Laboratorio 07 - Uniones Soldadas (2015)

 

 

LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES

LABORATORIO N° 07

PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR  VERSIÓN 01 - 2016 

UNIONES SOLDADAS 1.  OBJETIVOS: 1.1.  Conocer la operación de la máquina de soldar para proceso de soldadura por arco eléctrico y los parámetros de soldeo. 1.2.  Identificar las zonas de soldadura, por inspección visual y micrografía, así como también, determinar los valores de dureza en distintos puntos. 2.  FUNDAMENTO TEÓRICO: La soldadura es uno de los procesos más utilizados para la unión localizada de dos o más materiales mediante diferentes mecanismos como el calentamiento de las piezas y/o la aplicación de presión. Existen más de 30 procesos diferentes de soldadura, siendo uno de los más utilizados el proceso de soldadura mediante arco eléctrico. 2.1. SOLDADURA SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO: En este proceso de soldadura, la temperatura necesaria para lograr la unión de las partes metálicas se obtiene mediante la aplicación de un arco eléctrico el cual puede alcanzar los 3,600 °C concentrándolo en un punto localizado. Esta fuente de calor permite la fusión del material base y un material de aporte logrando que fluyan en el punto de contacto para formar una masa sólida integral. La máquina de soldar transforma la energía eléctrica del sistema donde está conectada a valores adecuados (según el proceso de arco eléctrico deseado) y suministra un una corriente específica a través de un cable que termina en un portaelectródo. El circuito se cierra colocando una pinza o conector de contacto sobre la pieza a soldar (llamada metal base). Un esquema del circuito típico para soldar con arco eléctrico lo podemos ver en la Figura 01. 1.-Máquina de soldar 2.-Cables 3.-Porta electrodo 4.-Tenaza a tierra 5.-Electrodo 6.-Pieza de trabajo Fig. 01 Elementos que componen el circuito en la soldadura por arco eléctrico.  Existen electrodos consumibles y no consumibles, con o sin recubrimiento. En el caso de los electrodos permanentes (no consumibles) el calor entregado por el arco eléctrico es utilizado para fundir una porción del material base en la unión para producir un continuo sólido. En el caso del electrodo consumible, además de generar fusión del material base, sirve como material de aporte el cual se depositado entre las piezas a unir. Dado que el proceso genera metal líquido a muy alta temperatura, es imperativo aislarlo del oxígeno de la atmósfera para evitar su oxidación. Este aislamiento se logra creando una atmósfera protectora que puede venir de un flujo de gas inerte externo o de una nube de gas que emana de una recubrimiento cerámico del electrodo. En este último caso, además se tiene la ventaja de generar una escoria de características específicas sobre el material fundido

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UNIONES SOLDADAS que permanecerá protegiendo el metal ya sólido a lo largo de todo el proceso de enfriamiento. Los factores que determinan la manera en que los metales son transferidos son la corriente de soldadura, directa (polaridad directa o invertida) o alterna, el diámetro del electrodo, si el electrodo es consumible o no, la distancia del arco (voltaje), las características de la fuente de poder y el gas utilizado en el proceso. 2.1.1.  SOLDADURA POR ARCO CON ELECTRODO REVESTIDO (SMAW): Con este proceso se logra la fusión del metal con el calor obtenido con el arco eléctrico entre la punta del electrodo recubierto y la superficie del metal base a unir. El núcleo metálico del electrodo conduce la electricidad y debido al calor generado, se va depositando el metal de aporte a la unión. El recubrimiento del electrodo, el cual contiene varios compuestos químicos cerámicos y metálicos, lleva a cabo varias funciones al elevarse su temperatura: a)  Produce un gas protector para evitar la oxidación del metal líquido. b)  Deja una capa protectora (escoria) en la superficie soldada para proteger contra la oxidación y enfriamientos rápidos. c)  Estabiliza el arco eléctrico mediante agentes ionizables como el potasio y carbonato de litio, ayudando así al arco a conducir corriente. d)  Agrega Agrega elementos de aleación a la soldadura. El proceso puede ser operado con 2 tipos de corriente eléctrica: Corriente alterna. Corriente directa:    

polaridad directa polaridad invertida

Fig. 02 Conexión de las máquinas de soldar con corriente directa.  En el caso de la corriente alterna se tiene un balance en cada ciclo. Sin embargo, en la corriente directa - polaridad directa, la mayor parte de la energía es consumida al fundir el electrodo y la penetración en el material base es mínima. Al utilizar la polaridad invertida, el calor es máximo en el metal base y con esto se obtiene penetración máxima. Este arreglo con las diferentes polaridades, lo podemos ver mejor en la Figura Fig ura 03.

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Fig. 03 Efectos de la polaridad en la penetración de la soldadura SMAW.  Las ventajas de este proceso es que el equipo es sencillo, muy versátil y normalmente portátil y económico. Sin embargo, su razón de deposición es limitada el hecho que elun recubrimiento queda como residuo quebradizo corrosivopor sobre la unióndeimplica tr abajo de limpieza trabajo posterior. Además, la razóny de producción es reducida, ya que es necesario cambiar de electrodo cada vez que éste se consume totalmente. 2.2. DESIGNACIÓN DESIGNACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS ELECTRODOS REVESTIDOS:  REVESTIDOS:   Conjunto de 2 o 3números indican la“Ca Carg rgaa de ro rotu tura ra”mínima del m et e t a l d e s ol o l da d a du du r a e n k si si (1ksi = 1000psi = 1000 lb/pulg2)

Indica que es un “Electrodo”

XXYZ YZ AWS E XXX  Número que que indica indica tipo de revestimien revestimiento to y corriente corriente

 Número que indica las  posic iones de solde o 1 = todas las posiciones 2 = plana e horizontal 3 = solamente plana

XX10 XX20 XXY1 XXY2 XXY3 XXY4 XXY5 XXY6 XXY7 XXY8

rev. celulósico (sodio) CC+ rev. ácido CCrev. celulósico (potásico) CC+ CA rev. rutílico (sodio) CC- CA rev. rutílico (potasio) CC+ CC- CA rev. rutílico (polvo de hierro) CC+ CC- CA rev. básico (sodio) CC+ rev. básico (potasio) CC+ CA rev. ácido (polvo de hierro) CC- CA rev. básico (polvo de fierro) CC+ CA

  Fig. 04 Designación de electrodos revestidos según ANSI/AWS A5.1-04. 

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UNIONES SOLDADAS 3.  EQUIPOS, HERRAMIENTAS Y MATERIALES: Tabla 01. Características de los equipos, herramientas y materiales usados en el laboratorio. EQUIPOS, HERRAMIENTAS Y It. CANTIDAD CARACTERÍSTICAS MATERIALES Máquina de soldar Marca: 1 1 Modelo: Electrodo revestido Tipo: AWS E 6011 2 1 Diámetro: 1/8”   3 Placa de acero 1 4 Sierra 1 Manual 5 Lima bastarda 1 Plana 6 Probeta de acero 1 AISI 1020 7 Probeta de latón 1 8 Probeta de acero 1 AISI 1045 9 Probeta de acero 1 AISI 1095 10 Probeta de cobre 1 11 Probeta de hierro fundido 1 12 Probeta de aluminio 1 13 14 Probeta Probeta de de babbit acero inoxidable 15 Probeta de zamack

11 1

AISI 316

4.  PROCEDIMIENTOS: 4.1. PRÁCTICA PRÁCTICA DE SOLDEO:   Recoger los materiales y equipos de seguridad necesarios para la práctica.   Equiparse con los EPP’s que requiere la práctica.    Regular la máquina con los parámetros de soldeo adecuados para el tipo de material a soldar.   Comprobar la operatividad de las campanas extractoras de humo.   Inspeccionar el área de trabajo. Corroborar que en la zona de trabajo no haya objetos 









ajenos a la práctica.

  Con la ayuda del profesor, realizar cordones cord ones de soldadura en la placa de acero. donde onde trabajo y guardar    Al finalizar, apagar los equipos de soldeo, limpiar el área d

 

materiales utilizados.

Fig. 05 Instalaciones para trabajos de soldadura.  95

los

 

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UNIONES SOLDADAS 4.2. ENSAYO ENSAYO DE METALOGRAFÍA EN LAS 3 ZONAS DE SOLDADURA:   Desbaste mecánico: Desbastar las probetas hasta la lija más fina (# 1000) hasta conseguir una superficie lo más suave posible.   Pulido mecánico: En un paño seco verter alúmina y pulir la superficie de la probeta pro beta por 



unos minutos hasta obtener cierto brillo.    Ataque químico: Atacar las probetas con

los reactivo NITAL para revelar fronteras de las zonas típicas de soldadura, así como identificar estructuras ferríticas y perlíticas.   Llevar la probeta atacada al microscopio para visualizar zonas de soldadura.





4.3. ENSAYO ENSAYO DE DUREZA EN LAS 3 ZONAS DE SOLDADURA:   Preparar las superficies de los materiales a ensayar.   La superficie a ensayar deberá estar completamente limpia (emplear una lija de fierro N° 320, 400) y la superficie de apoyo deberá d eberá encontrarse totalmente plana, sin rebabas y paralela a la superficie de ensayo.   Realizar el ensayo con el durómetro en distintos puntos del Metal Base, Zona ZAC y Zona de Fusión. (ver Fig. 06) 06)    Anotar los valores respectivos. 









   Analizar

los resultados obtenidos.

Fig.06 Perfil de medición de durezas en distintos puntos de cada zona.

PRECAUCIONES:  Durante la práctica  PRECAUCIONES:  práctica  utilizar los implementos de seguridad como: escarpines, mandil, guantes y careta de soldar. Nunca soldar con lentes oscuros. En caso de cualquier incidente o accidente: Avisar inmediatamente al encargado del laboratorio para su pronta asistencia médica.

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UNIONES SOLDADAS 5.  RESULTADOS: Tabla 02. Identificación 02. Identificación de las características del electrodo utilizado. CARGA DE TIPO DE TIPO DE It. ELECTRODO ROTURA POSICIONES DE SOLDEO REVESTIMIENTO CORRIENTE (Ksi) 1 2 Tabla 03. Parámetros 03. Parámetros de soldeo. It. ELECTRODO AMPERAJE 1 2

TIPO DE CORRIENTE

POLARIDAD

Tabla 04. Identificación de zonas y fases presentes en una unión soldada. It. ZONA FASES PRESENTES OBSERVACIONES 1 23 4 5 Tabla 05. Registros de durezas a distintas distancias, desde el centro del cordón de soldadura. It. ZONA DISTANCIA DUREZA 1 2 3 4 5 6 7 6.  DISCUSIÓN DE RESULTADOS: 7.  RECOMENDACIONES: 8.  CONCLUSIONES: 9.  REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 10.  ANEXOS: ANEXOS: 10.1.  FOTOGRAFÍAS: 10.2.  IMÁGENES: 10.3.  TABLAS: (OPCIONAL)

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UNIONES SOLDADAS TEST DE EVALUACIÓN a.  ¿Por qué cree ud. que el electrodo se “pega” a la placa de metal cuando se va iniciar la soldadura? Explicar.  ___________________________________  ________________________ _______________________ _______________________ ________________________ _________________  ____   ________________________  ___________ ________________________ _______________________ _______________________ ________________________ _________________  ____   ________________________  ___________ ________________________ _______________________ _______________________ ________________________ _________________ ____ b.  ¿Cómo influye la humedad tanto del electrodo como de la piza metálica a soldar s oldar en el proceso de soldadura?  ___________________________________  ________________________ _______________________ _______________________ ________________________ _________________  ____   ________________________  ___________ ________________________ _______________________ _______________________ ________________________ _________________  ____   ________________________  ___________ ________________________ ________________________ ________________________ _______________________ ________________ ____ c.  ¿Por qué presentan diferentes valores de dureza en las 3 zonas de una unión soldada: Metal de aporte, ZAC y el metal base?  ___________________________________  ________________________ _______________________ _______________________ ________________________ _________________  ____   _______________________  ___________ _______________________ ________________________ ________________________ ________________________ _________________  ____   ________________________  ___________ ________________________ _______________________ _______________________ ________________________ _________________ ____ d.  Investigue que tipo de pruebas se realiza para homologar o calificar a un soldador.  ___________________________________  ________________________ _______________________ _______________________ ________________________ _________________  ____   ________________________  ___________ ________________________ _______________________ _______________________ ________________________ _________________  ____   ________________________  ___________ ________________________ _______________________ _______________________ ________________________ _________________ ____ e.  En un organizador visual, cite los procesos de soldadura con sus respectivas consideraciones generales, descripción del proceso, ventajas y limitaciones. f.  En un organizador visual, cite y explique las imperfecciones que se presentan en soldadura, así como las causas por las que se propiciaron estás imperfecciones. g.  Realizar un IPER para la realización de la práctica p ráctica de laboratorio. (Tomar el formato siguiente de la matriz IPER)  

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D A D I L I B A B O R

P

Matriz de evaluación de riesgos CONSECUENCIAS NIVEL 1 2 3 Insignificante Menor Moderado  A Casi seguro 11 16 20 B Probable 7 12 17 C Moderado 4 8 13 D Improbable 2 5 9 E Raro 1 3 6

 ÁREA DE TRABAJO: TRABAJOS A REALIZAR: DATOS DE LOS COLABORADORES: NOMBRE

4 Mayor 23 21 18 14 10

NIVEL DE RIESGOS

5 Catas Catastrófico trófico 25 24 22 19 15

TEC-IPER-2016 T-01 03-03-2016

Código:  Versión: Fecha:

IDENTIFICACIÓN IDENTIFICAC IÓN DE PELIGROS, EVALUACIÓN Y MEDIDAS DE CONTROL DE RIESGOS

DESCRIPCIÓN

PLAZO DE CORRECIÓN

 ALTO

Riesgo intolerable, requiere controles inmediatos. Si no se puede controlar el PELIGRO se paraliza los trabajos operacionales.

0 - 24 HORAS

MEDIO

Iniciar medidas para eliminar o reducir el riesgo. Evaluar si la acción se puede ejecutar de manera inmediata.

0 - 72 HORAS

BAJO

Este riesgo puede ser tolerable.

1 MES

FECHA: HORA: FIRMA

NOMBRE

FIRMA

FIRMA

NOMBRE

IDENTIFICACIÓN DE PELIGROS Y EVALUACIÓN DE RIESGOS (IPER) DESCRIPCIÓN DEL PELIGRO

EVALUACIÓN IPER

RIESGO

 A

M

B

MEDIDAS DE CONTROL A IMPLEMENTAR

RIESGO RESIDUAL

A

M

SECUENCIA PARA CONTROLAR EL PELIGRO Y REDUCIR EL RIESGO: 1. 2. 3. 4. DATOS DE LOS SUPERVISORES: FECHA

NOMBRE DE SUPERVISOR

MEDIDA CORRECTIVA

FIRMA

99

 

 

TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA Rúbrica Resultado: Criterio de desempeño :

c.  Conducen pruebas, analizan e interpretan sus resultados, para evaluar y mejorar sistemas electromecánicos. c1. c1.   Realizan pruebas con instrumentos y equipos en sistemas de diversa tecnología, utilizando procedimientos y nnormas ormas establecidas. establecidas. c2. c2. Analizan  Analizan e interpretan resultados de diversos sistemas emitiendo un diagnóstico para la mejora del proceso.

Curso:

TECNOLOGÍA DE MATERIALES

 Actividad:

Ciclo:

Laboratorio N° 07: Uniones 07: Uniones soldadas  soldadas 

Nombre y apellido del alumno: Observaciones

La tarea se realiza en grupos de 4 o 5 estudiantes

Semana:

Sección:

Docente:

Periodo:

Fecha:

13

Documento de Evaluación Informe Técnico

 X

Formato IPER

Test de evaluación

 X

Planos

Caso

 X

Otros: EVALUACIÓN CRITERIOS DE EVALUACIÓN

PUNTAJES DE EVALUACIÓN Requiere

No

B

 A. Capacidades tecnológicas

Excelente

Bueno

Mejora

aceptable

Identifica los elementos de las máquinas de soldar que componen el proceso. Reconoce y analiza las fases presentes en una unión soldado, mediante inspección visual y micrografía. Evalúa y explica los diferentes valores de dureza obtenidos en las distintas zonas de la unión soldada.  Aplica el conocimiento experimental a situaciones situaciones reales para el desarrollo del Test de Evaluación.

4

3

2

0

4

3

2

0

4

3

2

0

2

1.5

1

0

Puntaje alcanzado A: Requiere No Mejora aceptable

B. Procedimiento y actitudes

Excelente

Bueno

Puntualidad, uso de indumentaria y EPP, orden y limpieza, cumple las normas de seguridad en el taller. Informe: Redacción, Resultados, Discusiones, Recomendaciones y Conclusiones.

2

1.5

1

0

4

3

2

0

Puntaje Logrado

Puntaje Logrado

Puntaje alcanzado B: PUNTAJE TOTAL (A + B): Comentarios al o los alumnos: Puntaje   Puntaje

Descripción

Excelente

4

Bueno

3

Requiere Mejora

2

No aceptable

0

Completo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo todos los requerimientos. Entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo la mayoría de requerimientos. Bajo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo pocos de los requerimientos. No demuestra entendimiento del problema o de la actividad.