proceso fcaw

Proceso FCAWProceso FCAW• Alambre tubular con núcleo de

fundente.- El arco se forma entre un electrodo con forma

tubular, que es consumible y se alimenta continuamente y la pieza de trabajo.

Alambre tubularAlambre tubular• Los alambres tubulares están

formados por:- Forro metálico.

- Núcleo:Fundente.Elementos de aleación.Formadores de escoria.

SOLIDOSOLIDO TUBULARTUBULAR

2211

Fabricación – Electrodo tubular Fabricación – Electrodo tubular FlejeFleje metálico metálico

A A trefiladotrefilado

Polvos del núcleoPolvos del núcleo

Rodillos de Rodillos de cerradocerrado

Rodillos de Rodillos de conformadoconformadoForma “U” Forma “U”

TolvaTolva

Caída de fundenteCaída de fundente

Alambres tubularesAlambres tubulares• El forro tiene la función de contener el

fundente del núcleo y conducir la corriente eléctrica.

• Los elementos formadores del núcleo tienen las siguientes funciones:- Formar una capa de escoria que proteja

al depósito durante la solidificación.

Alambres tubularesAlambres tubulares- Proporcionar elementos desoxidantes y

refinadores para incrementar las propiedades mecánicas del depósito.

- Proporcionar elementos estabilizadores de arco que incrementen su suavidad y reduzcan la salpicadura.

- Adicionar elementos de aleación que incrementen la resistencia del depósito y mejoren otra propiedad específica.

- Producir la atmósfera de gas que proteja al arco, la transferencia de metal y la zona de metal líquido (sólo autoprotegidos).

Tipos de alambres tubularesTipos de alambres tubulares• Con protección de gas.

- Requieren de un gas de protección que es suministrado externamente.

• Auto-protegidos.- En el núcleo se encuentran elementos que al

descomponerse químicamente producen una atmósfera rica en CO2 y CO.

Depósito solidificado

Escoria líquida

Depósito líquido

Escoria solidificada

Gas de protección

Punta de contacto (conductora de

corriente)

Boquilla ó Tobera Electrodo

Tubular con Protección de Gas

Polvos metálicos, fundentes y materiales formadores de escoria

Arco y metaltransferido

Polvos metálicos, materiales formadores de

vapor, desoxidantes y refinadores

Punta de contacto(conductora de corriente)

Gas de protección, formado de los

materiales del núcleoArco y metal transferido

Depósito solidificado

Depósito líquido

Escoria líquidaEscoria

solidificada

Electrodo Tubular Autoprotegido

Características principalesCaracterísticas principales• Alta productividad debido a la alimentación

continua de alambre.

• Beneficios metalúrgicos derivados de la presencia de fundente.

• La formación de escoria soporta y conforma el perfil de los cordones de soldadura.

Aplicaciones Aplicaciones

• Estructuras.- La aplicación de mayor volumen de

consumo del proceso.

- Trabajo de taller y de erección de edificios.

- Gran cantidad de uniones, tipo filete, de un paso.

Aplicaciones Aplicaciones • Astilleros.

- Gran variedad de materiales y espesores.

- Facilidad de empleo en fuera de posición.

Aplicaciones Aplicaciones • Tubería industrial.

- En ocasiones se emplea para depositar el paso de relleno.

- Más fácil de aplicar que el alambre sólido.- Mejores propiedades mecánicas.- Reducción de defectos como porosidades.

Aplicaciones Aplicaciones • Ferrocarriles.

- Se emplea en grandes cordones donde el uso del arco sumergido es impráctico.

- Se aplica sobre placas oxidadas.

AplicacionesAplicaciones• Equipo pesado.

- Grandes espesores de placa.- Grandes cordones en filetes se pueden aplicar

en un solo paso.- La facilidad de remoción de escoria reduce el

tiempo de limpieza.

• Mantenimiento y reparación.

Aplicaciones Aplicaciones • Transportación.

- Popular debido a la alta productividad en diversos espesores.

- Cordones de gran longitud.- Facilidad de mecanización.- Menos sensible a un pobre ajuste de la junta.

Equipo necesarioEquipo necesario• Fuente de poder.

• Sistema de alimentación de alambre.

• Fuente de gas de protección y sistema de regulación de gas.

• Antorcha.

• Pinza de tierra.

• Cables de conexión.

Fuente de poder Fuente de poder • Proporciona la energía eléctrica con

las características adecuadas para establecer y mantener el arco.

Fuente de poder Fuente de poder • Las más populares son las de corriente

directa voltaje constante (CV).

• Se recomienda que la capacidad sea de 300 A mínimo y un ciclo de trabajo 100%.

• Debe ser capaz de incrementos unitarios de voltaje.

AlimentadoresAlimentadores• Tienen la función de proporcionar una

alimentación continua y uniforme de alambre a una velocidad previamente seleccionada.

AlimentadoresAlimentadores• Se prefieren los de velocidad constante en

conjunto con las máquinas CV.

• La velocidad de alimentación de alambre determina el amperaje aplicado al electrodo.

• Es preferido el uso de rodillos (estriados) moleteados.

AntorchaAntorcha• Tiene la función de conducir la

corriente eléctrica, el gas de protección y el electrodo.

AntorchaAntorcha• Se recomienda una capacidad mínima

de 400 A.

• Existen modelos enfriados por aire y por agua.

• Lo que busca un operador es la fácil manipulación, comodidad, poco peso y durabilidad.

Gas de protecciónGas de protección• Puede ser suministrado a partir de cilindros

o tubería proveniente de un manifold.- Se emplean reguladores flujómetros para ajustar el

volumen de gas necesario para una adecuada protección.

- Es importante que el regulador flujómetro tenga la capacidad suficiente para manejar el gasto requerido.

Cables y pinza de tierraCables y pinza de tierraA Longitud de cable en el circuito -

A.W.G. 60´ 100´ 150´ 200´ 300´ 400´

100 4 4 4 2 1 1/0 150 2 2 2 1 2/0 3/0 200 2 2 1 1/0 3/0 4/0 250 2 2 1/0 2/0 300 1 1 2/0 3/0 350 1/0 1/0 3/0 4/0 400 1/0 1/0 3/0 450 2/0 2/0 4/0 500 2/0 2/0 4/0 400 4/0 4/0 800 4/0 (2) 4/0 (2) 1200 4/0 (3) 4/0 (3)

Operación automática (100% Ciclo de trabajo)

Polaridad Polaridad • Determina el sentido de flujo del fluido

eléctrico.- La mayoría de los alambres protegidos por gas

emplean DCEP (Invertida o DC+), produce una mejor penetración.

- La polaridad directa (DCEN o DC-) se utiliza con algunos alambres autoprotegidos.

AmperajeAmperaje• La cantidad de corriente aplicada a un

electrodo es proporcional a la velocidad de alambre seleccionada.

• Determina la tasa de depósito, la penetración, el tamaño y la forma del cordón.

AmperajeAmperaje• Un alto amperaje produce una alta

penetración y un cordón de perfíl de gran convexidad.

• Una insuficiente cantidad de alambre produce una transferencia globular con excesiva salpicadura y pobre penetración.

WFS vs. corriente WFS vs. corriente (E71T-1M)(E71T-1M)

0

200

400

600

800

125 175 225 275 325 400

Corriente (A)

Vel

. d

e A

lam

bre

(i

pm

)

0.035” 0.045”

0.052”

0.062”

VoltajeVoltaje• Determina la longitud de arco. Está en

función del amperaje deseado.

• Para un valor de corrriente determinado, produce el mejor arco.

• Afecta principalmente la altura del refuerzo de soldadura y el ancho del cordón.

Relación V-ARelación V-A

20

23

26

29

32

200 225 250 300 350 400

Corriente (A)

Vo

ltaj

e (V

)

75% Ar - 25% CO75% Ar - 25% CO22

100% CO2100% CO2

Velocidad de avanceVelocidad de avance• Está controlada por el operador y determina

en gran medida el tamaño del cordón de soldadura.

• Afecta la penetración y la forma del cordón.• Determina la cantidad de calor suministrado

a la pieza de trabajo:

Q = A * V / TS Q es calor.A es Amperaje.V es Voltaje.TS es velocidad de avance.

A BoquillaA BoquillaB Punta de contactoB Punta de contactoC SO visibleC SO visible

D Stickout eléctricoE Distancia punta de contacto-TrabajoE Distancia punta de contacto-TrabajoF Longitud de ArcoF Longitud de Arco

““Stickout” eléctricoStickout” eléctrico

““Stickout” eléctricoStickout” eléctrico

• El “stickout” eléctrico determina el calentamiento por resistencia del electrodo.- Varía el amperaje de soldadura (CV).

- Afecta el desempeño del electrodo.

- Puede producir discontinuidades.

E70T-1MJ H8E70T-1MJ H8E70T-1MJ H8E70T-1MJ H8

Clasificación de electrodosClasificación de electrodos (AWS A5.20-95)(AWS A5.20-95)

EE Electrodo.

77 Resistencia a la tensión (psi/10, 000).

00 Posición.

TT Tubular.

11 Desempeño y uso.

MM Mezcla de gas.

JJ Resistencia al impacto 20 ft/lb @ - 40 oF.

H8H8 Nivel de hidrógeno.

Propiedades mecánicasPropiedades mecánicas

Valores mínimos

AWS Resistencia a

la Tensión (ksi)

Límite de Cedencia

(ksi)

% Elongación en 2”

Resistencia al impacto

ft-lbs @ oF

E7XT-1 60 22 20 @ 0

E7XT-2 --- --- ---

E7XT-3 --- --- ---

E7XT-4 60 22 ---

E7XT-5 60 22 20 @ -20

E7XT-6 60 22 20 @ -20

E7XT-7 60 22 ---

E7XT-8 60 22 20 @ -20

E7XT-10 --- --- ---

E7XT-11 60 22 ---

E7XT-G 60 22 ---

E7XT-GS

72

--- --- ---

Desempeño y usoDesempeño y uso

AWS Corriente de

soldadura Gas de

protección Número

de pasos E7XT-1 DCEP CO2 Múltiples

E7XT-2 DCEP CO2 1 E7XT-3 DCEP --- 1 E7XT-4 DCEP --- Múltiples E7XT-5 DCEP CO2 Múltiples E7XT-6 DCEP --- Múltiples E7XT-7 DCEN --- Múltiples E7XT-8 DCEN --- Múltiples E7XT-10 DCEN --- 1 E7XT-11 DCEN --- Múltiples E7XT-G a a Múltiples E7XT-GS a a 1 a. Información proporcionada por el fabricante

Posiciones y nivel de hidrógenoPosiciones y nivel de hidrógeno

• Posiciones.0 Plano y horizontal.

1 Todas posiciones.

• Nivel de hidrógeno.- H4 menos de 4 ml/100 gr.- H8 menos de 8 ml/100 gr.

Gases comunmente empleadosGases comunmente empleados

• Bióxido de Carbono (CO2).- Menor costo.- Alta profundidad de penetración.- Produce una transferencia globular, aunque

con algunas formulaciones la transferencia puede ser tipo spray axial.

- Tendencia a oxidar los metales presentes en el arco.

Gases comunmente empleadosGases comunmente empleados

• Mezclas de Argón y CO2.- 75-25 y 80-20 son las más empleadas, no se

recomienda mayor contenido de argón ya que se pierde la capa de escoria.

- Incrementan la eficiencia de los desoxidantes del fundente.

- Se obtiene mayor resistencia a la tensión y límite de cedencia que con CO2.

- Para soldar fuera de posición, es más cómodo para el soldador.

Electrodos Tri-Mark para posiciones plana y Electrodos Tri-Mark para posiciones plana y horizontalhorizontal

Nombre AWS Gas ´s Características

TM-11 E70T-1 100% CO2 1//16” 5/64” 3/32”

1. Propósitos generales 2. Mejor desempeño a altos amperajes 3. Buena geometría del cordón de soldadura

TM-72 E70T-1 100% CO2 1//16” 5/64” 3/32”

1. La escoria solidifica con mayor rapidez que el TM-11

2. Excelente estabilidad de arco 3. Fácil remoción de escoria, aun en ranuras

profundas 4. Menor salpicadura que el TM-11, especialmente

en el rango bajo

TM-RX7 E70T-1 100% CO2

1//16” 5/64” 3/32” 1/8”

1. Buen desempeño sobre todo el rango de amperaje

2. Mayor desoxidación que lo usual, mejor desempeño sobre placa sucia u oxidada

3. Excelente configuración del cordón en filetes horizontales

4. Sobresaliente E70T-1 para propósitos generales

5. Se debe tener cuidado al soldar sobre secciones de gran espesor que requieran de múltiples pasos

Electrodos Tri-Mark para todas posicionesElectrodos Tri-Mark para todas posicionesNombre AWS Gas ´s Características

TRIPLE 7 E71T-1 H8 E71T-1M H8

100% CO2 75/25 Ar-CO2

0.045” 0.052” 1/16”

1. Excelente soldabilidad con ambos gases 2. Escoria de rápida solidificación que permite

utilizar altos amperajes para mayor depósito y obtener cordones planos en fuera de posición.

3. Escoria de fácil remoción, aun en ranuras profundas

4. Mínima salpicadura.

TM-771 E71T-1 E71T-12 H8

100% CO2

0.045” 0.052” 1/16”

1. Excelentes valores de impacto CVN. 2. El hidrógeno difusible cumple con los requisitos

militares de 5 ml/100 gr. 3. Extremadamente baja producción de humos y

salpicadura 4. NO DEBE USARSE CON MEZCLAS DE GAS

TM-770 E71T-1M E71T-1MJ H8 E71T-12MJ H8

75/25 Ar-CO2

85/15 Ar-CO2

0.035” 0.045” 0.052” 1/16”

1. Bajo nivel de salpicadura con virtualmente falta de generación de humos.

2. Buenas propiedades de impacto CVN a temperaturas bajo cero

3. Cumple con especificaciones militares para propiedades mecánicas y niveles de hidrógeno difusible.

4. NO DEBE USARSE CON CO2 PURO.

Ventajas del procesoVentajas del proceso• Produce uniones de alta calidad a bajo

costo y menor esfuerzo que el proceso SMAW.

• Es más indulgente que el proceso GMAW.

• Más flexible que el proceso de arco sumergido.- Depósitos de soldadura de excelente calidad.- Cordones tersos y uniformes, excelente

apariencia.

Ventajas del procesoVentajas del proceso• Excelente contorno de cordones de filete

horizontal.

• En algunos aceros se puede soldar sobre un amplio rango de espesores.

• Elevado factor de operación.

• Alta tasa de depósito.

• Relativamente alta eficiencia del electrodo.

Tasa de depósito E71T-1Tasa de depósito E71T-1

0

3

6

9

12

125 150 200 225 250 275Corriente (A)

T d

e D

(lb

/hr)

Posición VerticalPosición Vertical

0.035”0.035”

0.045”0.045”

0.052”0.052”

1/16”1/16”

Tasa de depósito E70T-1Tasa de depósito E70T-1

0

5

10

15

20

25

30

100 250 375 450 750Corriente (A)

T d

e D

(lb

/hr)

0.052”0.052”

1/16”1/16”

5/64”5/64”

3/32”3/32”

1/8”1/8”

Ventajas del procesoVentajas del proceso• Se requiere menor limpieza inicial que con

proceso GMAW.• Se reduce la distorsión en relación con el proceso

SMAW.• Se puede aplicar sobre juntas de preparación

económica.• Arco visible, fácil de usar.• Alta tolerancia a contaminantes que pueden

causar agrietamiento. • Alta resitencia al agrietamiento bajo el cordón.

Limitaciones del procesoLimitaciones del proceso• Hasta la fecha, está limitado a materiales ferrosos

y base níquel.• Produce una capa de escoria que debe ser

removida.• En base peso, los electrodos tubulares son más

costosos que los sólidos.• El equipo es más costoso y complicado que el de

proceso SMAW; sin embargo, el incremento en la productividad lo compensa.

• La protección del gas puede afectarse por las corrientes de aire.

Calidad de soldaduraCalidad de soldaduraProblemas comunesProblemas comunes

• Inclusiones de escoria

• Porosidad

• Fusión incompleta

Escoria del cordón anteriorVelocidad de avance erráticaAngulo de avance inadecuado

Flujo de gas insuficiente o inadecuado

Ráfagas de viento que eliminan la protección de gas

Corriente, voltaje y ESO excesivos

Velocidad de avance muy alta Insuficiente amperaje de soldadura

Calidad de soldaduraCalidad de soldaduraProblemas comunesProblemas comunes• Socavado

• Porosidad de

agujero de

gusano

Excesivo amperaje de soldaduraVoltaje demasiado altoVelocidad de avance alta

Causado por humedad o azufre en el acero

Limpiar la superficie de la juntaPrecalentar para eliminar la

humedad

Estimación de costosEstimación de costos

CostosCostos de soldadurade soldaduraMano de obraMano de obraIndirectosIndirectosMaterialesMateriales

ElectrodosElectrodosGas de protecciónGas de protecciónElectricidadElectricidadAccesoriosAccesorios

• Indirectos.- Incluyen gastos como: administrativos,

servicios, depreciación, mantenimiento de instalaciones e impuestos.

Estimación de costosEstimación de costos• Factor de operación.

- Es el porcentaje de tiempo efectivo de arco sobre el tiempo total de una operación de fabricación.

• Velocidad de avance.- La rapidez de desplazamiento a lo largo de una junta

que permite aplicar un cordón con las dimensiones requeridas.

Factor de operación típico

GMAW 40 - 65%

FCAW 40 - 50%

SAW 60 - 80%

SMAW 25 - 35%

Factor de operación típico

GMAW 40 - 65%

FCAW 40 - 50%

SAW 60 - 80%

SMAW 25 - 35%

Estimación de costosEstimación de costos• Tasa de depósito.

- Es la cantidad de metal del electrodo que pasa a formar parte del depósito por unidad de tiempo.

0

6

12

18

24

100 200 275 450Corriente (A)

T d

e D

(lb

/hr)

0.045” Plano0.045” Plano

1/16” Plano1/16” Plano

E71T-1E71T-1

Estimación de costosEstimación de costosTA = tiempo de arco [=] hr/ft

TA = WD/DR

WD = peso del depósito por unidad de longitud [=] lb/ft

DR = Tasa de depósito [=] lb/hr

TAT = tiempo total de arco [=] hr/ft

TAT = TA/OF

OF = Factor de operación del proceso [=] %

Estimación de costosEstimación de costosMO&I = Costo de mano de obra e indirectos [=]

$/ft MO&I = ($MO + $I) * TAT

$MO = Salario del operador [=] $/hr

$I = Gastos indirectos[=] $/hr

CG = Costo del gas de protección [=] $/ft CG = $G*FG*TAT

$G = Precio del gas de protección [=] $/ft3

FG = Flujo de gas de protección [=] ft3/hr

Estimación de costosEstimación de costosCE = Costo del electrodo [=] $/ft

CE = (WD*$E)/EfE

$E = Precio del electrodo [=] $/lb

EfE = Eficiencia del electrodo[=] %

Eficiencias típicas de diferentes electrodos

GMAW 92 - 97%

FCAW 80 - 90%

SAW 98 - 100%

SMAW 60 - 70%

Eficiencias típicas de diferentes electrodos

GMAW 92 - 97%

FCAW 80 - 90%

SAW 98 - 100%

SMAW 60 - 70%


CEE = Costo de energía eléctrica [=] $/ft

CEE = (A*V*$EE*TAT)/EfFP

A = Amperaje de soldadura [=] A

V = Voltaje de arco[=] V

$EE = Precio de la electricidad [=] $/Kw-hr

EfFP = Eficiencia de la fuente de poder [=] %


Proceso Método de aplicación Tipo de electrodo

SMAW Manual E7024

FCAW-GS Semiautomático

E70T-1 Diámetro del electrodo Corriente de soldadura (A) Voltaje de soldadura (V)

1/4” 360 35

3/32” 500 31

Velocidad de alimentación de alambre (ipm) Gas de protección Flujo de gas (ft3/hr) Tasa de depósito (lb/hr)

--- --- ---

12.19

240 100% CO2

35 19.70

WD = 0.514 lb/ftWD = 0.514 lb/ftFilete de 1/2” de piernaFilete de 1/2” de pierna

Ejemplo - continuaciónEjemplo - continuaciónVelocidad de avance (ipm) 4.76 7.69 Tiempo de arco (hr/ft) 0.042 0.026 Tiempo total de arco (hr/ft) 0.12 0.058 Mano de obra e indirectos ($/hr) 40.0 40.0 Factor de operación (%) 35 45 Peso del metal depositado (lb/ft) 0.514 Precio del electrodo ($/lb) 0.906 1.121 Eficiencia del electrodo (%/100) 70.8 90 Costo del electrodo ($/ft) 0.658 0.640 Precio del gas ($/ft3) --- 0.05 Costo del gas ($/ft) --- 0.102 Precio de la energía eléctrica ($/Kw-hr) 0.08 Eficiencia de la fuente de poder (%) 67 80 Costo de la energía eléctrica ($/ft) 0.086 0.044 Costo de la mano de obra e indirectos ($/ft)

1.68 1.04

Costo de materiales y energía ($/ft) 0.744 0.786 Costo total ($/ft) 2.424 1.826 Ahorros ($/ft) 0.598

ITW welding Products Group – Latin America

proceso fcaw

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