ---------------- 2900ºc------------- 3 a 5 volúmenes de O2 � Butano (C4H10) ----------------- 2900ºc------------- 4 a 5,5 volúmenes de O2

Características químicas: Se busca que la llama sea neutra (o reductora) según el caso del tipo de hidrocarburo usado. Oxiacetilénica C2H2 + O2 � 2 CO + H2 + 106 Kcal (3100ºc) Combustión Oximetano CH4 + 2O2 � CO2 + 2H2O + 192 kcal (2720ºc) Primaria Oxipropano C3H8 + 5O2 � 3 CO2 + 4H2O + 460 Kcal (2900ºc) Oxibutano C4H10 + 6,5 O2 � 4 CO2 + 5 H2O + 688 Kcal(2900ºc) Combustión CO + ½ O2 + 2 N2 � CO2 + 2N2 Secundaria H2 + ½ O2 + 2 N2 � H2O + 2N2

Características de aplicación industriales: Las propiedades son rigidez, flexibilidad de la regulación de la llama desde el punto de vista práctico.

a) Rigidez de la llama: Está relacionada con la velocidad de combustión y de la proporción y presión de la relación combustible- oxigeno. Al ser la velocidad de combustión alta, la llama se puede meter dentro del tubo, si esto ocurre puede explotar. Entonces la velocidad de salida de los gases debe ser mayor a la velocidad de combustión pero para mayor seguridad se debe colocar válvulas anti retorno. La llama oxiacetilénica es más rígida que las otras llamas.

b) Flexibilidad de la regulación: Esta referido al porcentaje de cada gas, así es posible lograr llamas desde oxidantes a carburantes. Los limites de esta regulación están dados por los limites de inflamación de la mezcla gaseosa. Comparando la llama con el arco eléctrico, vemos que la temperatura desarrollada por la llama es menor que la del arco eléctrico (3000ºc vs. 6000ºc) por lo tanto la transferencia de calor es más lenta. La zona afectada por el calor con la llama es más extensa. Como la entrega de energía en esta es menos violenta que con arco, es aplicable la llama para recargues duros, así hay menor dilución del material base.

c) Características económicas: son funciones de la velocidad de ejecución de la unión y del poder de combustión. El poder de combustión determina el precio de la llama, es decir la mescla de combustible oxigeno. La proporción de las distintas llamas son: Oxi-Acetileno --------------1volumen ------------- 1,1 a 1,3 volumen de O2 Oxi-Metano ------------------1volumen------------- 1,6 a 2 volúmenes de O2

Oxi-Propano ---------------1volumen ------------- 3 a 5 volúmenes de O2 Oxi-Butano ----------------- 1volumen ------------- 4 a 5,5 volúmenes de O2

●Llama oxiacetilénica La llama oxiacetilénica se obtiene haciendo llegar a un soplete que asegura su mezcla intima de los dos gases oxigeno y acetileno. Combustión teórica de un volumen de acetileno con un volumen de oxigeno (prácticamente 1,1 a 1,3 según la potencia del soplete) en estas condiciones se dice que la llama es normal (reductora o neutra).

Oxiacetilénica C2H2 + O2 � 2 CO + H2 + 106 Kcal (3100ºc) (zona a) (zona b) zona CO + ½ O2 + 2 N2 � CO2 + 2N2 c H2 + ½ O2 + 2 N2 � H2O + 2N2 Características térmicas: La temperatura de la llama oxiacetilénica se puede determinar por métodos ópticos o calculados por termodinámica. Según variamos alejándonos del dardo hacia el penacho, la temperatura baja rápidamente. El punto de 3100ºc es el que usa para soldar. En la práctica la temperatura se determina por el color de la llama.

Características químicas: La reacción del dardo o reacción primaria produce únicamente gases reductores CO, H2 pues a la temperatura de 3000ºc el H2 para a 2H. La presencia de hidrogeno atómico aumenta las propiedades reductoras de la llama. Las proporciones en volumen de los distintos componentes de la llama para la temperatura máxima de 3100ºc se establecen:

� CO = 61% � H2 = 22% (molecular) � H = 17% (atómico)

La composición química del acetileno (C2H2) es 92,3% de C y 7,7% - 8% de H2. Químicamente puedo regular la llama: < 1 � Exceso, mas acetileno (carburante) Si la relación O2/C2H2 = 1,1 a 1,3 � Ideal (neutra o reductora)

>1,3 � Exceso, mas oxigeno (oxidante)

Características de aplicación industrial:

� Llama carburante: Usada para producir recargues duros pues la existencia de Clibre favorece la formación de dichos carburos, provoca menor dilución pues la temperatura es menor que en el arco. También se usa para algunos aceros especiales.

� Llama neutra: Usada para producir pre y post calentamiento, además para sirve para aceros y Cu.

� Llama oxidante: Se suele utilizar en soldaduras de latones pues evita la pérdida del Zn. Además se usa para extraer ciertos elementos tales como el Si y P. Para evitar la pérdida de Zn la llama oxidante produce una capa de oxido de Zn en equilibrio con el metal liquido.

● Equipo

Oxicorte ●Definición: Es el seccionamiento de los metales por medio del soplete. Cuando se corta acero la fuerte reacción exotérmica de la oxidación del Fe provoca la fusión que posibilita el corte. ●Condiciones que debe cumplirse para que se pueda realizar oxicorte:

� La reacción de oxidación del metal debe ser exotérmica. � Que los óxidos formados tengan menor temperatura de fusión que el

material base. ●Procedimiento

� Elevar la temperatura del metal a cortar a 900ºc – 1000ºc (rojo claro) � Inyectar oxigeno sobre el metal caliente, entonces se logra la oxidación

exotérmica del hierro por lo que tenemos mayor energía de fusión en forma de calor, la fusión del acero provoca el corte. Fe + ½ O2 � FeO + 100 Kcal

●Soplete

� 1ro

� 1ero se enciende la llama de precalentamiento � 2do se alcanza la temperatura en la pieza se abre la válvula de oxigeno

●Factores que afectan el rendimiento

� Temperatura del oxigeno: Si aumento la temperatura, aumento la velocidad de corte.

� Pureza del oxigeno: A mayor pureza aumento la velocidad de corte � Temperatura de calefacción: Si aumento la temperatura de la llama bajo

el consumo de oxigeno porque activa mas la oxidación y aumenta la temperatura del oxigeno.

� Tipo de corte: El corte manual requiere el doble de oxigeno que el corte automático.

A medida que aumento el espesor, aumento el consumo de oxigeno. Si la velocidad de avance del soplete es mayor que la de oxidación el corte se interrumpe.

Combustible Ventajas Inconvenientes

Acetileno Poder calorífico elevado, gran

temperatura de calefacción, por

tanto: cebado rápido, velocidad

de corte elevada, llama de

calefacción económica,

flexibilidad de la llama,

regulación fácil.

Profundidad de corte hasta

700mm

Gran concentración del calor que

puede generar una fusión de

frenado y retraso del corte.

Presencia obstructora del CO, es

necesario un ligero exceso de

oxígeno.

Para grandes consumos, necesidad

de acetileno disuelto, precio más

elevado.

Hidrógeno Llama de calefacción oxidante,

ventajosa para los cortes de gran

espesor de 500 a 1000 mm.

Preferible para el corte bajo el

agua.

Pequeño poder calorífico, precio de

coste elevado del H2,

aprovisionamiento difícil, costosa

regulación de la llama.

Gas de ciudad

Gas de horno cok

Económico en la proximidad de

fábricas productoras.

Pequeño poder calorífico,

dificultad de obtener grandes

consumos.

Aprovisionamiento difícil, espesor

de corte limitado.

Propano

Butano

Poder calorífico muy elevado.

Ventajas en los lugares de difícil

aprovechamiento. Transporte de

una gran cantidad de calorías en

pequeño volumen.

Llama de calefacción oxidante,

poco CO.

Dificultad de empleo para grandes

consumos debido a su pequeña

tensión de vapor.

Bencina Ninguna ventaja particular. Pequeño poder calorífico.

Dificultad de evaporación y de

regulación de llama.

Combustible peligroso.

●Metalurgia del oxicorte:

� Ciclo térmico � Naturaleza del acero a cortar

Ciclo térmico:

X = extensión de la ZAC e = 12mm

El oxicorte es el más concentra su acción de calentamiento por lo que va a tener menor ZAC (0.5 mm – 1mm) Al tener chica la ZAC entonces mayor masa de metal frio que rodea la zona de austenizacion, por lo que hay mayor velocidad de enfriamiento lo que favorece el temple. El elevado gradiente térmico genera altas tensiones pero estas se liberan en gran parte en el seccionamiento. La ZAC depende de :

� El espesor a cortar (si el espesor es grande tengo mayor ZAC) � Procedimiento de corte (si es manual tengo mayor ZAC) � Velocidad de corte (a mayor velocidad menor ZAC) � Conductividad térmica del acero � Tiempo de cebado y velocidad de corte � Composición química del acero

Naturaleza del acero a cortar: La influencia de la composición química del acero en el oxicorte son:

� Sobre la estructura � Sobre las reacciones de oxicorte

Sobre la estructura: -de 0,1%C a 0,15%C � No presenta ningún inconveniente para el corte -de 0,25%C � Aparecen intermedios de temple (troostita) -mayor a 0,4%C � aparece martensita.

Sobre las reacciones de oxidación: A mayor porcentaje de carbono es más dificultosa el oxicorte porque al oxidarse el hierro por acción del oxicorte este oxido reacciona con el carbono dando CO por lo que es una reacción endotérmica. FeO + C � CO + Fe (endotérmica) – 36 Kcal Esta reacción toma calor de la zona del corte por lo que enfría a la zona del oxicorte, esto hace que se impida el normal desarrollo. Entonces: -Si hay carbono libre � Difícil de cortar -Si la fundición tienen Mn � Se mejora el corte -Si la fundición tiene mucho Si � Difícil corte -Si el C esta en forma de CFe3 � Los problemas de corte son menores Cuando la temperatura del corte no es suficiente ya sea por Clibre o por alto punto de fusión de los óxidos entonces se recurre al corte por plasma (16700ºc) Soldadura eléctrica por resistencia Las energías puesta en juego son:

� Energía debido al efecto Joule � Energía mecánica (presión)

Energía debido al efecto joule:

E = 1/A ∫ I2. R. dt

Donde: E = Energía calórica I = Corriente eléctrica R = Resistencia del circuito A = Equivalente mecánico de caloría Energía mecánica: Se desarrolla por la presión ejercida por los electrodos. En el proceso de ajuste la presión tienen por objeto romper la capa de calamina y óxidos de las superficies para asegurar un buen contacto entre las chapas a soldar. Durante la soldadura la presión tiene por objeto facilitar el pasaje de corriente manteniendo las chapas en contacto. Por último el periodo de solidificación, ya sin corriente, la presión tiene por objeto favorecer la recristalización y disminuir el rechupe.

●Tipos de procedimiento de soldadura por resistencia .

� Soldadura por puntos (por puntos y continua) � Soldadura a tope � Soldadura a tope por chisporroteo

Soldadura por puntos:

Se superponen las piezas a unir, se acercan los electrodos produciendo el contacto y la corriente circulara de un electrodo a otro a través de las chapas a soldar. El punto de soldadura se produce en el núcleo es de forma lenticular y está en el punto de mayor resistencia.

Cordón continuo: Los electrodos son dos rodillos que giran y van ejerciendo la presión constante asegurando el contacto y la corriente también circulara por ellos. La presión será constante pero la corriente será interrumpida para que se produzca la recristalizacion.

Soldadura a tope por resistencia: mediante mordazas las piezas están en contacto, se hace circular la corriente a través de las mordazas y el calentamiento se produce en la región de mayor resistencia es decir en la superficie de contacto de las piezas. Luego se ejerce más presión mediante el desplazamiento de una de las mordazas. Se forma por compresión de la zona pastosa, una pestaña donde se alojan las inclusiones solidas y gaseosas.

Soldadura por chisporroteo: Las piezas mediante el movimiento de las mordazas se acercan y se alejan, produciendo una serie de arcos provocando la elevación de la temperatura de las superficies a unir. Cuando la temperatura es suficiente las piezas se ponen en contacto y ejercen presión produciendo la unión de las piezas. También aquí se produce la pestaña donde se ubican las impurezas solidas y gaseosas que luego se eliminan por amoladora.

●Resistencia por contacto La resistencia total de contacto R vale: R = (r1+ r1`) + r2 + (r3 + r3`) (r1 + r1`) = resistencia del metal base (r3 + r3`) = resistencia de los puntos de contacto de los electrodos con las chapas. r2 = Resistencia en el punto de contacto de las 2 chapas. Uno de los factores que determinan la calidad del punto soldado es la resistencia de contacto R. Si las superficies de las chapas están sucias se genera un aumento de (r3 + r3`) por lo que necesito una presión mayor de los electrodos para romper esta capa de impurezas. Una superficie sucia produce pegaduras de las puntas de los electrodos con las chapas se genera un chisporroteo del metal y mayor desgaste de los electrodos. Se busca que r2 sea lo mayor posible, pero como la resistencia varia inversamente con la presión, se suele bajar un poco la presión antes de hacer circular la corriente con el fin de aumentar r2. Entonces un punto de soldadura de calidad exige

- (r3 + r3`) lo menor posible para facilitar el paso de corriente - r2 lo mayor posible

Los electrodos son de Cu y están refrigerados con agua

●Aspecto metalúrgico de la soldadura por resistencia

El punto de soldadura es una elipse más o menos deformada. Los dos ejes de simetría sin paralelos a la línea de contacto de las dos chapas y el menor pasa por el eje de los electrodos.

1. El material base no está afectado por el calentamiento 2. El material base estuvo entre Ac1 y Ac3 entonces no hubo austenizacion

completa por lo que tenemos una estructura globular 3. Zona de recocido, a temperaturas superiores de Ac3 y no llego a fusión

entonces la estructura tiende a recristalizarse y refinarse si el material estuvo inicialmente laminado

4. Rodeando la zona de fusión, es una banda fina que presenta difusión 5. Zona alcanzada por la fusión, presenta cristalización de orientación

dendrítica 6. Zona de fusión mas interna donde presenta cristalización equiaxial

Soldadura a tope: La zona de fusión es el asiento de una reacción de descarburación por la acción de los óxidos formados sobre las caras sometidas al chisporroteo. Los óxidos son desplazados bajo el efecto de la presión formando la pestaña característica de un metal fuertemente oxidado.

Metalización La metalización es un recubrimiento, no una unión. Consiste en aportar un material sobre una superficie logrando adherencia entre la superficie y el material proyectado y luego dicha adherencia será entre las sucesivas capas del material aportado por medio de muchísimas uniones metalúrgicas en forma discontinua. Presenta la ventaja que se puede aplicar prácticamente a cualquier material de aporte sobre cualquier material base, En la práctica se aplica un metal sobre otro metal, Además la pieza sobre la que se aplica la metalización alcanza solo 150ºc – 200ºc. El material de aporte puede ser alambre o polvo, el material de aporte es fundido y proyectado sobre el material base a alta velocidad (200m/s). El choque plástico de las partículas del material de aporte que se presentan en estado pastoso, primero sobre el material base y luego entre ello, provoca una cohesión intermolecular que permite el establecimiento de la capa.

●Condiciones para una buena metalización

� Preparar las superficies del material base � Producir precalentamiento

Preparar las superficies del material base: para ello se eliminan los óxidos con un decapado y también se debe producir una rugosidad en la superficie para permitir el anclado de las partículas. Producir precalentamiento: El precalentamiento en la pieza tiene por finalidad eliminar la humedad que puede estar depositada en la superficie y para ayudar a la deformación de las partículas. Además el precalentamiento hace que la capa y la pieza enfríen juntas disminuyendo tensiones residuales que puedan despegar la capa.

●Adherencia Esta se logra en pequeñas zonas donde se tiene:

� Cohesión interatómica � Anclaje

Las partículas tienen una velocidad v y un impulso F. Las componentes Fh al chocar la partícula en estado pastoso, produce cohesión interatómica La componente Fv produce un desplazamiento en la dirección transversal y debido a la rugosidad del metal base producen anclaje mecánico. ●Proceso de metalización Con la superficie del material adecuadamente preparada se aplican 2 capas. 1er capa: Capa que se vincula al material base (80%Ni, 20%Al). El Al provoca una mayor elevación de la temperatura producto de una reacción exotérmica (liberada por la oxidación de Al2O3. Luego hay una contracción de la capa lográndose una total adherencia. Esta capa no es resistente al impacto, si resistente al desgaste. Se logra una unión en fase solida entre capa y material base. 2da capa: Luego con el mismo procedimiento se aplica la 2da capa sobre la 1era teniendo esta segunda capa una composición adecuada a la exigencia. Se puede aplicar Zn, Pb, Bronces, carburos, aceros de alta aleación y baja. Estando este material en alambre en polvo. La producción horaria es mayor usando arco que usando llamas. ●Aplicaciones Se aplica la metalización en alabes de turbina, zincado de interiores de tanques de buques petroleros o graneros. Aros de pistón, anillos rozantes de motor eléctrico, aluminio metalizado con aceros inoxidables. El alambre se aplica a llama o arco y los polvos son utilizados con llama o plasma. ●Granallado Para metalización se debe usar granallas sin ángulos vivos. El circuito de la granalla puede ser abierto o cerrado por medio de una campana que contiene las granallas y de donde son absorbidas.

El granallado puede utilizarse para luego de soldar para crear tensiones de compresión que se opongan a las de tracción originadas en la soldadura. ●Diferencias de metalización y TIG con plasma

En b el arco está constituido por la buza refrigerada y se dispersa menos que el sistema TIG por lo que la energía es más concentrada lo que la hace apta para el corte. El plasma es un flujo luminoso de gas ionizado producido al pasar un gas a través de un arco eléctrico. Se obtiene temperatura de aproximadamente 16700ºc En c el arco queda más encerrado en la buza, además esta mas lejos de la pieza y se le agrega al arco polvo para metalizar por medio de vibración. Se puede variar la separación entre el pico y pieza. Arco eléctrico El arco es la manifestación de una emisión de electrones que proviene de un cátodo ( - ) incandescente bombardeando el ánodo ( + ) a gran velocidad. Este bombardeo provoca la ionización por choque de las moléculas neutras originando una gran elevación de la temperatura. Para establecer el arco es necesario una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo y luego el plasma para permitir la circulación del cátodo al ánodo aumenta la temperatura.

●Descripción del arco Caso de dos electrodos de carbón. Funciona con corriente continua. Es inestable y además de arranque dificultoso (difícil cebado). Se usa para cortes de metales, el inconveniente es que gasta más de 500A.

Zonas: A = Mancha anódica, zona bombardeada por los electrones B = Arco color violeta, forma el puente que une los dos electrodos de carbón C = Mancha catódica de donde salen los electrones. Es una punta incandescente D = Aureola o llama, resulta de la combustión de las partículas solidas o gaseosas desprendidas de las puntas de carbón. Si el arco se produce en el vacio entonces esta aureola desaparece así como la forma puntiaguda del cátodo E = se forma por el bombardeo de los electrones .

T ánodo > T cátodo El ánodo se construye de mayor diámetro, pues sufre un desgaste mayor por el bombardeo electrónico, posee mayor temperatura entonces se consume más rápido que el cátodo. Caso electrodo metálico Funciona con corriente continua. En el extremo del electrodo, conectado al polo negativo se forma una punta muy luminosa que constituye el punto de partida del arco (mancha catódica) de donde se emiten electrones. Sobre la pieza a soldar (polo positivo) se forma una zona luminosa de alta temperatura (mancha anódica) en forma de cubeta (cráter) donde el metal permanece en fusión. El arco (haz luminoso) se extiende la punta del electrodo y cráter, constituyendo del núcleo del arco.

Alrededor del núcleo del arco, existe una aurora o llama de forma irregular en estado de agitación continua, que puede ser desplazada por el campo magnético creado por la corriente. Según sea conectado la pieza y el electrodo se puede lograr que los electrones bombardeen a uno o a otro. Si se busca gran penetración (fusión del material base) entonces el ( + ) va a la pieza y sin en cambio se busca rellenar o recargue (baja penetración) el ( + ) va en el electrodo. Esto es válido en corriente continua. ●Régimen eléctrico del arco En el arco, la tensión en bornes (v) y la intensidad de corriente (I) no están ligadas por la LEY DE OHM, por el contrario, se produce en sentido inverso. Cuando aumenta la corriente disminuye el voltaje. Para lograr un arco estable la tensión en bornes es la suma de tres caídas de potencial.

V = Va + Vc + Vb Donde: Va = caída anódica Vc = caída catódica Vb = caída en el arco Las caídas Va y Vc son independientes de la longitud del arco y dependen solo del material de los electrodos. Para electrodos de Fe tenemos Vo = Va + Vc = 11 Volt. En cambio la caída de tensión en el arco Vb es proporcional a la longitud del arco (L) e inversamente proporcional a la intensidad (I) de corriente que circula.

Vb = ( c . L) / I

Donde: L = longitud de arco I = intensidad de corriente C = constante para el Fe Donde para un arco la tensión de bornes v se expresa por:

V = Vo + ( c . L) / I

V = 11 [volt] + 5500 [v.a/cm] . L/I

Ejemplo: Calcular la V para soldar con un electrodo de Ф = 4mm con I = 150ª y L = 0,3cm. Siendo el electrodo de hierro.

V = 11 [volt] + 5500 [v.a/cm] . L/I V = 11+ (5500 . 0,3)/150 = 22v

La corriente I se establece en función del diámetro del electrodo y del material. Formula de Lebrum I = (K – Ф/10) . (Ф2 + 4. Ф)

Donde: I = corriente K = depende del material del electrodo, para el acero K=4,1 Ф = diámetro del electrodo Otra forma práctica es I = 40 [A/mm] . Ф [mm] Con 22v logramos un arco estable, un arco estable nos da una mejor soldadura, no aparecen electrodos, ni óxidos, no hay absorción de gases, mejor terminación superficiales. Cuando la longitud del arco crece, la tensión en bornes (v) aumenta, así al variar L desde 0,3 cm a 1 cm, la tensión en bornes aumenta desde 22v a 48v. Estos 48v es la tensión necesaria, suponiendo que I= cte = 150A pero hay que ver si el equipo o fuente de energía es capaz de suministrar 150A pero a menor tensión puede ocurrir que el arco se extinga. Para ayudar a mantener el arco, se usan electrodos ionizables con Na y K en el revestimiento ●Temperatura del arco La caída de tensión anódica (+) es mayor que la catódica (-) entonces tendremos mayor temperatura en el ánodo (+) que en el cátodo (-). Ib = Ia =Ic a = ánodo Potencia = P = V.I Vb>Va>Vc c = cátodo b = arco Pb>Pa>Pc La mayor cantidad de potencia se disipa en el arco entonces el punto de mayor temperatura no estará en el ánodo (+) sino en la columna de vapor (arco) entre ánodo y cátodo. La máxima temperatura es en el arco, Richardson propone la siguiente formula teórica para calcular la temperatura en el arco.

i = a . eb/t . T

Donde: a y b : son constantes que depende de la naturaleza del metal

a = n . e

b = 3 ev / 2α

n = nº de electrones por cm3 de gas e = carga del electrón ev = trabajo del electrón para atravesar la capa metálica α = Cte universal de los gases 1,83x10-16

T = temperatura absoluta [ºk] i = densidad de corriente [A/cm2] por sección del electrodo ●Estabilidad del arco Los arcos metálicos son inestables debido a su característica negativa, cuando I aumenta, la resistencia del arco disminuye, es decir la caída de potencial en el arco Vb disminuye así el arco tiende a extinguirse. Vb = c.L/I Si aumento la corriente el Vb disminuye y se puede extinguir el arco Para obtener estabilidad del arco en funcionamiento se coloca una resistencia en serie o una bobina que se oponga a las variaciones rápidas de la corriente, pero esto trae como consecuencia una disminución de V. Para cebar el arco se separa el electrodo de la pieza metálica, después del contacto, con el fin de provocar la formación de una mancha catódica incandescente. Las piezas a soldar están normalmente recubiertas por una película aislante y para conseguir un cebado fácil del arco es necesario una tensión mayor en el arranque (70v) que durante el trabajo. También la corriente de cebado es mayor que la de trabajo Si se enfría el cátodo disminuye la emisión de electrones. El arco de corriente continua es más estable que el arco de corriente alterna pues este último, la incandescencia del cátodo que emite electrones se ve interrumpida por el cambio de polaridad dado que el cambio de sentido de la intensidad en el tiempo, entonces cada cambio se produce la extinción del arco con su posterior restablecimiento del mismo (para poder lograr esto la temperatura debe ser la suficiente para poder emitir electrones). En corriente alterna tendremos que el cátodo ocupara alternativamente en la pieza y el electrodo. Si el tiempo de interrupción no ha podido producir un enfriamiento suficiente del cátodo, el arco se volverá a encender desde el momento en que se aplique la tensión. Si la temperatura es demasiado baja no se producirá el arco en la alternancia correspondiente. La estabilidad del arco depende de:

� Potencial de ionización: es la energía necesaria para sacarle un electrón al átomo

� Poder termoiónico: nº de electrones que desprende � Conductividad térmica

La estabilidad dinámica del arco aumenta cuando:

� ↑ Frecuencia � ↓ longitud de arco � Se intercala una bobina � Naturaleza y espesor del revestimiento � Naturaleza del metal de aporte

La estabilidad estática se ve favorecida con la introducción de una resistencia en serie. Pero esta estabilidad estática, que depende del aparato utilizado, no es suficiente para obtener un funcionamiento satisfactorio, es necesario una estabilidad dinámica. Para lograr la estabilidad en el arco, se agregan en el revestimiento del electrodo elementos de bajo potencial de ionización como el Na y K Na� 5,12eV � CC K � 4,32eV � CC y CA Para electrodos de CC se agrega Na pues la temperatura del cátodo (-) es cte. Y más elevada que la CA entonces el Na posee mayor potencial de ionización que el K, responden bien a CC. En CA como la polaridad cambia constantemente se va enfriando si se enfría no puede emitir electrones pero debido al bajo potencial de ionización sigue emitiendo (el polo incandescente es el que emite para ello se le agrega K al revestimiento del electrodo). Mezclando Na y K obtenemos electrodos para ambas corrientes. En el revestimiento del electrodo aparecen formando silicatos de Na y silicatos de K. De lo visto se puede decir que un electrodo de continua sirve únicamente para continua y un electrodo de alterna sirve para continua y alterna. Transferencia metálica Es la forma en que el metal se transfiere desde el electrodo al material base, la transferencia debe ser regulada de acuerdo al trabajo a realizar. Hay 3 formas de trasferencia:

� Spray o lluvia � Globular � Corto circuito

El tipo de transferencia dependerá de:

� Acción de la gravedad � Tensión superficial del material aportado � Acción mecánica de los gases � Acción de la fuerza magnética o de Lorenz

Acción de la gravedad: En soldadura bajo mano, la acción de la gravedad es positiva pues ayuda a la transferencia desde el electrodo al material base. En cambio en la soldadura sobre cabeza, la gravedad actúa negativamente y para poder proyectar las gotas hacia arriba (son de pequeña peso) entonces necesitara una transferencia spray o lluvia donde la impulsión hacia arriba la logro por la acción del gas que trasfiere energéticamente las gotas hacia arriba. Tensión superficial: Depende del revestimiento.

El peso p de la gota metálica se iguala a la fuerza que la tensión superficial hace para sujetarla. f = γ . 2 . π . ri p = m . g = ρ . v. g f = p γ . 2 . π . ri = ρ . v. g Y = (γ. 2 . π . ri ) / (ρ . v. g)

Donde: V = volumen gota [m3] ri = radio del electrodo [m] ρ = densidad [kg/m3] γ = coeficiente de tensión superficial [kg/seg] Analizamos la formula y tendremos una gota más grande cuando aumente el coeficiente de tensión superficial del metal liquido y cuando la densidad sea baja o cuando la el radio del electrodo aumente. Acción mecánica de los gas: Los gases son desprendidos por el revestimiento del electrodo o bien por la presencia de humedad en el electrodo. Tipo de electrodo Gas o vapor liberado

Rutílico Celulósico Básico

Vapor de H2O Hidrogeno H2

Dióxido de carbono CO2

Sistema MIG Sistema MAG

Helio o Argón CO2

En orden de energía (de mayor a menor) tendremos los siguientes gases:

� Celulósico H2 : Muy enérgico se desprende la mayor cantidad de energía. Sirve para soldar en toda posición. Tiene la ventaja para soldar con mucha profundidad. Se usa para la 1er pasada en aceros de bajo carbono.

� Básico CO2 : Medio en energía, también se lo puede usar para soldar en toda posición.

� Rutílico H2O : Menor energía, se usa para soldar solamente bajo mano, Con este electrodo se da la última pasada.

Acción de la fuerza magnética o De Lorenz La corriente I que circula por el electrodo crea un campo magnético y este genera

fuerzas denominadas “fuerzas de Lorenz” ( F = q . [v^b] = I . L^B ) que estrangula la gota metálica liquida por acción de la presión P, procurando la separación de esta del electrodo. Este fenómeno se denomina efecto PINCH y consiste en que la gota tiende a separarse y acelerarse por la acción de una presión P generada por el campo magnético, apareciendo una fuerza Fm resultante.

P = (I2 / (100 . π . R2 )) . (1-(r2 / R2 )) R = radio mayor de la gota r= radio menor de la gota Fm = (I2 / 200) . K K = log A1/A2 A1= (π (фelectrodo)

2 ) / 4 A2 = π r2 K depende del arco

Si aumento la corriente entonces aumenta la presión y aumenta Fm entonces las gotas son mas chicas son impulsadas con mas fuerzas entonces favorece la transferencia spray. ●Características de los tipos de transferencia

� Lluvia o spray: se logra con las mayores corrientes con alta presión y alta Fm para tener un intenso efecto de pinch y lograr gotas pequeñas de MA, además el revestimiento debe ser celulósico o básico para que la acción mecánica de los gases sea intensa y proyecte las gotas del MA. Esta transferencia es la adecuada para soldar sobre cabeza.

� Globular: Las gotas son más grandes, pesadas, influye la gravedad y se proyectan por propio peso. Medio amperaje pues no requiere de efecto pinch tan intenso. Es la transferencia aplicada a la soldadura bajo mano.

� Corto circuito: En algunos momentos el electrodo toca el MB y se produce un corto circuito depositándose material. Es una transferencia directa. Solo se logra con electrodo rutílico, mala penetración. Sería como un globular continuo. Este tipo de transferencia se usa en el sistema MAG – MIG

Procedimiento de soldadura manual El electrodo se encuentra revestido de tal manera que se logre una atmosfera a mayor presión que la atmosférica.

Q = (V . I . 60) / vd [ J/cm] V = tensión en [volt] I = corriente en [A] vd = velocidad de desplazamiento en [cm/seg]

●Tipos de fuentes de energía

� De intensidad cte. � soldadura manual � De tensión cte. � Soldadura automática o semiautomática

De intensidad constante: Es el sistema empleado para soldadura manual. Gracias a su curva característica, frente a una gran variación de tensión, la fuente se mantiene prácticamente constante la corriente que entrega.

Sabemos que la tensión del arco Vb Vb = ( c . L) / I P2>P1 L2>L1 V2>V1 V = Va + Vc + Vb Fórmula válida para un régimen estable (si crece el L y V = cte entonces el arco se extingue baja la corriente). En ello se ve que la longitud del arco crece (o disminuye) que es usual soldar manualmente, debido al pulso del soldador, la tensión para mantener un arco estable debe crecer (o decrecer) en forma directamente proporcional a la variación de longitud de arco, siendo la corriente constante. Observando la curva característica de la fuente de intensidad cte. Se verá que cumple perfectamente con los requisitos citados. Por lo tanto, la curva deberá ser de la mayor pendiente posible, por lo que se adaptara mejor a la soldadura manual, pues al aumenta L, responde con un aumento de tensión para evitar que el arco se extinga (y viceversa) y lo hace en forma automática. Si la caída de potencial en el arco Vb disminuye este se extingue pues se enfría tanto el cátodo (-) como el ánodo (+) dificultándose el flujo de electrones. La regulación se podría lograr una semiautomatizacion donde el operario se encarga de vd y si se automatiza el avance del electrodo hacia la pieza va directamente proporcional a la tensión del arco.

De tensión constante: Este tipo de fuente se emplea para la soldadura semiautomática (sistema MAG – MIG). Debido a su curva característica, la tensión se mantiene cte. Frente a una variación de corriente. Supongamos que la longitud de arco crece de L1 a L2, la tensión entregada por la fuente prácticamente no varía, mientras que la corriente disminuye de I1 a I2 entonces vemos que la corriente varia inversamente proporcional a la longitud de arco. El aumento de la longitud de arco se produce porque Va<Vf (el electrodo se consume a mayor velocidad que la de avance del alambre) entonces debido a la característica de la fuente, la corriente disminuye, disminuyendo así la vf, por lo que la punta del electrodo se acerca más a la pieza debido a que la Va es cte y así la longitud de arco se reduce nuevamente a L1. Este tipo de fuente se presta muy bien para aplicarla a un sistema semiautomático donde la alimentación del electrodo (alambre) esta efectuado por un motor de velocidad cte.

●Soplo magnético Al soldar con corriente continua se crea un campo magnético de sentido cte. La regla de la mano derecha, alrededor del electrodo. Ese campo produce una desviación del arco. El soplo magnético se puede compensar:

� Soldando con un arco de CA � Creando un campo que equilibre al que causa el soplo magnético.

Electrodos para soldadura por arco Existen dos tipos de electrodos:

� Sin revestimiento � Con revestimiento

Sin revestimiento Los defectos de estos electrodos son:

a) Mal arranque: Al hacer contacto metálico entre electrodo y MB y luego separar para iniciar el arco, no se crea una adecuada ionización y el arco no es estable o bien queda pegado el electrodo a la pieza. No es posible utilizar el electrodo desnudo en C.A., si en cambio se lo puede usar en C.C.

b) Favorece la absorción de gases: La fusión del electrodo desnudo favorece la absorción de O2, N2 que conduce no solo a la aparición de sopladuras sino también a la formación de compuestos como el FeO y Fe4N. El nitrógeno forma nitruro de hierro que aumenta la dureza, la fragilidad y baja la resiliencia del material. A medida que aumenta la longitud de arco aumenta el porcentaje de gases absorbido. El H2 es el más peligroso produce micro fisuras.

c) Perdida de elementos por la oxidación en el material de aporte: se debe a que al estar desnudo, el metal fundido a alta temperatura está en contacto con el aire dando Feo y Mno. Este problema sucede también en el sistema MAG. Esta oxidación baja las propiedad mecánicas

Por lo expuesto anteriormente un electrodo desnudo no sirve.

Con revestimiento Se encuentran formados por elementos orgánicos e inorgánicos:

� Celulosa (C6H10O5) crea una muy buena protección gaseosa. Es un agente reductor de FeO y los nitruros de hierro. El hidrogeno puede generar fisuras.

� Fedelpastos origina la escoria � Silicatos de Mg y Al son formadores de escoria y aislante térmico � Rutilo es oxido de titanio, forma escoria y como posee bajo potencial de

ionización entonces favorece la estabilidad del arco. � Carbonato de calcio (CaCO3) es formador de escoria básica, estabiliza el

arco y genera CO2 � Amianto es formador de escoria, es aislante térmico entonces impide que

se enfrié el electrodo. � Ferromaganeso evita la formación de óxidos de Fe y forma óxidos de Mn � Silicatos de sodio y potasio son líquidos viscosos que sirven como

aglomerantes como contienen Na y K elementos de bajo potencial de ionización, ayuda al arranque del arco y luego le brindan estabilidad al arco y aislante térmico.

� Ferro aleaciones aportan por ejemplo Si, Cr, etc. al metal fundido. Funciones del revestimiento

� Función eléctrica � Función física � Función metalúrgica � Función mecánica

Función eléctrica: El revestimiento debe dar buen arranque y estabilidad de arco por lo que debe tener elementos de bajo potencial de ionización, en particular Na y K. Estos elementos además de ionizarse fácilmente deben dar una gran cantidad de iones (aumentar el poder termiónico). Los elementos también deben ser de baja conductividad térmica para evitar ceder calor a la atmosfera y mantener así elevada la temperatura del electrodo, lo que favorece la emisión electrónica y por lo tanto la estabilidad del arco.

Na K

Potencial de ionización [eV] 5,12 4,3 Densidad [g/cm3] 0,97 0,862 Numero atómico 11 19 Peso atómico 23 39 Disposición electrónica 2-8-1 2-8-8-1

Calculamos el nº de átomos libres, por cm3 de vapor Na y K Nº átomos = (densidad x nº de abogadro) / peso atómico

Na = (0,97 . 6,02x1023) / 23 = 2,5x1022 átomos/cm3

K = (0,862 . 6,02x1023) / 39 = 1,3x1022 átomos/cm3 El Na libera el doble de electrones que el K por lo que el revestimiento de Na hace que ese electrodo actué con mas penetración (mayor numero de electrones por centímetro cubico de gas). El electrodo con Na se usa en la primer pasada. Los electrodos de tipo celulósico llevan mayor cantidad de silicatos de Na en el revestimiento. El Na junto con el H desprendido por el revestimiento dan la máxima penetración. Se los suele usar en la primer pasada aumentando la penetración. Como el potencial de la ionización del Na es mayor que el del K los electrodos con revestimiento que tenga Na se podrán usar perfectamente con corriente continua, para tener constancia de temperatura en el cátodo y un arco estable. Los electrodos rutílico (punta azul) contienen K son menos agresivos, san menor penetración debido al menor poder termoiónico. Son usados para la pasada final, me dan mejor terminación. Los electrodos básicos tienen carbonatos dando escoria básica. Variables que aumentan la profundidad son:

� Polaridad de la maquina � Presencia de H2 � Presencia de Na

Tener baja conductividad térmica para mantener elevada temperatura y evitar que se interrumpa el flujo electrónico en especial los electrodos de C.A. Función física La función física del revestimiento se relaciona con la generación de gases durante su quemado. Esto gases impulsan las gotas de metal de aporte liquido. Tipo de electrodo Gas o vapor liberado

Rutílico Celulósico Básico

Vapor de H2O (baja energía) Hidrogeno H2 (alta energía) Dióxido de carbono CO2 (media energía)

El hidrogeno se genera en forma atómica en la celulosa y al tocar el metal frio se recombina pasando a estado molecular es una reacción exotérmica en la cual devuelve energía que tomo al pasar a atómico y si a esta le sumamos el Na de alto poder termoiónico, obtenemos el electrodo celulósico de alta penetración. La función física de la escoria (que en mayor parte es creada por elementos que componen el revestimiento) sobre manda el metal liquido desarrolla su fuerza de tensión superficial y mantiene el metal liquido. Esto es de fundamental importancia en el caso de soldadura sobre cabeza en donde las fuerzas de tensión superficial de la escoria liquida equilibran el peso del MA líquido. La escoria debe mantener su viscosidad baja a bajas temperaturas y la viscosidad debe ser cte.

cuando más baja sea la viscosidad con la temperatura decreciente mas se puede desarrollar las fuerza de tensión superficial que así mejor sostenido resultara el metal líquido

La escoria del electrodo básico cumple la mejor condición para soldar sobre cabeza, la escoria resultara difícil de despegar pues acompaña al metal durante la solidificación. La escoria del electrodo rutílico (el oxido de titanio interviene en la formación de escoria) comienza a solidificar a mayor temperatura contrae desparejo, respecto del metal y se despega más fácil. Además la escoria debe ser mala conductora de calor para facilitar las reacciones metal – escoria, al tener mala conducción entonces baja velocidades de enfriamiento por lo que se evita estructura de temple. La protección del metal fundido es mayor cuando más voluminosa sea la escoria por lo que el revestimiento es más espeso. El amianto y silicatos disminuye la conductividad térmica. Función metalúrgica Entre el metal y la escoria se producen reacciones químicas en ambos sentidos. Estas reacciones deben aprovechar para producir mejoras metalúrgicas y mecánicas en la soldadura. Para este fin es que el revestimiento posee elementos reductores (desoxidan el hierro esto son el H, Mn) hay elementos útiles se fijan al metal para aumentar las condiciones mecánicas (Cr, Ni, Mo, CO) o bien para compensar lo que se pierde. Si la escoria permanece fundida a menor temperatura hay más tipo para que estas reacciones se produzcan. En el caso de la escoria básica. La peor es la rutílica. Función mecánica Consiste en crear un cono o trombón que dirija el arco y los gases. Para ello la velocidad de fusión del revestimiento debe ser menor que la del alambre. Los electrodos básicos dan las mejores propiedades mecánicas y pueden aportar la mayor cantidad de aleantes.

●Electrodos El electrodo está formado por un alma y un revestimiento

Clasificación:

� Comunes: el aporte es acero de bajo porcentaje de aleantes. El alambre es acero efervescente y de la siguiente composición (SAE 1008) C = 0,07% - 0,12% Mn = 0,35% - 0,55% Si = 0,025% P = 0,03% S = 0,03%

� Especiales: el aporte es de acero de alto porcentaje de aleantes, pueden ser de electrodo aleado o electrodo sintético. El electrodo aleado, el aleante está en el alambre y el sintético el alambre es de acero de bajo carbono y los aleantes se encuentran en el revestimiento.

La fabricación de los electrodos sintéticos es de bajo costo. Los resultados son dispares, la soldadura con electrodos especiales sintéticos no se logra una homogeneidad en la distribución de los aleantes, pues es muy corto el tiempo que el metal permanece líquido, tiempo durante el cual los aleantes pueden fijarse en el metal. Por lo tanto para las construcciones mecánicas se prefieren los electrodos aleados. ● Construcción del electrodo

a) Labor de siderurgia para obtener el alambre (acero efervescente) se obtiene el lingote o todo de acero efervescente donde se corta la parte superior porque allí se alejo las impurezas.

b) Elaboración de la pasta que formara el revestimiento (silicatos, amiantos, etc.) en un molino.

c) Con alambre corta (longitud normalizada 450mm) se colocan en una tolva y con una maquina extrusora se pone el revestimiento.

Como luego de la extrusión estos electrodos poseen humedad entonces una cinta las lleva a un horno para ser secado. Finalmente se produce el despunte (para poder tomarlo con la pinza) de una de las puntas y la otra punta se hace extremo cónico. ●Temperatura de secado

� Celulósico entre 110ºC a 130ºC � Rutílico 190ºC � Básico 400ºC

El secado de los electrodos es el máximo posible y en especial los básicos sino estuviera seco la humedad me pasa al metal cuando sueldo, aportando H2 puede generar una micro fisura. Los electrodos básicos son higroscópicos, se humedecen al estar en contacto con el ambiente por lo que se los envasa al vacio. Así en el taller se los debe calefaccionar para evitar el contacto con el ambiente. Especial cuidado con los básicos pues quiero que aporte CO2 y no H2. ●Condiciones y ventajas del revestimiento

� Debe dar un metal con buenas propiedades mecánicas y metalúrgicas � Debe tener buena protección de gas y escoria � Buena transferencia metálica � Cordón libre de poros � Fácil remoción de la escoria � Poco chisporroteo, buen arranque y estabilidad � Alta penetración y velocidad de deposito � Buena terminación superficial del cordón � Resistente, flexible, no debe generar humos molestos � Tolerar distintos amperajes � Bajo porcentaje de agua

Identificación del electrodo Normas de soldadura

� Iram � DIN � AWS

AWS Identificar que electrodo es, es decir, si se trata de un electrodo común o especial. Luego el electrodo manual para su identificación consta de una letra E seguida de 4 0 5 dígitos

E XXXX X 5to digito: es una letra A, B, C, D, G, da el aleante 4to digito: da el tipo de electrodo 3er digito: posición de la soldadura 1er y 2do digito: da la resistencia del material a la tracción en miles Lb/pulg2. Si lo multiplico por 0,7 se obtiene kg/mm2

El 1er y el 2do digito da la resistencia a la tracción del material depositado El 3r digito da la posición de la soldadura, el 1 para toda posición, el 2 horizontal y plana y el 3 plana o bajo mano. Para soldadura en toda posición se usa electrodo básico o celulósico. El electrodo rutílico se usa solamente bajo mano La posición de soldadura vertical puede ser ascendente o descendente. El 4to digito nos da el tipo de revestimiento, celulósico (0 y 1), rutílico (2,3,4) y básico (5,6,8). El 7 es un electrodo europeo acido que posee SiO2 en el revestimiento. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Corriente y polaridad

CC(+) CA CC(+)

CA CC(-)

CA CC(-)

CA CC(+)

CC (+) CA CC(+)

CA CC

CA CC(+)

Escoria Orgánica Acida

Orgánica Acida

Rutilica Acida

Rutilica acida

Rutilica Acida

Básica Básica Mineral Básica

Arco Enérgico Enérgico Medio Suave Suave Medio Medio Suave Medio Penetración Profunda Profunda Mediana Poca Poca Media Mediana Mediana Mediana Polvo de Fe en el revestimiento

0-10% ----------- 0-10% 0-10% 30-50% ------- --------- 50% 30-50%

El 5to digito es una letra que nos da el aleante (% no mayor al 2%) que mejora las características mecánicas. Generalmente son electrodos básicos. Letras A (0,5% Mo) , B (Cr y Mo), C (Ni, Mn), D (Mn), G (Cr, Mo, Mn, V) ●Rendimiento del electrodo Un electrodo rinde el 100% si todo el alma se depositada por ejemplo es el alma pesa 100gr. y se deposita 100gr. entonces el rendimiento es del 100%, pero en la práctica lo más común es un rendimiento del 65%. Si el revestimiento posee polvo de hierro el electrodo puede llegar a tener un rendimiento de 150% alta producción. Para adoptar la resistencia del material de aporte se elige un 10% a 15% superior al MB para compensar los defectos de la soldadura y se logra continuidad en la resistencia.

●Electrodos para aceros inoxidables Norma AISI

E XXXX X Tipo de revestimiento Posición de la soldadura Nº igual al acero inoxidable Además puede ir acompañado de las letras LC o L (low o low carbón) de muy bajo %C para que no precipiten carburos de Cr (para evitar la corrosión intergranular). ●Características de los electrodos

� Celulósico: Contienen gran cantidad celulosa, en su composición elemental tienen elevada cantidad de H2 que da gran cantidad de energía al arco (esta aumenta si el revestimiento posee además Na) tengo un aumento de la penetración. El hidrogeno posee acción reductora (desoxidante) desnitrurante. Estos electrodos dan escoria del tipo acida. Son adecuados para soldar materiales oxidados, apto para soldar acero dulce (bajo % de carbono) por lo tanto la gran cantidad de hidrogeno no trae inconvenientes pues la estructura resultante es dúctil (la estructura dúctil no deja progresar las fisuras, no ocurre lo mismo con la frágil) y poco susceptible a la fisuración. También estos electrodos sirven para soldar en toda posición y son bueno para el corte de metales.

� Rutilicos: tienen en el revestimiento 90% de TiO2. Genera vapor de H2O, la fusión del rutilo es buen formador de escoria, estabiliza el arco en CC y CA. Da escoria del tipo acida. Ayudado por el K es muy buen para CA. Estos electrodos tienen baja tensión de arranque (44V – 50V) y alambre de baja resistencia a la tracción (42kg/cm2) pues como la penetración es poco se busca buena terminación, antes que resistencia mecánica. Son aptos para soldar aceros dulces.

� Básicos: Tienen revestimiento de CaCO3 al quemarse el revestimiento genera CO2. Dan escoria básica y favorece las reacciones metal escoria. Al permanecer la escoria por más tiempo fluida permite la fijación de elementos aleantes. Esto permite la soldadura sobre cabeza, son de bajo H por lo tanto evita la fisuración pero para ello deben conservarse bien secos. Son aptos para soldar aceros aleados.

Reacciones Metal – Escoria Cuando el MA está liquido, en un momento dado la escoria también lo estará. En esos instantes se producen las reacciones que son denominadas micro metalúrgicas. Durante este corto lapso debe lograrse:

� Distribución de elementos aleantes � Des gasificar el metal � Preservar el metal liquido de la atmosfera para evitar la acción de gases

nocivos y evitar enfriamiento rápido � Desplazar los óxidos del metal � Desfosforacion, desulfuración, desnitruracion.

Reducción por H2

Desoxidación Reducción por Mn Reacciones Desnitruración Metal – Escoria Desulfuración Desfosforación O2

Absorción de gases N2 H2 ●Desoxidación Reducción por H2

FeO + H2 � (H2O) + Fe

El H2 es aportado en gran cantidad por el electrodo celulósico entonces es conveniente para soldar chapas oxidadas. Reducción por Mn

FeO + Mn � MnO + Fe Esto se consigue con electrodo básico KMn = [Fe] (MnO) / [Mn] (FeO) Constante de equilibrio de la reacción

En donde luego de analizar la escoria vemos que:

(Mn) ≈ (FeO) � (MnO) / (FeO) ≈1 Luego suponemos un material de aporte SAE 1010:

(%Fe aleación / %Fe puro) ≈ 1 = [Fe] � KMn = 1 / [Mn] = 100% / [Mn]%

Análisis de la escoria: Celulósico � FeO = 12 Mn = 13 Básico � FeO = 3,5 Mn = 8 Rutílico � FeO = 7 Mn = 4 Concentración del SAE 1010 C = 0,1% Mn = 0,3% %aleantes = 0,5% P = 0,04% % Fe = 99,5% S = 0,05% Es decir que la constante de equilibrio KMn depende de la concentración de Mn. Se realizaron trabajos de investigación para relacionar la cte kMn con la basicidad o acidez de la escoria.

(CaO) / (SiO2) < 1,5 tenemos valores de Kmn mayores a 200 [Mn] = 1/200 . 100% = 0,5% Mn (CaO) / (SiO2) > 1,5 tenemos valores menores a 200 [Mn] = 1/100 . 100% = 1% Mn

Tengo el doble de porcentaje de Mn en la junta con electrodo básico que con acido, esto teniendo ambos el mismo alma. Todo esto sin variar la composición del alma ni el porcentaje de Mn del electrodo, sino variando la basicidad o acidez de la escoria a través de (CaO) y (SiO2). Se observo que a mayor basicidad de la escoria crece el contenido de Mn en el MA entonces incrementa las propiedades mecánicas de la junta y favorece la desoxidación.

●Desnitruración

2Fe4N + 3H2 � 2NH3 + 8Fe

El H2 es aportado por el electrodo en especial el celulósico. Con MB con contenidos de N2 > 0,2% no se puede soldar, lo normal para el MB es un contenido de N2 = 0,01% ●Desulfuración

SFe + Mn � SMn + Fe El SFe causa fragilidad en caliente Para tener un desplazamiento hacia la derecha de la reacción debe ser elevado la concentración de Mn, para ello se utiliza electrodos básico por lo que para aceros con alto contenido de SFe usamos electrodos básico. ●Desfosforación

4PFe3 + 3O2 � 2P2O3 + 12Fe

Por lo tanto se necesita O2 para el avance de la reacción. El electrodo básico proporciona el O2 que proviene de la calcita o carbonato de calcio del revestimiento. ●Absorción de gases Oxigeno: Cuando el material absorbe oxigeno forma oxido de hierro que queda como inclusión disminuyendo las propiedades mecánicas. Para desoxidar cuando la chapa está muy oxidada utilizo el electrodo celulósico. También aporta H2 la soldadura oxiacetilénica

FeO + H2 � H2O + Fe

FeO + CO � CO2 + Fe

Luego también puedo soldar también con electrodo básico ya que aporta Mn desoxidante.

FeO + Mn � MnO + Fe El O2 puede aparecer como inclusión o disuelto el máximo aceptable es 0,05% a 0,08%

Conclusión:

� Tipo de soldadura (Arco 0,03% O2 ; Oxiacetilénica 0,05% O2) � Naturaleza del MA � Naturaleza del revestimiento (disminuyo el % de O2 con electrodo básico y

celulósico) � Espesor del revestimiento (aumentando el espesor bajo el % de O2) � Tipo de atmosfera protectora (atm inerte bajo el % O2) � Longitud de arco (a mayor longitud de arco mayor % O2)

Nitrógeno Las desventajas de absorber N2 en la soldadura son 2:

� Forma el N2 Fe4N lo que fragiliza la soldadura provocando fisuras � El N2 aumenta la templabilidad y por lo tanto el riesgo de fisuras

Si hay más de 0,14% de nitrógeno es una estructura insoldable. Hay distintos elementos contenidos en el acero que favorecen o dificultan la absorción de N2 Los elementos que favorecen la absorción son el V, Al, Cr y Mo. Los elementos que dificultan la absorción son el Si, Mn, C. También el tipo de electrodo favorece mayor o menor medida la absorción de N2

� Celulósico 0,01% N2 � Rutílico 0,02% N2 � Básico 0,015% N2

Esto se debe a que electrodo celulósico tiene alto contenido de hidrogeno por lo que es desnitrurante.

2FeN + 3H2 � 2NH3 + 8Fe

Luego del celulósico el que le sigue en orden de menor absorción es el básico ya que tiene alto contenido de Mn. Conclusión:

� Tipo de soldadura (arco 0,015% N2; oxiacetilénica 0,02% N2) � Naturaleza del MA � Naturaleza del revestimiento (Celulósico, básico, rutílico) � Atmosfera que rodea la soldadura (bajo %N2 en atm con H2, CO) � Longitud de arco (mayor longitud mayor % de N2) � Espesor del revestimiento (mayor espesor menor concentración de N2)

Hidrogeno Es el gas que más problemas trae, se incorpora a la junta proveniente del revestimiento del electrodo. En el electrodo celulósico hay gran cantidad de hidrogeno debido a la celulosa y en el electrodo básico al desprender dióxido de

carbono al quemarse no tiene que haber hidrogeno pero si el recubrimiento de este electrodo posee humedad aparece el hidrogeno en la soldadura por lo que hay que mantener bien secos los electrodos ya sea a través de estufas ya que el recubrimiento básico es higroscópico. En cambio los electrodos celulósico y rutílico dan hidrogeno y agua al quemarse por lo que es menos importante el secado aun que conviene que estén secos.

- Mecanismo de aparición de fisuras por H2 El hidrogeno molecular presente en el electrodo debido a la gran temperatura del arco, absorbe energía (en forma de calor) y de molecular (H2) pasa a atómico (2H). Luego el hidrogeno atómico queda en solución en la estructura del metal aportado, luego al enfriarse la soldadura varia la solubilidad del hidrogeno en la estructura del hierro, la solubilidad del hidrogeno disminuye con la disminución de la temperatura del metal. El hidrogeno al llegar al metal a una temperatura de sobresaturación, es expulsado a la solución solida. Estos amos buscan recombinarse formando moléculas de H2 las cuales son insolubles en el metal. Al recombinarse a molecular se libera una energía igual a la absorbida por el hidrogeno para pasar atómico. Esa energía liberada como un gran aumento de la presión, aumenta tensiones internas dentro del metal. Estas tensiones generadas por el hidrogeno molecular se suman a las tensiones producidas por la deformación de la red cristalina causada por el gradiente de temperatura en la soldadura. Esta tensión resultante puede alcanzar la tensión de rotura del material se produce una fisura que favorece la rotura frágil de la pieza. Todo esto es más marcado en la zona de transición MA – MB, en particular a nivel granular del metal, el hidrogeno va a los bordes de grano produciendo microfisuras, las cuales crecerán por las tensiones de origen térmico hasta formar las fisuras. Para evitar estos problemas, primeramente se debe reducir al mínimo la presencia de hidrogeno en el electrodo. Si la presencia de hidrogeno es inevitable en el caso del electrodo celulósico (el cual aprovecha la energía que proporciona el hidrogeno atómico para lograr penetración) se deberá analizar una manera para que el hidrogeno no traiga inconvenientes. Para ello se realizo el siguiente experimento:

En una campa A hay hidrogeno molecular separado de esta por una chapa metaliza hay otra cama B en la cual se hizo vacio. En la cámara A hay dos electrodos a través de los cuales se puede hacer saltar un arco eléctrico. Sin establecer el arco, el hidrogeno queda molecular. Nos interesa saber si el hidrogeno difunde de A�B variando las siguiente condiciones:

- Calentando la membrana (no difunde) - Cambiando el espesor de la membrana (no

difunde)

Por lo tanto se observa que el hidrogeno molecular es incapaz de difundir a través de una membrana metálica. Si se establece el arco eléctrico entre los electrodos, este provoca la formación de hidrogeno atómico, el cual si difunde a través de la membrana metálica. Variando las siguientes condiciones se observa:

- Si se eleva la temperatura de la membrana (mayor difusión) - Si aumenta el espesor de la membrana (menor difusión) - Si la membrana tiene estructura de temple (menor difusión) - Si la membrana es dúctil (ferrita) (mayor difusión)

Entonces para evitar la recombinación del hidrogeno atómico en molecular dentro de la estructura del metal es necesario brindar condiciones de difusión elevadas, así el hidrogeno tiene menos posibilidades de recombinarse en hidrogeno molecular quedando como solución solida intersticial en el hierro. Para mantener las condiciones elevadas de difusión debo evitar las estructuras de temple, el MB y MA deben ser en lo posible de bajo porcentaje de carbono y poco aleados. Si necesitamos soldar un MB de medio carbono o alto carbono se debe precalentar la zona o pieza a soldar entonces así se logra un mayor volumen de metal caliente por lo que disminuye la velocidad de enfriamiento y esto disminuye las estructuras de temple al enfriarse la soldadura porque hay una mayor difusión. También es conveniente mantener elevada temperatura de la pieza o zona soldada, el precalentamiento es el que otorga esta temperatura elevada durante más tiempo de la zona soldada lo cual favorece la difusión. Hay que mantener los electrodos secos en especial los básico (son higroscópicos) esto no favorece la difusión del hidrogeno porque directamente se existencia lo beneficia. Entonces podemos concluir diciendo que para disminuir las posibilidades de fisuras por hidrogeno es fundamental realizar un precalentamiento en la pieza a soldar o en una gran zona metálica que este próxima a la unión soldada. Las ventajas es que se evita la estructura de temple, aumenta la difusión del hidrogeno y disminuye las tensiones térmica. El mayor riesgo de fisuración se corre cuando se alcanza la temperatura ambiente, pudiendo se producir fisuras varias horas después de que se completo la soldadura, La fisuración puede producirse en aceros de bajo carbono por debajo de 150ºC y en cualquier otro acero por debajo de los 250ºC Las fisuras aparecen generalmente en la ZAC o en la raíz del condón. También pueden aparecer una fisura bajo el cordón de soldadura. ●Cálculo de la presión que produce al recombinarce el hidrogeno La reacción de disociación es: H2 � 2H Como son gases se remplaza la actividad química por la presión parcial y se puede escribir la constante de equilibrio KH.

KH = (PH)2 / (PH2) = (H%)2 / (PH2)

Donde: PH = presión de hidrogeno atómico H% = concentración del hidrogeno atómico en el hierro PH2 = presión del hidrogeno molecular La cte. de equilibrio es función de la temperatura y la concentración del hidrogeno en el hierro también varia con la temperatura

Temperatura [ºC] Kh H%

30 10-19 6,2x10-8

1592 0,521x10-5 3x10-3

Con estos datos se está en condiciones de calcular la presión que se desarrolla al recombinarse el hidrogeno

KH = (H%)2 / (PH2) � (PH2) = (H%) / KH A 1592ºC (PH2) = (3,2x10-3)2 / 0,52x10-5 = 1,72 atm A 30ºC (PH2) = (6,2x10-8)2 / 10-19 = 38,50 atm Si el hidrogeno se recombina a 1592ºC se genera una presión de 1,72 atm pero si lo hace a la temperatura ambiente la presión es de 38,5 atm es muy peligroso y genera fisuras. Soldabilidad Si no hay ductilidad no se puede soldar. La soldabilidad puede abordarse bajo los aspectos siguientes:

� Soldabilidad operatoria: es relativa a la operación de soldadura en sí. Un metal puede unirse a otro por diversas operaciones, fusión, calentamiento y presión, presión, etc.

� Soldabilidad metalúrgica: es la relativa a las modificaciones físico y químicas, resultado de la operación de soldadura (aparición de martensita, precipitado de carburos de cromo en un inoxidable, descarburación, etc.)

� Soldabilidad constructiva o global: contempla el comportamiento de las construcción soldada cuando queda sometida a tensiones residuales y a las tensiones externas sobre ella. Es un problema de tensiones residuales (depende de las propiedades físicas del metal, dilatación, contracción)

Un metal es saldable si cumple con lo anteriormente dicha pero la primera es la decisiva o terminante para la posibilidad de realización de la soldadura. Analizamos la soldabilidad metalúrgica Modificaciones físico químicas Absorción de gases Zona de Fusión Precipitación de compuestos (ZF) Modificaciones estructurales Soldabilidad Metalúrgica Modificaciones oxiacetilénica Material Base estructurales arco eléctrico (ZAC) Modificaciones oxiacetilénica físico química arco eléctrico ●Zona de fusión Modificaciones químicas: Pueden tener influencia favorable o desfavorable sobre las propiedades de las unión soldada. Las desfavorable son la perdida de elementos por oxidación y la fijación de elementos indeseables como el fosforo y el azufre y elementos gaseosos. Lo favorables seria el aporte de elementos por micro metalurgia para mejorar las características mecánicas o químicas de la ZF. Por ejemplo el electrodo con recubrimiento básico favorece la fijación de Mn. Debido a la perdida de elementos de aleación en la ZF por oxidación, nunca hay allí estructura de temple y como además la ZF está a elevada temperatura esto favorece la difusión del hidrogeno por lo que el hidrogeno se va a la atmosfera entonces la ZF está libre de fisuración por hidrogeno. Perdidas de elementos por oxidación: 2FeO + Si � 2Fe + SiO2 FeO + Mn � Fe + MnO FeO + C � Fe + CO La oxidación se produce por la presencia de una atmosfera que rodea al metal fundido este es el caso de la soldadura MAG que usa como gas protector CO2 ocurriendo la siguiente reacción 2CO2 + ф � 2CO + O2 El O2 oxida al Fe dando FeO Para compensar las pérdidas por oxidación estos electrodos contienen alto Si y alto Mn.

La fijación de elemento indeseables como P y S, son aportados en la soldadura oxiacetilénica por impurezas del acetileno en cambio en la soldadura por arco están dentro del revestimiento en ferro aleación y FeO Absorción de gases: (visto metal escoria) Precipitación de compuestos: Por ejemplo la precipitación de cromo en el caso de los aceros inoxidables. Esto provoca modificaciones de la característica de la aleación (se reduce la resistencia a la corrosión de estos aceros) Otro ejemplo es la precipitación de compuestos en las aleaciones de aluminio. Modificaciones estructurales: El tamaño, forma y orientación del grano en la ZF depende de:

� Temperatura que se llevo el metal � Tiempo que se mantuvo a esa temperatura � Velocidad de enfriamiento

En Soldadura oxiacetilénica el metal permanece a altas temperaturas por un tiempo relativamente alto, entonces resulta una estructura grosera irregular y sin orientación con características de enfriamiento en lingoteras (columnar dendrítica). Esto se incrementa con el aumento de espesor de la chapa (mayor volumen de metal fundido) entonces las propiedades mecánicas de este tipo de soldadura son bajas. En soldadura por arco se produce a realizar sucesivas pasadas depositando menor volumen de metal fundido con solidificación casi instantánea quedando una estructura más fina, de forma acicular y alineada (estructura basáltica) encontrando generalmente en las ultimas pasados o pasadas superiores de la soldadura por arco, comparada con la estructura oxiacetilénica. De la forma y tamaño de esa estructura se tiene mejores propiedades mecánicas que las soldaduras oxiacetilénicas. Si la operación lleva varias pasadas la influencia térmica de las superiores normaliza las pasadas ya solidificadas, lo que conduce a un afinamiento de la estructura y a la formación de granos poliédrico, aspecto encontrado en la parte central del metal fundido. Ahora analizaremos la última pasada: Se produce una socavación entre el MB y el MA. Es una peligrosa concentración de tensiones. Como no hay una pasada posterior que le produzca un recocido, no hay en ella difusión del hidrogeno a la atmosfera entonces es la zona mas suceptible a la fisuración por hidrogeno. También como no hay pasada posterior, la última pasada estará expuesta al aire por lo que tiene una mayor velocidad de enfriamiento que las otras pasadas o cordones de soldadura esto puede producir estructura de temple por lo que la pasada tendrá mayor dureza. En la soldadura por arco eléctrico las pasadas o cordones de soldadura anteriores son recocidos por los posteriores. Para ka última pasada conviene aplicar un electrodo de rutílico de baja penetración cuyo alambre es de menor resistencia (y menor templabilidad por lo que la última pasada quedara más dúctil)

●Metal Base (ZAC) El metal base sufre un ciclo o tratamiento térmico debido al calor que aporta la ZF es decir sufre un tratamiento térmico variable en cada punto esto es porque cada punto a partir de la ZF que se aleje de ella tiene temperatura y velocidades de enfriamientos variables (si aumenta la distancia de un punto del MB a la ZF entonces baja la temperatura de ese punto y la velocidad de enfriamiento es una soldadura por arco es mayor que por soldadura de oxiacetilénica). Modificaciones estructurales

Oxiacetilénicas: Los granos comienzan a agrandarse hasta 20mm del eje de soldadura y el tamaño de grano en la zona próxima a la de fusión o zona de recalentamiento es máximo. La relación S/So allí alcanza 16-18. Por arco eléctrico: La zona de agrandamiento de grano es más localizada, los granos comienzan a partir de 4mm a 5mm. La máxima relación S/So que se alcanza tiene un valor de 10-12. A partir de allí (punto x) y hacia la derecha del dibujo los granos comienzan a decrecer en tamaño debido a que el calentamiento no los alcanzo o alcanzo poco por lo que el tamaño de grano empieza e decrecer y la zona o distancia que hay del punto x hasta S/So = 1 es poca debido a la alta densidad de energía empleada en la soldadura por arco. La disminución del tamaño de grano desde el punto x hacia la izquierda hasta la zona de fusión se debe al normalizado producido en el MB por las sucesivas pasadas de depósito por arco. La zona de socavación es peligrosa pues ya de por sí es una concentración de tensiones, además hay que sumarle que en esa zona hay tamaña de grano grande , lo que me da una baja ductilidad y resilincia , también a todo esto le

sumamos que en esa zona no hubo una pasada posterior , no hubo un normalizado, por lo que no se favoreció la difusión del hidrogeno. También en esa zona la velocidad de enfriamiento es máxima entonces se puede encontrar estructura de temple (frágil). Una forma de disminuir estas posibilidades de figuración seria empleando en la última pasada un electrodo rutílico y no celulósico pues el rutílico tiene menor densidad de energía, lo que hace que la soldadura llegue a los bordes, bajando la posibilidad de socavación. Además el celulósico aporta gran cantidad de hidrogeno y con el rutílico elimino las posibilidades de que el electrodo aporte hidrogeno en la zona de socavación con la de baja la posibilidad de fisuras por hidrogeno. Modificaciones físico-químicas

a: Zona de metal fundido, la temperatura final alcanzada es la de fusión y allí las máximas velocidades de enfriamiento. Entonces esta zona seria de mayor templabilidad pero como hay perdida de elementos aleantes (C, Mn, Si) por oxidación entonces esta zona posee baja templabilidad y templa mucho menos que el MB. Posee una estructura de lingotera. b: Zona de recalentamiento, el metal no alcanza a fundirse pero alcanza temperaturas muy elevadas y una relativamente grande velocidad de enfriamiento y como además no hay pérdida de elementos útiles esta zona posee mayor templabilidad por lo que puedo tener mertensita o vainita según la composición del MB c: Zona de recocido: (encima de Ac3) El metal se auteniza y la velocidad de enfriamiento es tal que resulta una estructura normalizada con afinamiento de grano. d: Zona de semiaustenizado: (entre Ac3 y Ac1) como la austenizacion no es completa la estructura final depende mucho de cuál era la estructura inicial

(recocido, templado, laminado). Generalmente hay tendencia al globulizado de la perlita son modificación sensible del grano de ferrita. Por arco eléctrico: A comparación con la oxiacetilénica, la soldadura por arco produce un calentamiento de una zona mucho más pequeña (4mm o 5mm) cualquiera sea el espesor de la chapa puesto que se realiza en múltiples pasadas la velocidad de enfriamiento son muchos más elevada entonces conduce a temples mucho más enérgicos. Así que las estructuras se extienden en un volumen muy pequeño de forma enredada y muy compleja a causa de la superposición de varios tratamientos térmicos. Estructura Widmastatten : En numerosos casos para los aceros de tipo corriente, el estudio microscópico revela una estructura particular tanto en soldadura oxiacetilénica como en soldadura por arco, conocida con el nombre de estructura Widmanstatten. Se produce cuando en el enfriamiento del acero austenizado la ferrita proeutectoide, en vez de separarse en forma reticular, rodeando los granos de austenita, lo hace en forma de agujas o en forma acicular, orientadas esas agujas en la dirección de los planos cristalográficos de la austenita (crece desde el borde de grano austenitico hacia adentro del grano). Condiciones que favorecen la aparición de Widmanstatten:

� Contenido de carbono entre 0,1%C a 0,3%C (elevada ferrita proeutectoide) � Grano austenitico grande � Rápida velocidad de enfriamiento

El grano de austenita grande es producto de un sobrecalentamiento (elevada temperatura y/o tiempo prolongado) que produce el crecimiento de grano. Este sobrecalentamiento favorece la homogeneidad de la austenita por lo que habrá menos núcleos potenciales de nucleacion de la ferrita que al enfriarse por debajo de Ac3, la ferrita proeutectoide tiende a menor energía libre si nuclea paralelamente a cualquier plano cristalográfico de la austenita, dentro del mismo cristal de austenita que si lo hiciera en el borde de grano de la austenita. Por su parte la velocidad de enfriamiento impide la nucleacion normal entonces la ferrita nuclea como Widmanstatten y no como reticular en borde de grano, esto es debido a que un enfriamiento rápido promueve la inhomogeneidad de la austenita y brinda zonas aptas para la nucleacion de ferrita acicular. La influencia en las propiedad mecánicas, aumentan la fragilidad (debido al aumento del tamaño de grano) baja las resistencia al impacto. La estructura Widmanstatten se elimina por un recocido, se puede hacer un repaso en la soldadura por el reverso de ella. También ayuda a evitar un precalentamiento lo que me baja la velocidad de enfriamiento.

Proceso de soldadura por alambre solido (MAG – MIG) ●Características generales El arco es auto regulable, porque la fuente de potencia es de tensión constante por lo que si la velocidad de fusión crece la longitud del arco crece y baja la corriente, entonces la velocidad de fusión baja y como la velocidad del motor de alimentación es constante entonces el arco se acorta. No se forma escoria por la acción protectora gaseosa. Solo 1,7g por 100g de metal aportado. Gran productividad, la velocidad es 3 a 4 veces a la manual

� Electrodo revestido 1kg/h � MAG MIG hasta 3kg/h � Arco sumergido hasta 8kg/h

●Gases protectores

� Inertes (MIG) son el Argón y/o Helio estos gases no reaccionan con el metal � Activos (MAG) es el dióxido de carbono reacciona con el metal pero es más

barato Argón: densidad es 1,4 más denso que el aire, por lo que protege bien el área de soldadura y se consume poco. El plasma de argón tiene buena energía en su núcleo y en el exterior el calor es más suave. Da penetración. Helio: densidad 0,14 de la densidad del aire, por ser más liviano se va al techo. Para lograr igual protección se necesita 2 a 3 veces más cantidad que el argón, tiene mayor conductividad que el argón pro lo que la energía es mas uniformemente dispersada, calienta más ancho que el argón pero menos profundo CO2: No es inerte químicamente con el metal. Barato, solo se puede usar para proyección, cortocircuito y globular y no para spray. Brinda mayor penetración que la TIG y velocidad dando una costura más rugosa. La globular provoca salpicaduras por lo que para evitar esto uso poco voltaje y un arco corto. Se logran bajas propiedades mecánicas se ven afectadas por la naturaleza oxidante. El CO2 tiene mayor penetración debido a la alta energía cinética y poder termoiónico. En el arco a elevada temperatura se descompone 2CO2 + ф � 2CO + O2 Solo se puede soldar MB de aceros con 0,1%C – 0,2%C porque la atmosfera protectora produciría la descarburación del mismo.

Para compensar esto el MA debe tener alto porcentaje de carbono, silicio y manganeso. Debe quedar en el acero Si = 0,3 más tenaz. En el alambre se produce la siguiente reacción: -si el alambre es de bajo carbono (0,05%C) este se carbura 2CO � C + CO2

- si el alambre es de medio carbono (0,12%C) este se descarbura CO2 + C � 2CO Los alambres tienen en promedio de 0,07%C a 0,08%C para que no se carburen ni descarburen. ●Característica del alambre

� Tienen entre 0,07%C a 0,08%C � Si tienen más de 0,14%C emiten mucho CO que es venenoso � Tienen alto Mn y Si compensa lo que pierde por oxidación � Con el Mn elevado hay tendencia a formar sulfuros de Mn pero es

preferible el Smn y no el Sfe � El alambre debe estar recubierto de una capa de Cu o Ni esto evita la

oxidación de la superficie. ●Transferencia metálica

� Lluvia o spray � Globular � Corto circuito

Lluvia o spray: Emplea la más alta corriente. Las gotas de MA son pequeñas, solo se puede soldar bajo mano u horizontal porque en el MAG no hay escoria que me soporte el MA liquido por tensión superficial. No se puede soldar espesores menores de 3,2mm, En esta transferencia predomina el efecto PINCH sobre la gravedad. Globular: Emplea menos corriente que la spray. Las gotas de MA son mas grandes solo se puede soldar bajo mano u horizontal porque en la MAG no hay escoria que soporte el MA liquido por tensión superficial. No se puede soldar espesores menores a 3,2mm. En esta transferencia predomina la fuerza de gravedad sobre la de efecto PINCH. Tiene menor velocidad de deposición que la transferencia spray pero mayor a la de corto circuito. Corto circuito: es la que menor corriente emplea se puede soldar en toda posición, se puede soldar chapas fina de automóvil. Como es la que menos energía emplea, es la menos penetración tiene la gota se separa del electrodo por efecto PINH pero como la corriente es muy baja esta tarda en separarse tiene menor velocidad de deposición. La gota se separa en forma suave y sin salpicadura. Este método se puede utilizar sobre cabeza. Con este método (MAG) no posee prácticamente escoria que por tensión superficial sostenga la gota del metal líquido , se aplica la transferencia por corto circuito.

El alambre hace corto circuito con el MB entonces por efecto pinch se separa la gota y se establece el arco y como la velocidad de fusión es relativamente baja pues la corriente de corto circuito es baja entonces el alambre avanza más rápido que la velocidad de fusión del alambre y se aproxima nuevamente a la pieza extinguiéndose el arco y haciendo nuevamente el corto circuito aporta otra gota. Sistema TIG

●Características generales Este sistema se usa con CC o CA No hay electrodo de alambre continuo como el MAG MIG sino que sino que funde cualquier tipo de material por medio de un arco eléctrico producido entre el electrodo de W, Th y/o Zr y la pieza a soldar (y no entre el alambre a fundir y la pieza a soldar) Rodeando el arco y al metal de aporte y a soldar hay una atmosfera protectora que sale de la propia pistola donde está el electrodo de W. Esta atmosfera está formada por un gas inerte como el Argón o el Helio. Esta atmosfera inerte protege a la soldadura de la atmosfera evitando reacciones indeseables. La junta a soldar no debe tener huelgo y se deben encontrar en buen estado. No sirve para soldar grandes espesores (la energía empleada en este sistema es relativamente baja). La corriente que circula por el electrodo es del orden de 5A – 150A (en el MIG hasta 350A). La ZAC es mucho menor que en cualquier otro sistema de soldadura por fusión debido a la baja energía empleada y a la puntualidad de esa energía. ●Electrodo - Características El electrodo puede ser de W (tungsteno), con el agregado o no de Th (torio) y/o Zr (zirconio). Estos materiales se consumen muy poco debido a su alto punto de fusión, alto poder termoiónico y bajo potencial de ionización, dando un arco suave y muy estable. El electrodo de W puro se usa para soldar cualquier metal (CA), de W + Th se usa para soldar aceros inoxidables y el de W + Zr se usa para soldar aluminio. Las ventajas del TIG son que se puede soldar cualquier metal con una gran calidad de soldadura. La desventaja es un sistema de baja producción.

●Funcionamiento El arco no se establece haciendo un corto con el electrodo y el metal base, sino que se inicia con una corriente de alta frecuencia y luego se puede continuar con esta o reducirla y trabajar con una menor pero el arco será más estable con alta frecuencia (el arco se inicia con corriente de alta frecuencia porque una frecuencia elevada salta con más facilidad las placas de un condensador que una corriente de baja frecuencia. En la TIG una placa del condensador es el electrodo y la otra el metal base. ●Secuencia de trabajo

1. Se aprieta el botón de la pistola, sale el gas inerte protector durante un tiempo, con un caudal controlado. Se produce una corriente de alta frecuencia que estable el arco, el arco queda establecido. Hay que tener cuidado de que el electrodo no toque la pieza ya que puede contaminar la soldadura. Luego se efectúa la soldadura.

2. Cuando se termina la soldadura se suelta el botón el arco eléctrico se corta y el gas sigue saliendo durante un tiempo, la pistola no se debe retirar para que el gas siga saliendo protegiendo el metal soldado caliente y evitar su oxidación. También se debe dejar un tiempo la barra metálica de aporte hasta que se enfrié evitando su oxidación.

Arco sumergido

Al fundente se lo debe tamizar para eliminar la escoria que pueda llegar a tener. Se puede usar con CC o CA, es un proceso de soldadura por arco, el calor es aportado por el arco generado entre uno o más electrodos y la pieza de trabajo. El arco está protegido por una capa de fundente granular que lo cubre totalmente protegiendo además el metal depositado durante la soladura. El fundente granular puede además poseer aleantes para modificar las características del metal aportado por el alambre que generalmente es acero de bajo carbono. Función del fundente:

� Proteger el arco � Proteger el metal fundido � Adicionar elementos de aleación al metal fundido

El fundente cumple la misma función que el revestimiento del electrodo. El fundente se lo va depositando delante del arco a medida que avanza la soldadura. El fundente en gránulos es aislante, en cambio en estado líquido es conductor. El exceso de fundente se junta y se lo vuelve a usar. La posición de la soldadura es solo para bajo mano. El fundente puede ser rutílico o básico, pero nunca celulósico pues el procedimiento es de alta intensidad de corriente alta penetración, por eso si uso electrodo celulósico tendría demasiada penetración.

Este método es de alta producción, se usa alta corriente 100 A por cada mm de diámetro de alambre a 30V. Se puede soldar de una sola pasada, chapas de 20mm de espesor (mediante flejes en vez de alambres) Se puede soldar cualquier tipo de aleación ferrosa pero hay que tener cuidado al soldar aceros de alto carbono o aleados porque resulta una estructura muy grosera. Generalmente debido a la alta penetración, cuando se sueldan chapas de más de 5mm de espesor se debe usar un respaldo para evitar la perforación del MB ●Arranque del arco El motor de tracción del alambre lo hace avanzar hasta que este toca el metal base se produce un cortocircuito y se establece el arco. Luego el motor gira en sentido contrario y retira el alambre hasta conseguir un valor de tensión nominal (28V) luego de lograr esto comienza a girar en sentido normal. Se lo denomina arranque por retroceso. Tensiones residuales (de origen térmico) Son las tensiones que están presentes en una pieza por ejemplo en ausencia de cargas exteriores. Se equilibren en el propio volumen del elemento. Las tensiones residuales que se desarrollan en un elemento soldado son en mayor o menor medida debidas al ciclo térmico producido durante la soldadura. Su valor puede superar el límite elástico local del metal y producir una fluencia local más o menos generalizada. Si el material por efectos del ciclo térmico de soldadura u otro causa, esta endurecido (por ejemplo posee estructura de temple), la ductilidad es reducida, la tensión de fluencia es próxima a la de rotura y así no tiene habilidad para fluir y relajar su valor de tensión, por lo que la posibilidad de fisuración por tensiones residuales crece. Si la tensión local alcanza el valor de fluencia, la deformación debería distensionar la zona (en realidad σ se mantiene aproximadamente cte.) Pero si el enfriamiento produce tensiones variables en el tiempo y crecientes se alcanza el límite de rotura luego de un tiempo y la fisura se produce. ●Formación de las tensiones residuales Debe ocurrir que:

� El material debe poder dilatarse y contraerse � La energía de calentamiento debe ser localizada (para producir un

gradiente de temperatura que produce un gradiente de dilatación por lo que hay tensiones. Si todo el conjunto se calienta en forma homogénea no hay tensiones) El ciclo térmico debe ser puntual

� Se produzcan deformaciones plásticas en el material al dilatarse y calentarse. El material debe están el periodo plástico

Para comprender como se origina las tensiones residuales de origen térmico analizaremos la siguiente experiencia.

B: Son 2 mordazas que forman un dispositivo que tienen como propiedad mantener la distancia lo entre las caras de 1 y 2 cte e igual a lo. A: es una barra redonda metálica que a temperatura ambiente posee una longitud lo.

Al calentar la barra A entre las mordazas B a una cierta temperatura superior a la temperatura ambiente, la barra libre A sufre un alargamiento ∆l que viene dado por:

∆l = ∆t . α . lo

Si se calienta la barra A entre las mordazas a una temperatura baja y se la deja enfriar y luego se la retira y se mide, se observa que su longitud lo no varió. Repetimos el procedimiento pero calentando a mayor temperatura y al retirarla luego del enfriamiento notamos que mide menos que lo, se acorto. Para volver a esta barra encogida a su longitud inicial lo sé la debería someter a un estiramiento entonces resultaría traccionada. Veremos porque la barra se acorto durante el calentamiento a elevada temperatura y posterior enfriamiento.

Según la Ley de Hooke: σ = E . ε

σ = F / A σ = F / A = E. (∆l / lo) � E = (F/A)/ (∆l / lo) = σ / ε

ε = ∆l / lo y como ∆l = ∆t . α . lo

tenemos E = (σ . lo) / (∆t . α . lo) = σ / (∆t . α) � ∆t = σ /( E . α) Hay que tener grados de libertar (dilatación) cuando fabrico una pieza para bajar las tensiones residuales. Análoga situación se tienen en el cordón de soldadura, las mordazas equivalen al material base. Para el ejemplo se las propuso absolutamente inmóviles o sea perfectamente rígidas. El metal base en cambio es un medio elástico y esa

elasticidad resultara más o menos solicitada según sea el grado de embridamiento del elemento soldado entonces a menor grado de embridamiento menos tensiones residuales. La barra A corresponde al cordón de soldadura. Al enfriarse el cordón y tender a contraerse, se ve impedido en mayor o menor medida por el metal base con el que integra una continuidad. Entonces toda la estructura queda sometida a tensiones. Estas tensiones son directamente proporcional al grado de embridamiento de la estructura. Si el material no posee superficie dúctil, se fisurara. Estructuras poco dúctiles se hallan en la ZAC de aceros de medio carbono, aleado, etc. Además las inclusiones microfisuras producidas por el hidrogeno actúan desfavorablemente y producen fisuras. ●Factores que aumentan las tensiones residuales

� Elevado embridamiento: En el dibujo al hacerse la soldadura resultan grandes tensiones residuales pues las chapas a soldar están solidariamente empotradas. Al ir enfriándose el cordón busca contraerse pero el embridamiento lo impide entonces el cordón resulta traccionado. Siempre conviene soldar elementos de manera que haya libertad de movimiento en la dirección de desplazamiento que se produce por dilatación y contracción al soldar. Para evitar tensiones térmicas también es muy importante el estudio del orden de armado de las estructuras y así evitar el embridamiento. Esto se puede corregir precalentando toda la estructura para que toda ella se dilate y contraiga al mismo tiempo y así quedan disminuidas las tensiones internas. Si no se caliente localmente antes de soldar para brindar a esa zona más ductilidad queda tensionada igual.

� Volumen o diseño de la soldadura: para controlar mejor la deformación

conviene que las masa del material de aporte aplicadas sean lo menor posible. También conviene que el aporte sea simétrico respecto al eje neutro. Por ejemplo preparando la junta en X en donde se hacen pasadas alternadas para que las pasadas queden equidistantes al eje neutro. Así las pasadas se alejan menos del eje neutro por lo que tengo menos deformación.

� Energía a aplicar: Si aumento la energía tengo mayor tensiones.

Q = V. I. 60 / v [J/cm]

Q = V [Volt] . I [A]. 0,06 / v [cm/min] [Kj/cm]

Donde: v = velocidad de avance V = tensión de la soldadura I = corriente

� Numero de pasadas: A cada pasada se repite la acción de las tensiones

térmicas que se agrava a mayor grado de embridamiento de la pieza entonces el número de pasadas debe ser la menor posible.

● Para disminuir las tensiones

� Precalentamiento � Disminuir volúmenes � Disminuir aporte de electrodo � Adecuada selección de la secuencia de soldadura � Controlar factores de embridamiento � Alejarse lo menor posible del eje neutro durante la operación

Precalentamiento Cumple 3 funciones:

� Favorecer la difusión y eliminación del hidrogeno � Disminuir las tensiones residuales � Evita la formación de estructura de temple

Es la manera más sencilla para reducir el efecto de las tensiones residuales. Según se vio estas se producen pues durante la soldadura hay una zona de alta temperatura y próxima a esta, el metal base prácticamente no cambia su temperatura. Ese elevado gradiente de temperatura que ocurre en una zona próxima al cordón provoca que partes deformadas del metal sean deformadas plásticamente, pudiéndose producir una fisura si la tensión llega a la de rotura. Estas partes deformadas plásticamente son vecinas de otras que solo sufrieron deformación elástica o sea que tienden a recuperar su forma al enfriarse. Pero estas partes se varan impedidas de recuperar su forma pues el metal adyacente perdió sus dimensiones originales y entonces estas partes deformadas elásticamente se encuentran frente a barreras que le impiden la recuperación de sus medidas entonces también habrá tensiones internas entre la zona de volumen metálico deformado elásticamente y la zona de metal deformado plásticamente

(en la zona de transición de ambas zonas). Se observa entonces que las tensiones internas se producen cuando los volúmenes metálico de una pieza soldada sufrieron distinta historia térmica (por lo tanto para evitarlas conviene que en una zona próxima a la junta se efectué un precalentamiento de manera que al efectuarse la soldadura, el gradiente térmico sea reducido a un valor tal que las tensiones térmicas que del gradiente surgen no produzcan ni deformaciones permanentes ni fisuras, o sea precalentamiento para disminuir el gradiente térmico entre el MA y en la ZAC entre la ZAC y el resto del MB, disminuyo tensiones residuales, disminuyo el riesgo de fisuras. A las tensiones residuales vistas anteriormente se le debe sumar las tensiones producidas por posibles cambios estructurales en el acero. En efecto en el cordón y en la ZAC se encuentra un volumen metálico, austenizado en la ZAC y liquido en el cordón (que a cierta temperatura de enfriamiento también será austenita). Según sea la velocidad de enfriamiento en cada punto que dependerá de su propia temperatura y la temperatura de los volúmenes vecinos, será la estructura resultante que lógicamente dependerá de la composición química y el tamaño de grano austenitico. (a mayor porcentaje de carbono y de aumento del tamaño de grano corre la curva a la derecha porque hay mucho menos impurezas en los borde de grano, hay menor núcleos potenciales para estructura isotérmicas, bajo la velocidad de enfriamiento). Así podrá resultar una estructura masrtensitica donde la velocidad de enfriamiento fue máxima o también intermedios de temple, bainitas o perlitas si la velocidad de enfriamiento disminuye. Entonces debido a la distinta historia térmica de cada punto y también de la distinta composición química y distinto tamaño de grano de cada punto tendremos zona de distinta estructura final. Cada estructura tiene un diferente volumen especifico por ejemplo la martensita es la que mas volumen ocupa, luego la vainita y por último la perlita. Esto diferentes volúmenes específicos dan lugar a las tensiones internas de origen estructurales que se suman a los de origen térmico. La forma de disminuir es análoga a la empleada para disminuir las de origen térmico. ●Temperatura de precalentamiento

Tº precalentamiento = f (composición química; espesor a soldar)

Si aumento el porcentaje de aleante entonces aumenta la templabilidad y aumento la temperatura de precalentamiento. Si el aumento el espesor a soldar aumento el volumen metálico que lo rodea a la soldadura, el cual esta frio esto quita más calor y más rápidamente, aumenta la velocidad de enfriamiento lo cual la temperatura de precalentamiento debe ser mayor. Cquimico = [Cq] = %C + (%Mn + %Cr) / 9 + %Ni / 18 + %Mo /12

Calculo grafico

Con él %Cq y el espesor de la chapa a soldar calculo la temperatura de precalentamiento.

Calculo analítico [C] = [Cq] + [Ce] [Ce] = 0,005 . e . [Cq] Tprecalentamiento = 350 √[C] – 0,25 Donde : [C] = carbono equivalente [Cq] = carbono químico [Ce] = Carbono debido al espesor ●Poscalentamiento Limitando su empleo por el aumento del tamaño de grano. El postcalentamiento se aplica para favorecer la difusión del hidrogeno luego de soldado el cual puede provocar fisuración aun horas después de completada la soldadura. También se puede aplicar a la pieza soldada un recocido con un tratamiento térmico posterior. Soldadura de los aceros inoxidables ●Introducción Los aceros inoxidables se pueden dividir en cuatro grupos:

� Aceros inoxidables martensiticos � Aceros inoxidables ferriticos � Aceros inoxidables austeniticos � Aceros inoxidables endurecidos por precipitación

Cuando se suelda acero inoxidable se debe tener en cuenta:

� Composición química el metal base y metal de aporte � Características metalúrgicas de cada zona � La manera en que estas características pueden ser influenciadas por el

proceso de soldadura Además hay que asegurarse que el ciclo de soldadura no afecte desfavorablemente las propiedades del metal base y que el metal de soldadura no afecte el comportamiento del conjunto en servicio. La soldadura se realiza por la aplicación de calor en forma localizada de manera de lograr la fusión del metal de la junta y del material de aporte. Esto trae una serie de consecuencias.

� El metal de soldadura solidifica con una estructura de fundición. � El metal base adyacente a la zona de soldadura ZAC sufre un ciclo térmico

violento. � Tensiones residuales de valor de hasta el límite de fluencia permanece una

vez completada la soldadura. Entonces a lo ancho de la junta soldada se encuentra un amplio rango de propiedades físicas, mecánicas y metalúrgicas y lo que es más importante, el comportamiento a la corrosión de la junta puede variar localmente. ●Aceros inoxidables martensiticos Aleación de uso general (410) composición química de 12% - 14% de cromo y con 0,18% de carbono. Tiene buena resistencia mecánica y al desgaste (pero menos que los ferriticos y austeniticos). Debido al elevado porcentaje de elementos aleantes que posee (en especial cromo, alfajeno y formador de carburo) estos elementos frenan la difusión en transformaciones isotérmicas, corriendo la curva de las S a la derecha, aumentando la templabilidad, son capaces d templarse al aire, la estructura final luego del enfriamiento desde la temperatura de fusión o de la temperatura de austenizacion sea martensitica por lo que se alcanza gran dureza. Suponiendo que se trate de un acero inoxidable martensitico el que se suelde, este alcanzara la temperatura de fusión y enfriara para solidificar. Entonces la temperatura de austeizacion es elevadísima lo que tendremos al final del enfriamiento un tamaño de grano grande y austenita retenida, la soldadura es frágil y se puede producir grietas o fisuras de temple. Todo esto es más notorio en la ZAC suponiendo que el MB es igual al MA ya que en la ZF hay pérdidas de elementos por la oxidación lo cual me disminuye la templabilidad. En la ZAC hay baja temperatura de austenizacion y hay menos velocidad de enfriamiento, la estructura también es frágil en la ZAC. Entre 580ºC - 870ºc puede precipitar carburos de cromo en borde de grano lo cual disminuye la resistencia a la corrosión.

En la aparición de grietas o fisuras en un acero inoxidable martensitico depende de:

� Probabilidad de aparición de una estructura frágil de la ZAC tipo martensitica (estos aceros tienen elevada templabilidad y aun con bajas velocidad de enfriamiento forman estructura martensitica)

� La suceptibilidad de la ZAC a fisurar por hidrogeno (cuanto más frágil sea la ZAC mas suceptible es a fisurarse por hidrogeno)

� La cantidad de hidrogeno presente en la junta (cuando esta se enfrió y paso de atómico a molecular)

� El grado de embridamiento de la junta (si aumento el grado de restricción de movimiento de la pieza soldada tengo mayor posibilidad de fisurarse)

Una forma de reducir las posibilidades de aparición de fisuras es mediante precalentamiento él se aplica para:

� Reducir tensiones residuales de origen térmico � Dar tiempo para que el hidrogeno difunda afuera de la soldadura

El precalentamiento no evita la formación de estructura martensitica. Recomendaciones para realizar el proceso de soldadura

� Se puede precalentar la pieza a soldar a unos 200ºC y luego realizar un enfriamiento lento de la pieza soldada

� Antes de soldar se puede aplicar un tratamiento térmico de recocido a la pieza a soldar, de alivio de tensiones para bajar un poco la dureza y luego el precalentamiento a 200ºC y el enfriamiento lento de la pieza soldada (esto reduce mas el riesgo de fisuras que el anterior)

� Luego de soldar y enfriar lentamente se puede hacer un recocido igual al anterior pero para transformar isotérmicamente la austenita retenida producto de la transformación por calentamiento en servicio y me de mas martensita con el aumento del riesgo de fisura. Para realizar este tratamiento térmico no debo dejar que la pieza se enfrié por debajo de los 100ºC

� Para reducir la velocidad de enfriamiento (y favorecer el desprendimiento de hidrogeno) la soldadura se puede realizar con un método que me otorgue un gran aporte calórico la soldadura (oxiacetilénica)

� En la soldadura multipasada no se debe dejar enfriar entre pasada y pasada a temperatura inferior a la de precalentamiento (seria lo mismo que no precalentar)

El factor fundamental o determinante para decidir si precaliento y si hago un tratamiento térmico posterior o no es posiblemente el porcentaje de carbono

� Si %C < 0,1% no necesito precalentamiento y tratamiento térmico posterior � Si %C > 0,2% necesito precalentamiento y tratamiento térmico posterior

Los factores adicionales en la determinación o no de la realización o no de un precalentamiento y tratamiento térmico son el porcentaje de elementos aleantes,

grado de embridamiento, técnica de soldadura, etc. Como estos factores son difíciles de cuantificar se recomienda hacer ensayos, inspeccionando y ensayando la probeta, tratando de reproducir las condiciones del trabajo posterior. Se puede producir en la soldadura de inoxidables martensiticos el siguiente inconveniente: En algunos aceros inoxidables martensiticos se puede producir durante el enfriamiento de la soldadura y en la ZAC austenita retenida al llegar a la temperatura ambiente. Esta se puede transformar en martensita bajo ciertas condiciones con el correspondiente aumento de la fragilidad. Supongamos que una pieza soldada trabaja bajo los efectos de la temperatura fluctuantes a cierta temperatura puede comenzar la precipitación de cromo, proveniente del cromo y el carbono de la austenita retenida, se reduce el porcentaje de carbono de la austenita y al descender la temperatura esta se transformara en martensita (pues al bajar el porcentaje de aleantes de la austenita sube la temperatura de Ms). Esto trae aparejado fragilidad y distorsión con el riesgo de fisuración. Además la precipitación de carburos de cromo provoca una disminución del contenido de cromo cerca de este carburo con la disminución de la resistencia a la corrosión. Para evitar que esto ocurra se deberá tratar de disminuir la austenita retenida con un tratamiento térmico que me la transforme en una estructura de trasformación isotérmica (recocido). Y evitar la disminución de la resistencia a la corrosión en la ZF sueldo con un electrodo con mayor porcentaje de Cromo que el material base para evitar que disminuya mucho el porcentaje de cromo. Tipo de electrodo para soldar martensitico Generalmente tengo que usar MA de igual composición que el MB en este caso martensitico y de bajo hidrogeno. Si hay elevadas tensiones residuales aplicadas a la junta se puede soldar con un MA austenitico queda una soldadura dúctil con menos tensiones residuales y menor posibilidad de fisuración que el martensitico, además como el hidrogeno es mas soluble en la austenita a que en la martensita, habrá menos hidrogeno disponible para provocar fisuras en la ZAC. ●Aceros inoxidables ferriticos Aleación de uso general (430) composición química de 16% - 27% de cromo y de bajo porcentaje de carbono. El único tratamiento térmico que se le puede realizar es el recocido, elimina tensiones de soldadura y elimina productos frágiles de transformación desarrollada durante la soldadura. Posee mayor resistencia a la corrosión que los martensiticos, pero menor que los austeniticos pero baja resistencia mecánica(si no hay ningún producto frágil son más blandos que los martensiticos). Si se eleva el porcentaje de cromo de un acero martensitico, el campo de austenita se estrecha y puede llegar a desaparecer. Así el acero resulta siempre con una estructura ferritica.

Los aceros inoxidables ferriticos no presentan grandes cambios de estructura durante el calentamiento y enfriamiento y en principio son los más fáciles de soldar que los martensiticos. En principio son más dúctiles que los martensiticos pero están expuestos a tres tipos de fragilidades:

� Fragilidad por crecimiento de grano a alta temperatura. Esto puede producirse en la soldadura

� Fragilidad por fase sigma a temperaturas intermedias, entre 580ºC a 800ªC � Formación de fase frágil a 475ºC, formándose una ferrita con alto cromo

Crecimiento de grano Muchos de los materiales que no presentan cambios estructurales entre la temperatura ambiente y la fusión al ser soldados pueden presentar un crecimiento de grano en la zona de alta temperatura de la ZAC Este fenómeno es excesivo sobre los 1200ºC Desafortunadamente estos materiales en especial los de alto cromo son muy suceptibles al entallado y presentan un temperatura dúctil – frágil cercana (un poco por debajo) de la temperatura ambiente. Entonces con un tamaño de grano fino tendremos una temperatura de transición dúctil – frágil muy por debajo de la temperatura ambiente, a temperatura ambiente y muy superiores el material actúa como dúctil y pero con grano grande. La temperatura de transición estará cercana a la ambiente lo cual hay peligro porque puede actuar como frágil el material. El crecimiento del tamaño de grano sube la temperatura de transición dúctil – frágil a temperatura ambiente, favorece la rotura frágil.

Ta = temperatura ambiente TTgg = temperatura de transición dúctil – frágil para tamaño de grano grueso TTgf = temperatura de transición dúctil – frágil para tamaño de grano fino

Entonces al enfriarse una soldadura a temperatura ambiente (la cual sufrió un crecimiento de grano) se tiene un alto grado de fragilizacion y mucha posibilidad de fisuras. Una posibilidad de tratamiento para reducir este inconveniente seria realizar un deformado en caliente ( a una temperatura superior a la de dúctil – frágil) de la soldadura con un aumento del tamaño de grano así tener una alta cantidad de núcleos potenciales para iniciar la recristalizacion, se afina el grano.

Por eso es poco apropiado porque puede fragilizarse la soldadura por fase sigma y debe tenerse en cuenta que debe enfriarse rápido luego del recocido hasta una temperatura menor a 475ºC para evitar la fragilidad a esa temperatura y luego enfriarse al aire. Entonces para reducir al mínimo la fragilidad en la soldadura de este tipo de acero se aplica lo siguiente:

� Soldar con un bajo aporte calórico, para minimizar el crecimiento de grano ferritico y reducir al mínimo la ZAC

� Realizar precalentamiento a 200ºC para mantener en las adyacencias de la junta una temperatura superior a la de transición dúctil – frágil. También lograr un enfriamiento más suave con menos tensiones térmicas.

Tipo de electrodo para soldar ferritico Generalmente se sueldan con metales de aporte similares aunque tengo el inconveniente de tener en la zona de metal fundido un crecimiento columnar de grano grueso lo que produce fragilidad (aunque esta fragilidad es menor comparada con la de la ZAC que posee un poco menos de de tamaño es sus granos pero tiene mayor velocidad de enfriamiento, aumenta la fase sigma). Entonces se puede soldar con consumibles de acero inoxidable austenitico para que el aporte tenga buena resiliencia. Pero si las condiciones de trabajo son de temperaturas oscilantes al tener ferrita y la austenita distintos coeficientes de tensión térmica se crean problemas de distorsión y si luego de la soldadura con austenitico, se requiere el uso de un tratamiento térmico, el autenizado debe ser de composición estabilizada para evitar la precipitación de carburos de cromo con la consiguiente reducción de la resistencia a la corrosión. ●Aceros inoxidables austeniticos Aleación de uso general (308) composición química 18% de cromo, 8% de níquel y 0,15% de carbono. Son los más aleados dentro de los inoxidables. Son austeniticos a toda temperatura debido a la presencia de níquel (gamageno), no ocurren fenómenos de endurecimiento, tampoco hay peligro de crecimiento de grano, son aptos para soldar, son los más resistentes a la corrosión. Hay que tener en cuenta que los inoxidables auteniticos tienen un coeficiente de expansión térmica mayor y uno de conductividad térmica menor que los aceros al carbono o débilmente aleados, son mas sensibles a las tensiones de concentración y a la distorsión durante la soldadura. Además se suelen presentar fisuras asociadas a la junta soldada en el MB o en MA y pueden producirse durante el soldado o durante el servicio, especialmente si es alta temperatatura. Analizaremos en particular las fisuras producidas en el metal de aporte y en el metal base.

Fisuras en el metal de aporte Se presentan dos tipos principales de fisura asociada a la soldadura de inoxidables austeniticos

� Fisura de solidificación � Microfisuras

Las fisuras de solidificación tienen su origen en la rápida extracción de calor del baño de fusión por lo que resulta el MA sometido a esfuerzo de tracción al ir solidificando. Esto ocurre en la iniciación de la junta o fisura en el cráter. Para evitarlo hay que emplear una técnica que suficiente metal permanezca liquido para llenar la cavidades resultantes de la contracción. Las micro fisuras son del tipo intergranular y pueden aparecer en soldadura de una pasada y en la de múltiple pasadas. También pueden propagarse al MB, no se conoce bien la causa de su aparición aunque sí se sabe que la suceptibilidad a la microfisuracion depende de la composición química del MA -Análisis de los fenómenos que originan las microfisuras: a) presencia de películas liquidas en los borde de grano a temperaturas próximas a las de solido (o sea fusión localizada de algunos elementos, como si fueran un eutéctico) Estas películas aparecen durante la deposición del metal de aporte o durante el recalentamiento producido por la pasada posterior. Estas películas liquidas provocan la apertura de fisuras por la acción de tensiones de enfriamiento. b) sin embargo hubo casos de microfisuras en donde no se presentan evidencia de licuación alguna y parece ser que las fisuras se producen a menor temperatura, particularmente en pasadas recalentadas por pasadas posteriores. Este fenómeno puede estar asociado con el mínimo de ductilidad que estos materiales presentan a 800ºC – 1000ºC aunque estas causas no es explicada. -Función de la ferrita en la microfisuracion: la suceptibilidad del metal de soldadura a la microfisura depende mucho de su micro estructura. Los depósitos 100% austeniticos son mas suceptibles que los que contienen algo de ferrita. No se sabe el porqué de la acción benéfica de la ferrita. Ventajas de tener ferrita:

� La ferrita actúa reteniendo elementos perjudiciales en la solución solidad (al aumentar el tamaño de grano)

� Reduce las tensiones de contracción al enfriar

Desventajas de la ferrita:

� En medios corrosivos hay un ataque preferencial sobre la ferrita o en la interfase ferrita – austenita.

� En servicio a alta temperatura, la ferrita puede transformarse en fase sigma lo que si bien ni perjudica al material si provoca fragilidad cuando enfría a temperatura ambiente. Entonces en aplicaciones criticas debe especificarse el máximo de ferrita en el MA. Cuando se emplea un MA libre de ferrita se debe aceptar el riesgo de micro fisuras.

Como reduzco el riesgo de microfisuras:

� Mantener controlados el porcentaje de elementos promotores de mricrofisuras (s, P, Se, Nb, Si)

� Adicionar elementos que disminuyan la suceptibilidad a la aparición de microfisuras (C, N, Mn)

� Minimizar las tensiones asociadas a la junta � Prestar mucha atención a la secuencia y técnica de soldadura

Fisuras en el material base Las fisuras en el metal base de los inoxidables austeniticos no se manifiestan problemas hasta la puesta en servicio de partes de espesor grueso. Las fisuras suelen aparecer :

� Durante la soldadura � Durante el tratamiento térmico posterior � En servicio a temperaturas elevadas

En todos los casos las fisuras son del tipo intergranular. Durante la soldadura: Consideradas producto de la licuación de borde grano donde hay fase de menor punto de fusión. Esta explicación se basa en que soldando con un material de aporte de menor punto de fusión no se producen. Este MA permanece liquido a temperaturas relativamente bajas y puede llenar cualquier fisura que se forme. También se reduce la suceptibilidad a la fisura usando material de grano fino, aparentemente el aumento de área del borde de grano reduce el efecto de licuación local. Durante el tratamiento térmico posterior. Cuando juntas muy embridadas son calentadas a altas temperaturas, las tensiones residuales de la soldadura se relajan por CREEP (fluencia en caliente). En la ZAC puede aparecer tensiones de CREEP altas, intensificadas por entallas (talón de soldadura, desgarros en caliente, superficiales o no), Pero la ductilidad de CREEP de la ZAC estará severamente restringida por las tensiones inducidas por las entallas, habrá triaxialidad, fragilizacion. Entonces si sumamos esta fragilidad mas el embridamiento, el material se puede fisurar intergranularmente.

Fisuras en servicio a altas temperaturas: son las que se producen por desgarre en caliente en la ZAC. Estas fisuras no están bien comprendidas y hay evidencias que se producen a temperaturas por debajo de la línea de soldadura. Se cree que se producen por un mecanismo similar a la microfisuracion del metal de aporte, el cual la fragilizacion del material en el rango de los 800ºC a 1000ºC. ●Aceros inoxidables austeniticos fundidos Estos tipos de aceros inoxidables se emplean para servicios a alta temperatura excelente resistencia a la corrosión y excelente propiedades al CREEP y son mas económicos que los forjados. La composicion química puede ser: 0,4% de carbono, 18% de cromo, 37% de níquel, o también de 0,45 de carbono, 25% cromo, 20% níquel. Pueden se identificados por la presencia de gran numero de carburos interdendriticos (recordar que es un material fundido y tiene estructura de colada) dentro de una matriz austenitica cuando estos aceros son llevados a una temperatura muy elevada, se produce una precipitación continua de carburos, el acero se fragiliza y no se recupera ductilidad por cobre envejecimiento. Sobreenvejecimiento. Envejecimiento bajo condiciones de tiempo y temperatura mayores que la requerida para obtener la máxima fragilizacion de manera de obtener que la fragilizacion se reduzca hasta alcanzar el valor inicial (antes de la precipitación primaria del carburos) seria hacer precipitar tantos carburos de manera que la matriz pierda tanto aleantes que se volverá dúctil como al principio. Aun cuando las propiedades de CREEP se mantienen en valores adecuados par las condiciones de servicio, la perdida de ductilidad por precipitación de carburos puede llevar a fallar si se aplica cargas dinámica, Las fallas ocurren preferentemente en las juntas soldadas de un acero de este tipo, no por problemas de soldadura sino porque las juntas actúan como entallas, aumento más la fragilidad. La soldadura de estos aceros tal como de la fundicion puede hacerse por varios procesos con poco riesgo de fisura en el MA y en la ZAC

� Usando consumibles de igual composición al MB � Usando consumibles a base de níquel

La soldadura de reparación en más dificultosa debido a que hay elevada fragilidad en el material a preparar, fragilidad que tomo durante el servicio a alta temperatura. Se pueden lograr soldaduras exitosas si el grado de embridamiento se reduce a un mínimo. Se están estudiando las variantes de estos aceros pero con bajo carbono debido a la perdida de ductilidad por la precipitación de carburos. La ductilidad en servicio no cae tanto y además se puede recuperar un poco la ductilidad al contrario de los demás aceros al carbono. Sin embargo aparecen el problema de la microfisuracion en la ZAC para evitar un poco se pueden dar recomendaciones de orden general

� Reducir al máximo posible el calor aportado durante la soldadura, evito la precipitación excesiva de carburos y no aumento tanto la fragilidad

� Minimizar el grado de embridamiento, reduzco las tensiones, no aumento tanto la fragilidad

●Resistencia a la corrosión de la junta soldada Además de entrar la formación de fisura en la soldadura de los aceros inoxidables es necesario que la soldadura no reduzca a la corrosión de la estructura alrededor de la soldadura. -En aceros inoxidables austeniticos: El problema de corrosión mas comúnmente asociado con el acero inoxidable es el de decaída por la soldadura en lo grados austeniticos (18-8) Es un problema de corrosión intergranular preferencialmente, en servicio ante medios corrosivos. El ataque se produce en una banda comprendida entre 2mm y 10mm de los bordes de la soldadura, paralela a la misma y se considera que es el resultado de la precipitación de carburos ricos en cromo en los bordes de grano en un región de la ZAC que ha sido calentada entre 500ºC a 900ºC por un periodo de tiempo suficientemente prolongado (en los alrededores de los carburos hay una zona pobre de cromo, suceptible a la corrosión y además entre el carburo y si alrededores pobre de cromo hay un par electroquímico alto, se facilita la corrosión; las precipitaciones de carburos son elevadas y rápidas alrededor de 650ºC y se producen en los bordes de grano dentro de la ferrita (si está presente) o lo largo de planos de deslizamiento en materiales trabajados en frio. El carburo formado puede disolverse entre 1000ºC a 1200ºC (por un calentamiento) y luego un enfriamiento (precipitación de carburos) se puso en evidencia cuando se soldaban aceros de alto carbono con oxiacetilénica, alto aporte calórico, precipitación de carburos. Formas de evitar la precipitación de carburos y la corrosión intragranular:

� Selección de un metal base de muy bajo porcentaje de carbono (0,06%C) � Hacer un tratamiento térmico de disolución de carburos luego de soldar

(calentamiento a 1000ºC a 1100ºC) durante un corto periodo y luego enfriar rápidamente)

� Elegir un metal base de composición estabilizado (con mobio y/o titanio) � Soldar con el menor aporte calórico posible (aumentar las velocidades de

enfriamiento, supero rápido los 500ºC a 900ºC) � Las temperaturas entre pasada y pasada deben ser lo más bajas posibles

(aumento la velocidad de enfriamiento, supero rápido los 500ºC a 900ºC) Pero por más que use aceros de bajo carbono no me aseguro la inmunidad a la decaída pues si tengo el material a una larga permanencia a 500ºc a 900ºC también me precipita carburos. También por mas que se use un acero de composición estabilizado no está completamente a salvo la pieza, de la corrosión intergranular cuando esta es soldada. En efecto si se calienta el acero soldado en el rango de precipitación de carburos línea de cuchillo y esto no se produce con menos de 0,025%C

-En aceros inoxidables ferriticos. Estos grados también suelen presentar suceptibilidad al ataque intragranular preferencial en la ZAC. A diferencia de los austeniticos, la zona perjudicada es la inmediatamente adyacente a la soldadura (y no una banda a una cierta distancia). La temperatura de sensibilización es por sobre los 925ºC que en los austeniticos es 650ºC, la decaída se produce más cerca del cordón, donde la temperatura es mayor. La inmunidad a la corrosión puede ser restaurada por un tratamiento térmico (una hora entre 650ºC y 850ºC) posterior a la soldadura. Se observa que los rangos de temperatura son exactamente al revés que en los austeniticos. Las causas de estas disminución a la corrosión son desconocidas, pero posiblemente no se deba a la precipitación de carburos, pues la sensibilización a la corrosión se produjo en aceros inoxidables ferriticos con menos de 0,01%C ●Fisuras transgranulares por corrosión bajo tensiones en aceros inoxidables austeniticos A pesar de la excelente resistencia a la corrosión, dos grados austeniticos son sensibles a la fisuras por corrosión bajo tensiones en especial en presencia de iones cloruros. Para que aparezcan corrosión bajo tensión es necesario que:

� Exista una pureza aplicada, tensión aplicada, que generalmente debe estar por encima de un valor mínimo

� Haber ciertas impurezas en el medio Entonces, en los aceros inoxidables austeniticos, las transformaciones residuales producto de la soldadura pueden ser suficientes para producir fisuras y si se suma la presencia de algunas pocas ppm (partículas por millón) de carburos, pueden aparecer fisuras transgranular es de magnitud. Como los grados austeniticos no pueden ser aliviados de tensiones por un recocido (pues entre 500ºC a 900ºC los grados inestabilizados sufren la decaída por soldadura, precipita carburo de cromo y los grados estabilizados sufren ataque en la línea de cuchillo, ambos se suceptibilizan al ataque de la corrosión siendo necesarios tratamientos sobre 950ºC para disolverlos carburos), debe presentarse atención a la presencia de cloruros en el medio ambiente. Los grados martensiticos y ferriticos no parecen verse afectados por este problema. Pero los martensiticos, en especial los de alto carbono son suceptibles a una fisuración, en medios corrosivos, debido al hidrogeno liberado en reacciones de corrosión catódica. Es similar a la fisuración en frio producida por el hidrogeno y puede evitarse por un tratamiento térmico de alivio de tensiones y reducción de la dureza de la junta, posterior a la soldadura.

●Diagrama de Schaeffler

Utilidad: Este diagrama permite, conociendo la composicion química de una aleación que es Cr – Ni, determinar su estructura metalografica. También con este diagrama se puede predecir el comportamiento de un deposito de soldadura respecto a:

� Aparición de fisuras en caliente � Fragilidad por fase sigma y 475ºC � Fragilidad a temperatura ambiente

Descripción del diagrama: para la construcción del diagrama se emplearon electrodos de acero inoxidables de distintas composiciones y luego se determinara la estructura metalografica para cada uno de los depósitos Austenita: La estructura es completamente austenitica para electrodos E-310, presenta granos gruesos con alta tenacidad pero muy sensible a la fisuración en caliente . Fisuras en caliente debido a:

� Fisuras por solidificación � Microfisuras

Ferrita: El depósito de un E-310 puede tener aproximadamente 6% de ferrita (y el resto de austenita). Las estructuras austeniticas con un cierto porcentaje de ferrita son menos sensibles a la fisuración en caliente. Además los granos de austenita son de menor tamaño pues al solidificar lo hace primero la ferrita proeutectoide que impide que durante la solidificación de la austenita crezcan mucho cristales de esta, grano más chico, mayor ares de borde de grano y en los bordes de grabo se distribuyen los compuestos de bajo punto de fusión, tornándose menos peligrosos (menor riesgo de microfisuracion) Martensita: Aportando un electrodo E-316 sobre un acero al carbono se obtiene una estructura austenitica – martensitica. La martensita es dura, poco tenaz, poco dúctil, que se forma por el enfriamiento de la austenita con aumento de volumen. La martensita es muy sensible a la fisuración por debajo de los 400ºC (fisuración en frio). Esto es debido a altas tensiones residuales más sensibilidad a la fisuración por hidrogeno, debe ser evitada en la soldadura de unión el depósito E-410 el cual presenta una estructura de martensita mas ferrita. Construcción del diagrama: El diagrama se fue construyendo empíricamente en abscisas los formadores de ferrita y las ordenadas los formadores de austenita Crequivalente = %Cr + %Mo + 1,5%Si + 0,5%Nb Niequivalente = %Ni + 30%C + 0,5%Mn Defectos de las soldaduras Los defectos pueden afectar:

� Al perfil de la junta (defectos geométricos) � A la densidad de la zona fundida por la presencia de sopladuras o

inclusiones � En la homogeneidad de la unión (heterogeneidad estructural,

heterogeneidad química) Este ultimo defecto es inherente al proceso mismo de soldadura puede ser debido también a una mala elección del metal base o del metal de aporte y por esta razón se producen problemas de soldabilidad ●Clasificación de los defectos de las soldaduras Pueden distinguirse dos tipos de defectos:

� Defectos aparentes: se descubren por examen visual � Defectos internos. Escapan al examen visual

Los defectos dependen también del procedimiento de soldadura pueden ser comunes a los (oxiacetilénica y por arco eléctrico) pero ciertos defectos son característicos de uno de ellos y se presentan más frecuentemente en este que en el otro. Defectos aparentes -Falta de penetración: La fusión no alcanza a todo el espesor de la chapa. Quedando una entalla que constituye una iniciación de rotura (fatiga o por poca sección resistente). Defecto grave. Es causado por:

� Fusión insuficiente en todo el espesor (soplete muy débil o primera pasada por arco mal ejecutada)

� Mala preparación de los bordes a unir o ninguna preparación -Falta de espesor: la falta de metal en la superficie es debido a la falta de metal de aporte. Es fácil de remediar procedimiento a la aportación del metal suplementario sea con soplete, sea con arco, evitando en este último caso la posible interposición de escoria -Mordeduras o socavación: Defecto de menor gravedad (se soluciona completando la diferencia de espesor mediante un recargue con soplete o por arco). Se produce una fusión prolongada de los costados y son depresiones en los bordes. -Bordes desnivelados: defecto muy grave, porque frecuentemente esta enmascarando exteriormente por un espesor suficiente de metal, el examen de reverso puede a menudo ponerlo en evidencia. Este defecto es bastante frecuente en las uniones de cuerpos cilíndricos como los de las canalizaciones haciendo trabajar la zona fundida a cizalla. Puede ir acompañado de pegaduras e inclusiones en la parte inferior al chaflan. -Poros superficiales: Se presentan en el reverso de la soldadura, después de la solidificación, bajo forma de cráteres. Esto se debe a un desprendimiento gaseoso en el momento de la salificación del metal fundido y a menudo va unido a sopladuras internas. Durante la solidificación del cordón de soldadura se puede presentar las siguientes condiciones:

� Durante la solidificación los pocos gases (presente o absorbidos por el metal fundido) se desprenden totalmente

� Gran cantidad de gases y periodo de solidificación corto, los gases se encuentran aprisionados, sopladuras.

� Grandes cantidades de gases y periodos de solidificación largos, los gases escapan provocando poros superficiales

Tienen mala solución este defecto en general hay que rechazar el acero que presenta poros superficiales en el reverso de la soldadura. -Grietas: son fisuras que crecieron y que se manifiestan en la superficie. El crecimiento de esta se puede deber al efecto de las tensiones residuales o al trabajo en frio posterior. Son defectos debidos a la mala calidad del metal de aporte o del electrodo y también a una mala concepción de la construcción dando nacimiento a tensiones internas exageradas. -Falta de penetración con inclusión de escoria: Aparece en las soldaduras por arco. Este defecto se descubre por examen radiográfico. Si la entalla en la raíz del defecto de penetración es bastante ancha, la escoria puede introducirse entre los bordes enmascarando el defecto al control visual. Defectos internos -Falta de conexión en la sección: Este defecto se asemeja al de falta de penetración (es una falta de penetración que queda disimulada por una pasada). Se presenta en dos casos diferentes:

� Mala penetración de una soldadura sobre bordes rectos o sobre chaflán en V y reparación en el reverso para ocultar el defecto, así pues es un mal procedimiento del soldador

� En una soldadura en X mala penetración a cada lado del chaflán debida a una insuficiente fusión en el vértice de la X

-Pegadura: Defecto grave. Es la falta de ligazón intima entre metal fundido y el metal base. Este defecto de ejecución puede provenir por dos causas distintas:

� El metal aportado en estado liquido se deposita sobre el metal no fundido sin que exista interpenetración molecular.

� Existe interposición de una finísima capa de oxido entre la zona fundida y el metal base .

Defecto muy grave pues la unión es mala y se evidencia con un ensayo destructivo. Este defecto puede evitarse en soldadura oxiacetilénica utilizando un soplete de potencia conveniente y en soldadura por arco, utilizando un arco corto con suficiente intensidad de corriente. -Sopladuras: Son gases que se desprenden durante la solidificación del metal liquido y quedan ocluidos cuando este solidifica. Estos gases pueden provenir de:

� Soplete oxiacetilénico con llama oxidante � Desprendimiento gaseoso del revestimiento del electrodo, productos

carburados o humedad.

-Interposición de escoria: Característico de la soldadura por arco, cuando la escoria no es eliminada totalmente entre pasada y pasada. Si la escoria es bastante fusible entrara en solución con el metal fundido de las pasadas siguientes favoreciendo la formación de inclusiones. -Fisuras internas: En el interior del metal fundido pueden producirse fisuras internas incluso a nivel de granos, que pueden no descubrirse por los métodos de control. Bajo el efecto de las tensiones esas fisuras crecen y pueden convertirse en grietas y dar una peligrosa rotura en servicio. Los defectos de fisuras finas y pegaduras escapan del control, son muy peligrosas. Aparecen en los procedimientos soldadura por arco y oxiacetilénica. -Copos: presencia de hidrogeno, los copos que aparecen bajo la forma de manchas blancas en las grietas de la soldadura son una consecuencia de la absorción de hidrogeno por el hierro en estado liquido. Los copos pueden originarse por humedad del revestimiento (secado insuficiente durante la fabricación o humedad ambiente). En particular el carbonato de calcio del revestimiento de los electrodos básicos, que es muy higroscópico. En las soldaduras por arco se favorece esta absorción. De una forma general se puede decir:

� Que los aceros sin punto de transformación, tales como los austeniticos o ferriticos, no dan lugar a copos

� Que los aceros que tienen punto de transformación la aptitud a la producción de copos es tanto más acusada cuanto mayor sea la diferencia.

Los copos generalmente van acompañados de inclusiones. Generalmente los copos no son visibles microscópicamente y son descubiertos después de la rotula o deformación. Soldabilidad de las fundiciones Tipos de fundiciones:

� Grises: No hay cementita libre (o si hay es muy poco). El carbono se encuentra en estado libre bajo la forma de grafito laminar.

� Blancas: el carbono se encuentra en estado combinado (cementita) estas fundiciones son duras y frágiles.

� Maleables: Partiendo de una fundición blanca y por un recocido de maleabilización se hace una matriz de ferrita

� Nodular: Se inocula una fundición con Mg en la cuchara y se logra que el grafito precipite como nódulos.

●Elementos grafitizantes Si, C, Ni, favorecen la descomposición del carburo (CFe3) y la nucleacion de grafito. Elementos que favorecen al carbono combinado (CFe3) Mn, Cr, son formadores de carburos.

Diagrama de Maurer: Define zonas de los distintos tipos de fundición en fundición de las concentraciones de silicio y carbono. Cuando el % de Si aumenta, la perlita se las fundiciones grises tiende a separarse para formar ferrita y esta es el origen de las fundiciones grises.

El Ni decrece la estabilidad de los carburos primarios ●Condiciones de soldabilidad de las fundiciones Se excluyen las fundiciones blancas que no se sueldan se presentan dos problemas al soldar fundiciones:

� Formación al soldar de fundición blanca � Fisuración (coeficiente de contracción, grafito laminar)

Los granos duros producidos por falta de grafitizante en el metal de soldadura o por una velocidad de enfriamiento rápida, puede evitarse con un adecuado aporte que tenga elementos graficitizantes (Si, C, Ni) y/o precalentando o actuando sobre la velocidad de enfriamiento. La fisuración puede evitarse por precalentamiento y un lento enfriamiento posterior. La presencia de grafito laminar constituye una entalla favorable al desarrollo de la fisuración. Materiales de aporte -Soldadura oxiacetilénica: varilla de fundición siliciosa (grafitizante) Mg para nodulante. -Soldadura por arco: el alma del electrodo puede ser: acero, fundición, níquel, metal monel, acero inoxidable austenitico. La soldadura heterogénea con un latón especial, constituye una técnica importante para la unión o la reparación en frio con la llama oxiacetilénica.

Resumiendo: Formación de CFe3

� Aumento de la velocidad de enfriamiento, aumento la formación de CFe3 � Flujo decapante, me saca Si � saco elemento grafitizante, aumenta la

formación de CFe3 � Meto Feo con la varilla, aumenta la formación de CFe3 � Llama oxidante, saco Si, C del material base, favorece la formación de CFe3 � MA con bajo Si y C, cuando sueldo pierdo estos elementos y me queda muy

poco % de ellos, bajo % de elementos grafitizantes ,aumenta la formación de CFe3

●Soldadura oxiacetilénica de las fundiciones Para explicar la formación de granos duros se sugiere varias hipótesis:

� Aportación a través de la varilla en el metal liquido de una partícula de oxido de hierro que inmediatamente se reduce y carbura formando una zona de gran dureza

� Perdidas de silicio en el momento de fusión � Velocidad de enfriamiento de las piezas � Desregulacion oxidante del soplete � Presencia de granos de arena � Usar decapante no oxigenado

Un examen más a donde pone de manifiesto los factores a tener en cuenta en la formación de granos duros y fisuras.

� Composición química de MB y MA � Composición del flujo decapante � Condiciones de precalentamiento y enfriamiento de las piezas � Potencia y regulación del soplete � Método de soldadura

Composición química del MB y MA Pueden evitarse los granos duros adicionando con la varilla elementos grafitizantes como el C, Si y Ni. Las pérdidas de elementos es muy pequeña, la hipótesis de la formación de granos duros por oxidación de los elementos grafitizantes se rechaza. La composición química recomendada para el MA en soldadura oxiacetilénica es la siguiente. Ctotal= 3% a 3,5% Si = 3% a 3,3% Mn = 0,2% a 0,4% P = sin influencia, aunque no debe sobrepasar el 0,2% S = 0,02% a 0,05%

Flujo decapante Los flujos decapantes compuestos de carbonatos y fluoruros oxidan al Si eliminando su acción grafitizante y favoreciendo la presencia de puntos duros. La formación del silicato se favorece por la agitación con el dardo del soplete Condición de enfriamiento de las piezas

Enfriamiento rápido, nos da CFe3 (granos duros) La soldadura oxiacetilénica puede hacerse en frio o en caliente (precalentamiento). De esta ultima forma y con un enfriamiento lento se evita fisuraciones y puntos duros. (un enfriamiento lento seria por el diagrama estable Fe – grafito evitando se la formación de CFe3) ●Soldadura por arco de la fundición Puede usarse variedad de electrodos:

� Aceros (con revestimiento que da un aporte carburado) � Níquel (da acción grafitizante) � Monel (70%Ni y 30%Cu) � Fundición

Como el arco eléctrico es una fuente de potencia más concentrada que el soplete oxiacetilénico, la ZAC es menor en la soldadura por arco por lo que se enfría más rápida, mayor tendencia a fisurarse y a dar cementira, se debe precalentar antes

de soldar con arco eléctrico por lo que tenemos menores tensiones residuales y enfriamiento más lento. Electrodo de fundición. Soldadura en frio de una fundición con electrodo de fundición revestido, origina un importante aumento de cementita en la línea de unión y en la zona fundida, sobre todo, en la parte superior depositado. En la soldadura en frio de las fundiciones grises con electrodo de arco, la transformación en cementita de la zona de unión se acentúa y la parte fundida esta casi totalmente constituido por martensita. Soldadura en frio de las fundiciones con electrodos de metal monel o níquel, resulta mejor pues debido a la acción grafitizante de níquel se forma poca cementita Influencia de la temperatura de precalentamiento

Para obtener buenos resultados, influyen la temperatura del precalentamiento y la velocidad de enfriamiento. Los ensayos de soldadura sobre piezas precalentado a 250ºC, 520ºC y 750ºC se han llevado a cabo sobre el metal de fundición de base y sobre MA En la figura la curva I presenta las propiedades de las soldaduras sin precalentamiento por dos procedimientos (arco y soplete) la dureza aumenta

enormemente en la zonas de ligazón y fundida has los 350HB (curva I) para soldar por arco 270HB (curva I) para soldar con soplete. En estas dos regiones se forma gran cantidad de cementita. Las curvas II, III, II, III soldaduras representada con precalentamiento a 250ºC y a 520ºC. Las HBmax de la zona fundida y la de ligación tiende a bajar Las dos temperaturas consideradas no parecen aportar una notable mejora en la estructura, pero la ultima es más eficaz desde el punto de vita de la supresión de las fisuras. Las curvas IV arco, y IV soplete precalentamiento a 750ºC temperatura que conduce a una notable mejora de las estructuras de las zonas fundidas y de ligazón para los dos puntos procedimiento. Uniones realizadas por arco con electrodo de monel o níquel

En la zona de enlace se produce una difusión de níquel la dureza máxima en esta zona no sobrepasa los 210HB con lo cual se aproxima a la soldadura con electrodo de fundición y precalentamiento a 750ºC es decir para las mejores condiciones de soldadura Esto demuestra que ciertas uniones heterogéneas dan mejor resultado (buena ligazón) respecto a una homogénea. Soldabilidad de las fundiciones maleables Al igual que las fundiciones grises, el calentamiento (austenizado y fusión) con enfriamiento rápido como se produce en el momento de la soldadura, se produce cementita (primera disolución de C tenia austenitra y el segundo la formación de cementita en vez de ferrita , mas grafito, mas cementita) Por lo que la unión queda frágil, las fundiciones maleables forman parte de las aleaciones poco soldables.

En la soldadura oxiacetilénica la zona afectada por el calor es mayor que en la por arco, la sensibilidad a la fisuración es mayor. Conclusiones del estudio de Gerbenux: a)Se obtiene buenos resultados soldando con oxiacetilénica, soldadura heterogénea con latón especial. b)Soldadura por arco de fundición sobre fundición en caliente, los resultados son inferiores a los de soldadura con soplete, puede tratarse de una cuestión de electrodos. c)Las soldaduras por arco con electrodos de acero, acero inoxidables, níquel y monel dan lugar a fisuraciones, estas es mayor por electrodos de acero La única ventaja de los electrodos de níquel o monel es su aptitud de la mecanización, soldar fundiciones en frio con electrodos de aceros y las ultimas pasada con monel o níquel si se mecaniza. d)Empleo de electrodos en bronce rojo o de aluminio, tendencia a la fisuración e)Fundiciones maleables debe evitarse todo recalentamiento, la soldadura por arco en frio con electrodos de metales no férreos es excelente f)La fundición de grafito nodular primario presenta una mejor soldabilidad. Recargues duros para soldadura Consiste en aplicar por medios de soldadura una capa de carburos (de propiedad deseada) sobre la superficie de la pieza. Así esta superficie recargada resulta adecuada para soportar la más variadas exigencias:

� Resistencia al choque � Resistencia a la abrasión, a la cavitación � Resistencia a las altas temperaturas � Resistencia a la corrosión

●Clasificación de los metales de recargue Grupo 1: Los aceros al carbono y los aceros de baja aleación.

a) Aceros con menos del 0,5%C b) Aceros con aproximadamente 1%C c) Aceros de baja aleación, aleados con Mn, Ni, Cr, y Mo la suma de estos

aleantes debe ser inferior al 10%

Grupo 2: Los aceros especiales, con más del 10% de aleantes Mn, Cr, con o sin elementos de adición tales como el Ni, Mo, W, V, boro y tantalio. Grupo 3: Las Fundiciones

a) Las fundiciones blancas al Mn b) Las fundiciones especiales al Ni o al Cr de tipo austenitico

Grupo 4: Las aleaciones cuprosas

a) Latones de soldadura heterogénea (Cu + Zn) b) Bronces (Cu + Sn) c) Cuproniqueles (Cu + Ni)

Grupos 5: Las aleaciones no ferrosas Aleaciones a base de W, Cr, Co (Mo, V, tantalio) cuya suma sobrepase el 90% siendo el Fe inferíos al 5%. Grupo 6: Los carburos de W o similares

a) Los carburos que se presentan bajo la forma de polvo, aglomerados con una pasta o en el revestimiento del electrodo.

b) Los granos de carburos van encerrados en un tubo de acero. Grupo 1: Aceros al carbono o baja aleación para a)y b) aplicando estos metales y luego templando se obtiene dureza. El alto porcentaje de carbono (caso b) al realizar la operación de recargue hay peligro de grietas. En el c) comprende 1% a 2% de Mn, 3% a 5% Ni, 1% a 2% de Cr, Mo y V pero la sumatoria de estos aleantes debe ser menor al 10%. Se puede templar pero en muchos casos se hace tratamiento de eliminación de tensiones (recocido) Aceros (0,3 – 0,5 )%C � de 350HB a 400HB Aceros (0,9 – 1)%C � de 450HB a 500HB Aceros de baja aleación � de 550HB a 600HB Grupo 2: Los aceros especiales (mas del 10% de aleantes)

a) Los aceros austeniticos al manganeso (13-14%Mn y 1%C): Los depósitos ofrecen gran resistencia al desgaste, gracias a la alta capacidad de estirado del metal (a medida que se deforma, se endurece mas). El recargue generalmente por arco con electrodos revestidos, tendencia a la fisuración.

b) Aceros al Cr (13% a 18%) con bajo % de carbono (0,15). Inoxidables ferriticos, resistentes a la corrosión. Se añade Mn (3% – 4%) para aumentar las propiedades mecánicas. El recargue se puede realizar con soplete y con arco y la calidad de los depósitos depende del revestimiento. Se obtienen recargues compactos cuya dureza va de los 450HB a 500HB y mayor resistencia a la corrosión.

c) Aleaciones al Cr – Ni, Mn, Mo, y W cuya suma sobrepase el 10% aceros inoxidables austeniticos y aceros rápidos. Los inoxidables pueden aplicarse con precalentamiento. Los aceros rápidos deben aplicarse con precalentamiento, debido a su gran templabilidad, hay peligro de fisura.

Aceros rápidos de 400HB a 700HB, los aceros inoxidables austeniticos 18/8 va de 200HB a 250HB. El procedimiento de recargue puede ser por arco o soplete.

Grupo 3:

a) Las fundiciones blancas se utilizan para operaciones de recargue duros, su dureza se debe a la acción de la cementita. Recargue menos compactado y con mas tendencia a fisurarse que el grupo 2 lo que exige precalentamiento entre 500ºC a 600ºC

b) Las fundiciones especiales, austeniticas o martensiticas obtenidas por adición de Ni (austeniticos) o Cr (martensitico) pero son poco usadas. Procedimientos con soplete 550HB. Aplicaciones resistencia a la abrasión, excavadoras, cargilones, etc.

Grupo 4: Las aleaciones cuprosas Hay un cierto número de estas que pueden servir para el recargue de los ferrosos. Ejemplo latón (Cu + Zn) con Si se aplica para ruedas de turbinas Francis (para resistir a la cavitación) también se puede usar latones especiales al Ni o de las alpacas especiales. Cupro – niqueles especiales (Cu + Ni + Sn) para el recargue de útiles que trabajan a percusión (punzones). Estos depósitos son resistentes a temperaturas menores a 500ºC y a la corrosión. Moneles especiales pueden utilizarse para el recargue de piezas de fundición desgastadas. Grupo 5: Las aleaciones no ferrosas Constituidas por metales refractarios como Co, W, Cr, Mo (Ta, B) con menos de 5%Fe. Estas aleaciones se depositan tanto por arco como por soplete. Características: gran dureza en caliente, gran dureza al choque y resistencia a la corrosión. Las estelitas constituyen las aleaciones mas importantes de este grupo, se clasifican en 3 grupos, según su composición química (grado 1, grado 6, grado 12) Los depósitos por arco dan una dureza ligeramente inferior debido a una mayor dilución del metal base en el recargue sobretodo en las primeras capas. -Grado 1: (54HRC) su resistencia a la abrasión para que trabajan sin choque, palas de excavación, levas, calibres. -Grado 6: (40HRC) su resistencia a la abrasión para piezas que trabajan bajo pequeños choques, su resistencia a las altas temperaturas. Este tiene mayor tendencia a la fisuración, por lo que se destina al recargue de grandes superficies. -Grados 12: (48HRC) su resistencia al choque es mayor así como su resistencia a altas temperaturas, se usa para terrajas trabajando en caliente, bocas de desagüe, martillos, etc.

Grupo 6: Los carburos de W y similares Los carburos metálicos sobre todo el de W, se utiliza en estado de polvo, aglomerados en una pasta y también en granulados de dimensiones variables, encerrados en tubos de acero.

a) Los granos de carburo pueden colocarse preliminarmente sobre la superficie a recargar encontrándose sumergidos en el depósito de metal fundido, la fusión se realiza con soplete oxiacetilénico o con electrodo de grafito e intervención de un flujo decapante. El metal de soporte se elige entre las aleaciones de Cr – Mn para la soldadura por arco, los carburos metálicos en forma de polvo se han introducido en un revestimiento apropiado.

b) Los carburos metálicos granulados se colocan preliminarmente en un tubo de acero y se incorporan a la matriz de acero dada por el tubo después de la fusión. Características, alta resistencia a la abrasión 62HRC a 70HRC

Para que los carburos cumplan su fusión de revestimiento al desgaste deben encontrarse a una distancia menor que los elementos abrasivos. ●Técnica de recargue El recargue duro debe permitir la mejora de las cualidades de las superficies que han de estar sometidas a esfuerzos mecánicos (choque, abrasión, desgaste) o a la corrosión química. El recargue se puede realizar sobre piezas nuevas o en uso. Antes de hacer el recargue, las piezas deben estar limpias (granallado, arenado, piedra, etc.) siempre es conveniente dejar una superficie rugosa. a) Recargue por oxiacetilénica: La mayor parte de los metales de recargue son

aleaciones carburadas, para impedir la descarburación, la llama debe, estar regulada carburante (exceso de acetileno). El poder carburante de la llama se aprecia por la longitud de la zona luminosa que sigue al dardo. Se regula a la llama normal y luego se reduce el oxigeno hasta obtener una zona luminosa que envuelve al dardo, siendo la longitud de esta zona igual a 3 veces la longitud del arco inicial. Para realizar el recargue el metal base debe ser llevado a un estado pastoso (“exudación”). La tensión superficial del metal de recargue liquido hace que se extienda sobre el metal pastoso y se lo ayudan con el movimiento del soplete. Cuando el MA es de bajo % de carbono (grupo 1 y grupo 2b) se regula la llama menos carburante y se aporta acero inoxidable austenitico, la llama debe ser normal.

La llama carburante protege de descarburación al metal base e impide la oxidación del metal de recargue.

La solidificación debe ser muy lenta a fin de evitar la inclusión gaseosa que son fuente de defectos y porosidad en el MA. La dureza está influenciada por la dilución del MB en el proceso oxiacetilénico, es mínima, pues el MB solo llega a estado pastoso y la unión MB-MA se hace por cohesión y muy poca penetración. En cambio en el recargue por arco hay mayor dilución del MB, hay mayor penetración, por lo que para realizar la misma capa de recargue que la oxiacetilénica tengo que hacer mas pasadas. Para lograr una buena dureza se necesitan dos capas de recargue. Para metales de aporte fácilmente oxidables utilizo el método A DEECHA (precede la llama al metal de recargue que acaba de depositarse)

Aplicaciones industriales El electrodo consta de un tubo de acero (ferritico o austenitico) relleno de carburo y fundente. Pueden ser carburos de cromo o de tungsteno. La llama funde al tubo y el fundente y los proyecta contra la superficie a recargar, recubriéndola de una capa muy dura que protege al material y da características de resistencias al desgaste y abrasión. Los carburos quedan contenidos en una matriz ferritica o austenitica que anteriormente era el tubo que contenía los carburos en la varilla. Una aplicación típica es la reja de arado, para un buen resultado del recargue es importante el tamaño de los carburos y la separación entre ellos en relación con las partículas abrasivas. Si los granos de tierra y el espacio entre carburos son de magnitud similar los granos desgatan la matriz que es blanda y los carburos se quedan sin matriz y caen. Deberá hacer poca dilución pues si hay dilución el material base contaminara al material de aporte y baja sus propiedades.

Fundente: la función es que a una cierta temperatura limpie al material base, formando una escoria que al enfriarse el liquido sobrenada y proteja de la oxidación.

b) Recargue por arco: se usa un electrodo cuya alma está constituida normalmente por la aleación de recargue y el revestimiento generalmente es básico, para favorecer la permanencia de los elementos útiles que el revestimiento posee, en el metal depositado. Algunos elementos fácilmente oxidables deben compensarse con el aporte de estos en el revestimiento. El electrodo básico se con corriente continua y el (+) en el electrodo así el bombardeo de electrodos es hacia el electrodo, la penetración es mínima, además siempre interesa la mínima densidad de corriente con el fin de evitar la dilución del MB, bajo efecto PINCH. La influencia del metal base desaparece después de la segunda pasada, si es preciso ejecutar varios cordones adyacentes, el segundo cordón debe cubrir aproximadamente la tercera parte del que le precedió con el fin de evitar el surco donde se acumularía escoria difícil de desprender. Recargues de difícil realización � recargue mixto 1era capa: con electrodo que de un deposito dúctil 2da capa: recargue del metal duro

c) Recargue con punta de grafito d) Recargue con hidrogeno atómico e) Recargue por metalización

●Aspecto metalúrgico del recargue Son dos los problemas que predominan en el aspecto metalúrgico del procedimiento de recargue por soldadura.

1) Las características mecánicas y físicas del depósito de las que depende la dureza, resistencia al desgaste, etc.

2) La sensibilidad a la fisuración del depósito, su adherencia y la formación de sopladuras

●Precalentamiento de las piezas Este resulta indispensables, antes de proceder al recargue por varias razones:

� Evitar la fisuración del MA � Evitar la fisuración del MB � Evitar la presencia de sopladuras � Reducir la deformación plástica � Reducir tensiones internas � Reducir la importancia de la dilución y favorecer la cohesión

Soldadura heterogénea Puede ocurrir que al realizar una soldadura por algún método que lleva a fusión el material base sea inconveniente, seria el caso de soldar un acero aleado de alta templabilidad con soldadura eléctrica o a gas por ejemplo. Existirían altas probabilidades de lograr una estructura martensitica frágil y poco dúctil, muy propensa a fisurarse. Otro ejemplo seria en el caso de soldar fundiciones a alta temperaturas el carbono del grafito se disuelve y da origen a cementita debido al rápido enfriamiento, la cementita es muy frágil y posee tendencia a fisurarse. Por lo visto es importante encontrar un método de soldadura de fusión como en los casos anteriores, se emplea la soldadura fase solida – fase liquida o soldadura heterogénea. En este tipo de soldadura se emplea un material de aporte de menor punto de fusión que el material base. El material de aporte se funde al aplicarse calor y al solidificar queda hecha la unión con el MB. Clasificación:

� Soldadura blanda o Soldering: temperatura de fusión del material de aporte menor a 400ºC

� Soldadura fuerte o brazing: temperatura de fusión del material de aporte mayor a los 400ºC

Para una buena soldabilidad es necesario:

� Existencia de un buen mojado � Existencia de cohesión � Existencia de un fundente decapante � Existencia de superficies limpias

Fenómeno de mojado: se dice que un liquido moja cuando recubre totalmente la superficie del solido sobre el que se expande . De la misma forma el MA moja se extiende dando con el sólido un ángulo de acuerdo superior a 90º

El MA debe cumplir los siguientes requisitos:

� Que moje al MB � Que se extienda sobre la junta produciendo un contacto intimo � Que entre en todos los intersticios por capilaridad

-Fenómeno de capilaridad Si existe menisco entonces hay buena capilaridad y por lo tanto buen mojado Para que exista menisco γs >> γL γs= energía libre de la superficie del solido γl= energía de la superficie del liquido

Si α> 90º se da un buen mojado entonces tenemos Por una igualdad de nivel que Pa = Po Pa = P´ + ρL . g . h Por teoría de superficie libre de los líquidos Po = P´ + (2γL) / R

Igualando tenemos P´ + ρL . g . h = P´ + (2γL) / R ρL . g . h = (2γL) / R y como r = R cosα � R = r / cosα ρL . g . h = (2γL) / (r / cosα) � h = (2 γL . cosα) / (r. ρL . g) Para una buena soldadura interesa que h sea lo mayor posible. Fenómeno de cohesión Así como el mojado es un fenómeno superficial, la cohesión es un fenómeno estructural que explica la ligazón entre Mb y MA. Esta cohesión puede ser mecánica o físico química. -Cohesión mecánica: Se produce cuando hay interpenetración del MA en los granos del MB, es el caso de los aceros y fundiciones con el latón. -Cohesión físico-química: Por solubilidad entre MB y MA se forman aleaciones (compuestos intermetalicos). Es el caso de soldar latón. -Conclusión: MB no misible con MA dan cohesión mecánica. MB misible con MA dan cohesión físico – química.

Existencia de fundente decapante Es una sal que se funde al soldar, liberando un acido que se combina con los óxidos para facilitar la soldadura. Funciones y características:

� Debe cubrir el MB separándolo de la atmosfera para que no se oxide � La acción debe continuar hasta la terminación de la soldadura � Debe fundir a una temperatura igual a la del MA � Debe disolver óxidos � Debe ser desplazado por el MA para permitir que se realice el mojado y la

cohesión. ●Soldadura blanda: El MA es una aleación de Sn-Pb que con el agregado de Sb mejoro la resistencia mecánica de la junta. L a composición eutéctica 60%Sn y 40%Pb tiene la menor temperatura de fusión aproximada a 180ºC. el aumento de Pb en la aleación se aplica cuando se requiere trabajos mas groseros. ●Soldadura fuerte: El MA puede ser

� Plata – cobre � Plata – cobre – zinc � Plata – cobre – zinc – cadmio

Además se agregan: � Silicio o aluminio (desoxidante) � Níquel (aumenta la resistencia mecánica)

La volatizacion del zinc genera inconvenientes, el oxido de zinc es toxico, forma el zinc vapores densos que dificultan la operación de soldadura, se agregan desoxidantes como el Si y el Al ●Ventajas de la soldadura heterogénea

� Se puede soldar aceros tratados térmicamente, fuertemente aleados o con elevadas impurezas como S y P

� No existen deformaciones � Se puede soldar grandes y pequeños espesores � Se pueden soldar espesores disimiles entre si � Se puede soldar usando diferentes métodos de calentamiento del MA � Disminución de tensiones residuales

●Desventaja de la soldadura heterogénea

� Pequeña resistencia de unión � Asociación de metales con fem diferentes � Diferencia de color entre la junta fundida

●Soldadura fuerte para aceros Aleación eutéctica 72%Ag, 28%Cu debido a su menor punto de fusión Se puede bajar la temperatura de fusión aun mas con el agregado de cadmio y zinc 630ºC. Vemos que esta ultima aleación tiene mayor resistencia mecánica y una temperatura de fusión menor que la temperatura de transformación austenitica. Se pueden soldar piezas sin deformación ni quemaduras. El costo del MA es alto pero se usa en pocas cantidades. ●Soldadura fuerte para fundiciones Es precisamente en la unión y reparación de las piezas de fundición donde este procedimiento encuentra sus máximas aplicaciones. Se estableció para las fundiciones las siguientes formulas Tº mojado = 730ºC + 28%Si – 25 %Mn -Procedimiento:

1) Eliminar el grafito de las superficies a soldar ya que se oxida el C con el O2 de la llama de oxiacetilénica y forma CO2 que produce sopladuras, se elimina por medio mecánicos (lima y cepillos duros). Es mas fácil soldar una fundición blanca que una gris

2) Hacer achaflanado, mayor huelgo por lo que tengo mayor mojado 3) Usar un flujo a base de boro y acido bórico con adición de Feo y Nio que

baja la viscosidad del flujo fundido, se favorece la expansión sobre el cordón de soldadura. El flujo decapante debe colocarse sobre los bordes a unir y/o adherido a la varilla de soldadura.

-ventajas de este tipo de soldadura en fundiciones: a) Se puede soldar fundiciones grises y maleables sin precalentamiento b) Rápida ejecución c) Pequeña potencia con soplete d) Suficiente resistencia mecánica

-desventajas:

a) Costo del MA b) Diferencia de color entre MB y MA

Soldabilidad del aluminio y sus aleaciones Existen dos problemas fundamentales:

� Formación de alúmina (Al2O3) de mayor punto de fusión y mayor densidad que el aluminio (temperatura de fusión de 2030ºC en vez de 660ºC), insoldabilidad operatoria del metal y sus aleaciones, su presencia se opone a la interpenetración de las gotas fundidas. Se soluciona usando un flujo decapante adecuado, disolución de la alúmina en un escoria ligera y fácil de eliminar.

� En algunas aleaciones el ciclo térmico de soldadura provoca en el MB y ZF precipitación de compuestos, bajando la resistencia mecánica y resistencia a los agentes químicos.

●Soldadura oxiacetilénica Usar llama neutra o ligeramente carburante, usar flujo decapante que genere escoria ligera que sobrenade el baño fundido. Además el flujo debe cumplir las siguientes condiciones:

� Actuar a una temperatura inferior a la temperatura de fusión de la aleación � Disolver rápidamente a la alúmina � No ser excesivamente fluida para resistir el soplo de la llama � Densidad menor que del MA � No debe ser toxico � No de debe corroer al metal � Debe adherirse a la varilla caliente

En general son mezclas de cloruros y floruros alcalinos Na, K, y litio. Algunos flujos se presentan bajo la forma de polvo blanco que se adhiere a la varilla calentada ●Propiedades mecánica de las soldadura oxiacetilénica

� Para aluminio comercial 99,5%: las características de las soldaduras están influenciadas por el estado inicial de MB Para MB (recocido), la resistencia a la tracción y dureza de la soldadura resultaran ligeramente superior. Esto se debe a un reagrupamiento de las impurezas en el metal fundido y ZAC respectivamente. En el MB las impurezas se reparten desordenadamente. En la ZAC y ZF se produce una repartición preferente de las impurezas. Esta reagrupación, aumenta la resistencia estática reduciendo la deformación.

� Para MB semi-duros o duro (laminado en frio) aparece una zona de ablandamiento en la ZAC (el ancho de esta zona blanda dependerá del ciclo térmico y el espesor de la chapa)

� Soldabilidad de las aleaciones Al-Mg, precipitación de compuestos de Mg2Al3 y Mg2Si, por lo que esta precipitación origina heterogeneidad química, baja la resistencia mecánica y baja la resistencia a la corrosión.

� Para duraluminio (Al + 4%Cu + 0,5%Mn +0,5%Mg + 0,5%Si)tenemos precipitación de CuAl2 y MgSi que destruye al tratamiento de endurecimiento original, baja la resistencia mecánica y provoca fisuras. se deben realizar tratamientos térmicos despues de soldar, temple al agua entre 480ºC y 500ºC y envejecimiento.

� Para aleaciones fundidas (Al-Zn-Cu) y (Al-Si) son frágiles y suceptibles a la fisuración de contracción y dilatación.-