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REPÚBLICA BOLIVARIANA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” AMPLIACIÓN MARACAIBO
METALURGIA METALURGIA DE LA SOLDADURA Trabajo de recuperación de Índice presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero en Mantenimiento Mecánico
Autor: Luis Sierra Tutor: Héctor López
Maraa!"o# E$%ro &% '()*
APROBACIÓN DELTUTOR
n mi carácter carácter de Tutor Tutor del Trabajo Trabajo de recuperación recuperación de índice índice titulado! titulado! present entad ado o por por el ciud ciudad adan ano o LUIS METALURGIA DE LA SOLDADURA" pres
SIERRA" #edula de Identidad $% &'((((" considero que éste re)ne los requisitos * méritos su+icientes para ser sometido a presentación p)blica * e,aluación por parte del -urado (aminador que se designe. n la #iudad de Maracaibo a los ///// días del mes de nero de 0123.
+++++++++++++++++++++ I$,- ./tor L01%2 C-I-: 3-'44-'5'
APROBACIÓN DELTUTOR
n mi carácter carácter de Tutor Tutor del Trabajo Trabajo de recuperación recuperación de índice índice titulado! titulado! present entad ado o por por el ciud ciudad adan ano o LUIS METALURGIA DE LA SOLDADURA" pres
SIERRA" #edula de Identidad $% &'((((" considero que éste re)ne los requisitos * méritos su+icientes para ser sometido a presentación p)blica * e,aluación por parte del -urado (aminador que se designe. n la #iudad de Maracaibo a los ///// días del mes de nero de 0123.
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INDICE GENERAL 11444444 4444 4444 4444 4444 4444 4444 44.. ..44 444. 4. 2 INTRODUCCIÓN4444 5e+ini 5e+inició ción44 n44444 444444 444444 444444 44444 44444 444444 444444 444.. 6roblema 6roblema +undame +undamental ntal de la soldadura444 soldadura4444444 44444444 44444.. 4.. 6rocesos 6rocesos de de soldadur soldadura4444 a44444444 44444444 44444444 4444444. 444... Soldadura Soldadura del estado sólido4444 sólido44444444 44444444 44444444 4444 Soldadura Soldadura en +río44444 +río444444444 44444444 44444444 4444444. 444... .. Soldadura Soldadura por por +orja44 +orja444444 44444444 44444444 44444444 444444 44 Soldadura Soldadura por resistencia resistencia eléctrica44 eléctrica444444 44444444 4444444 444 Metalurgia Metalurgia de la la soldadur soldadura a por por resistenc resistencia ia eléctri eléctrica444 ca4444444 4444 ;ona de +usión4 +usión44444 44444444 44444444 44444444 44444444 4444... ... Línea de +usión4444 +usión44444444 44444444 44444444 44444444 44444.. 4.. ;ona a+ecta a+ectada da por el calor44 calor444444 44444444 44444444 444444.. 44.... Soldadura Soldadura por +usión4444 +usión4444...4 ...4444. 444...44 ..4444.. 44...444 .4444.. 4.. Soldadura Soldadura por gases4444. gases4444...44 ..4444.. 44...444 .4444... 4...4444 4444.. .. Soldadura Soldadura por arco arco eléctrico44 eléctrico4444.. 44...444 .4444... 4...4444. 4444..... ....... ... Soldadura Soldadura por arco arco eléctrico eléctrico con electr electrodo odo re,estido. re,estido. 4444. 4444... .. #lasi+icac #lasi+icación ión de de las soldaduras44 soldaduras4444.. 44...444 .4444... 4...4444 4444.... ........ .... #lasi+icac #lasi+icación ión de acuerdo acuerdo a la la posición posición de de ejecución4 ejecución4444. 444..... ...... #lasi+icac #lasi+icación ión de acuerdo acuerdo a la geometría geometría de la unión44 unión4444.. 44...... .... 6enetración de soldaduras de aceros no aleados4444.......... Material Material depositad depositado o en el cordón444 cordón4444... 4...4444 4444...4 ...4444. 444. Tasas de en+riamien en+riamiento to en soldaduras soldaduras por +usión44 +usión4444.. 44....... ......... ...... #apacidad #apacidad de de transmisi transmisión ón de de cargas cargas estátic estáticas as de soldaduras4. soldaduras4. 5e+ectos 5e+ectos en la soldadura4444 soldadura4444...4 ...4444. 444...44 ..4444.. 44...444 .4444. 4. #ontrol #ontrol de calidad calidad en la soldadura soldadura4444 4444...4 ...4444. 444...44 ..4444.. 44.... structura structura cristalina4 cristalina4444. 444...444 ..4444... 4...4444 4444...4 ...4444. 444...... ........ ... Trans+orma Trans+ormación ción de +ase4444... +ase4444...4444 4444...4 ...4444.. 444...444 .4444... 4... #onstitu*en #onstitu*entes tes micro micro estructura estructurales les de los aceros44 aceros4444.. 44...444 .444.. 5iagrama 5iagrama >ierro'carbono >ierro'carbono4444 4444...4 ...4444. 444...44 ..4444.. 44...444 .4444 4 Soldaduras44 Soldaduras4444.. 44...444 .4444... 4...4444 4444...4 ...4444. 444...44 ..4444... 44..... .. Soldabilid Soldabilidad ad de los metales metales4444 4444...4 ...4444.. 444...444 .4444... 4...444 444 ?eneralidade ?eneralidadess sobre los tratami tratamientos entos térmicos térmicos de los acero44 acero444. 4. #iclo térmico térmico de la la soldadura4 soldadura4444. 444...44 ..4444.. 44...444 .4444... 4....... ........ .... 5istribución 5istribución de la temperatura4 temperatura4444. 444...44 ..4444.. 44...444 .4444... 4....... ....... ... ?radie ?radiente nte de temper temperatu atura. ra. 4444.. 4444...44 .4444. 44...4 ..4444 444... ...444 444 #ambios #ambios de temperat temperatura ura durante durante el soldeo. soldeo. 4444... 4444...4444 4444.... ...... @actores @actores que in+lu*en in+lu*en en los cambios de temperatura en el soldeo por arco. 4444...44 4444...4444.. 44...444 .4444... 4...4444 4444...4 ...4444. 444...... ....... .. #iclos #iclos térmicos térmicos típicos típicos en en las soldadura soldaduras. s. 4444.. 4444...444 .4444... 4....... ...... +ectos +ectos del espesor espesor * de la la geometría geometría de la soldadura444 soldadura4444... 4....... ....
0 7 88 8 3 9 20 2: 2: 2: 2: 2: 28 02 00 0: 0: 07 03 0< 0= :2 :: :8 :3 :< :< :9 :9 :9 := := 71 72 72 72 70 77
+ecto +ecto de las las característi características cas térmicas térmicas del material. material. 4444..... 4444......... ...... .. cuaci cuación ón del má(imo má(imo de temperat temperatura4 ura4444 444... ...444 4444.. 4...44 .444. 4. #álculo #álculo del del anc>o anc>o de la zat4444. zat4444... ..444 4444.. 4...44 .4444 44... ...444 444 &elocida &elocidad d de en+riamient en+riamiento. o. 4444... 4444...4444 4444...4 ...4444. 444..... ........ ........ ...... cuación de la ,elocidad de en+riamiento para c>apas gruesas * delgadas. delgadas. 4444...4 4444...4444. 444...44 ..4444.. 44...444 .4444... 4...4444 4444.... ...... .. Temperat mperatura ura de precale precalenta ntamie miento nto * ,eloci ,elocidad dad de en+ria en+riamie miento nto crític crítica. a. 4444. 4444...4 ..4444 444... ...444 4444.. 4...44 .4444. 44...4 ..4444 444... ...44 44 +ecto +ecto del espacio interdendrí interdendrítico. tico. 4444.. 4444...444 .4444... 4...4444 4444... ...
77 77 73 79 79 82 80
444444444 444444 444444 444444 444444 44444 44 8: CONCLUSIÓN444444 444444 4444 4444 4444 4444 4444 4444 444 4 87 RECOMENDACIONES4444 44444444 444444 444444 44444 44444 444444 444.. .. 88 RE6ERENCIAS44444
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INTRODUCCION l origen de la soldadura soldadura como tecnología tecnología para la unión de materiales materiales metálicos se remonta >asta la dad de Aronce" donde se encuentran los prim primer eros os ,est ,estig igio ioss de proc proces esos os de sold soldad adur ura a util utiliz izad ados os para para +ine +iness ornamentales. n la dad de Hierro se >an encontrado piezas de >ierro +orja +orjado do que que >abrí >abrían an sido sido unid unidas as cale calent ntánd ándol olas as * marti martillllánd ándol olas as junt juntas as"" desarrollándose así la soldadura por +orjado. n la dad Media la soldadura en +ase sólida se utilizaba utilizaba para reducir el mineral de >ierro a >ierro metálico sin necesidad de +undirlo. Sin embargo el problema de unir c>apa +ue solucionado por la soldadura por +usión" en la cual una +uente de calor su+icientemente intensa como para +undir los bordes de ambas c>apas a unir es desplazada a lo largo de la junta. @uentes de calor calor su+ici su+icient enteme emente nte intensa intensass estu,ie estu,ieron ron disponi disponibles bles a escala escala indust industria riall recién al +inal del siglo BIB" cuando >icieron su aparición la soldadura o(i' gas" la soldadura por arco eléctrico * la soldadura por resistencia
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DE6INICIÓN La soldadura es un proceso de +abricación que consiste en la unión de dos piezas de material mediante las +uerzas atracti,as +undamentales que mantienen a los átomos en su posición.
PROBLEMA 6UNDAMENTAL DE LA SOLDADURA Las super+icies metálicas no son planas ni limpias" está compuesta de ,alles * crestas con una altura promedio de 011 mil capas atómicas. Los átomos super+iciales son capaces de atraer otros átomos debido a que no están rodeados completamente. sto >ace que atraigan moléculas del aire" principalmente agua que luego reaccionan con los átomos del metal para +ormar ó(idos. La capa de ó(ido es de naturaleza cristalina" al igual que el metal pero sus moléculas super+iciales ejercen una atracción débil sobre las moléculas de o(ígeno * nitrógeno. 6ara lograr la soldadura de dos piezas metálicas" es necesario remo,er cualquier capa no metálica de las super+icies que entraran en contacto. sto se puede >acer de dos maneras! combinando las capas no metálicas con alguna sustancia que >aga que la mezcla sea de menor densidad que el metal +undido * por lo tanto >aga que la capa no metálica +lote * se aleje de la zona de la soldaduraC la otra manera es la destrucción de estas capas no metálicas mediante de+ormación. sto >ace que se +ormen dos tipos de procesos de soldadura! los procesos de soldadura por +usión tales como! arco eléctrico" soldadura a gas" por plasma" etc. * los procesos de soldadura de estado sólido los cuales emplean de+ormaciones! soldadura en +rio" ultrasonido * otros procesos son la combinación de calor * de+ormación! por +orja" por resistencia eléctrica" por +ricción" etc.
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PROCESOS DE SOLDADURA SOLDADURA DEL ESTADO SÓLIDO: So7&a&ura %$ 8r9o: Dl tratar de unir dos super+icies" el área de contacto inicial es mu* pequeEa debido a la orientación al azar de cada grano de las dos super+icies. Ddicionalmente" cuando se trata de dos super+icies metálicas" estas están separadas por capas de ó(ido. l contacto se logra inicialmente en los puntos más altos. Dl aplicar presión" por un lado el metal se de+orma plásticamente * los ó(idos" que son +rágiles" se +ragmentan permitiendo el contacto metal'metal * por otro lado" el área de contacto de los granos aumentará a medida que la presión ejercida sobre la super+icie aumente. Si la presión es su+icientemente grande" se de+ormarán las asperezas a tra,és de toda la super+icie" >asta que las piezas entren en contacto íntimo total. #uando esto ocurre se produce la soldadura teniendo esta zona una ma*or resistencia que el metal original a consecuencia de la alta de+ormación ocurrida en la misma. Se espera que el es+uerzo aplicado supere el es+uerzo de +luencia del material. Se recomiendan presiones ma*ores del 21F del σ+. Las matrices usadas en este proceso deben ser diseEadas de manera que la presión aplicada en el proceso ocasione que el metal de+ormado" el cual contiene las capas de ó(ido" se desplace >acia a+uera alejándose de la soldadura. 6or lo tanto la presión aplicada debe superar el límite de +luencia del material. Se dice que para lograr uniones satis+actorias es necesario aplicar de+ormaciones ,erdaderas ma*ores que uno G2 cuando se sueldan aluminio" cobre o >ierro. También es importante la realización de una limpieza adecuada de las super+icies antes del inicio del proceso Gdesengrasado * limpieza con cepillo.
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6ara ma*or e+iciencia de la soldadura en +río" es recomendable que al menos uno de los metales a soldar o ambos sean mu* d)ctiles * libres de endurecimiento por de+ormación. Se sabe que para lograr soldaduras satis+actorias" es necesario que el ,alor de de+ormación en la dirección ( G@ig. 2" ε( Gde+ormación de compresión sea considerable G 2. sta de+ormación produce la +ractura de la capa de o(ido e incrementa la resistencia de la zona soldada. 6or simetría se tiene que ε*J εzJ ' ε(K0 Gde+ormación por alargamiento. Las de+ormaciones en el plano *z producen la separación de la capa de ó(ido +racturada * permiten un ma*or contacto metal'metal entre las piezas a soldar. ste proceso es mu* utilizado para la unión de aluminio" metales no +errosos" cobre" níquel" zinc" plata" etc. La presión de soldadura puede aplicarse por medios manuales o mecánicos" puede ser del tipo compresión lenta o de impacto dentro de un rango de 01.111 lbKpulg0 para el Dl * 231.111 lbKpulg0 para el cobre. &er @ig. 2
So7&a&ura 1or 8ora: n el proceso de soldadura por +orja" la soldadura se >ace mediante la aplicación de presión a una temperatura ele,ada" después de que las super+icies a unir >an sido preparadas adecuadamente. #on el aumento de temperatura se disminu*e el límite de +luencia del material" lo que se traduce en un aumento del área de contacto metal'metal para una presión dada. La +usión del metal en la intercara no es necesaria para que se produzca la soldadura" en el caso de que esto ocurra" estará limitado a zonas mu* pequeEas. Ddicionalmente" se prepara la super+icie de manera de eliminar la ma*or cantidad posible de ó(ido. 6ara ello puede ocurrir alguno o algunos de estos mecanismos!
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• l calor aplicado puede +undir al ó(ido de la capa super+icial. n este caso
el punto de +usión del ó(ido debe ser menor que el punto de +usión del metal" como es el caso de los aceros" cu*o ó(ido +unde a 2.702 o#. sto no puede >acerse con el aluminio dado el alto punto de +usión de su ó(ido. • Se puede disminuir el punto de +usión del ó(ido adicionando alg)n
compuesto que +orme con el ó(ido una mezcla de bajo punto de +usión GSi 0 con el @e resulta en una mezcla con TJ2.011o# de punto de +usión. • Se puede disol,er el ó(ido en una sal de bajo punto de +usión. • La soldadura se >ace mediante la aplicación de presión a una temperatura
ele,ada" después de que las super+icies a unir >an sido preparadas adecuadamente. • #on el aumento de temperatura se disminu*e el límite de +luencia del
material" lo que se traduce en un aumento del área de contacto metal'metal para una presión dada. • Se debe preparar la super+icie de manera de eliminar la ma*or cantidad
posible de ó(ido. • 6uede ocurrir alguno o algunos de estos mecanismos!
2. l calor aplicado puede +undir al ó(ido de la capa super+icial. n este caso el punto de +usión del ó(ido debe ser menor que el punto de +usión del metal" como es el caso de los aceros" cu*o ó(ido +unde a 2.702 o#. sto no puede >acerse con el aluminio dado el alto punto de +usión de su ó(ido. 2. Se puede disminuir el punto de +usión del ó(ido adicionando alg)n compuesto que +orme con el ó(ido una mezcla de bajo punto de +usión GSi 0 con el @e resulta en una mezcla con TJ2.011o# de punto de +usión. 2. Se puede disol,er el ó(ido en una sal de bajo punto de +usión. n cualquier caso" es importante aplicar la presión en +orma radial * comenzando en la parte interna * >acia a+uera de manera de que las partículas de ó(idos +undidos * remanentes puedan ser despedidos. s
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importante que e(ista una de+ormación plástica considerable para que la soldadura sea e+iciente. n este proceso se obser,a una zona a+ectada por el calor bien e(tensa * la tasa de en+riamiento es de moderada a lenta. #uando se sueldan materiales trabajados en +río" aparecerá una zona de recristalización en la zona a+ectada por el calor.
So7&a&ura 1or r%;!;t%$!a %7/tr!a: La soldadura por resistencia eléctrica es un proceso en el cual el calor es generado por el paso de una corriente eléctrica a tra,és de la inter+ase a ser unida. La generación de calor ocurre por lo siguiente! cuando se ponen en contacto dos super+icies metálicas" bajo una cierta presión 6" el área de contacto real es prácticamente ó(ido'ó(ido * solamente una pequeEa +racción de este contacto tiene carácter metálico. 5ado que los ó(idos no son conductores de la electricidad" solamente pasará corriente a tra,és de esos contactos metálicos" en caso de que se imprimiera un ,oltaje a tra,és de la inter+ase. 5ada las razones antes e(puestas" la inter+ase posee una resistencia llamada resistencia de contactoN" muc>o ma*or que la del metal o metales a soldar" ocasionando una generación de calor má(ima justamente en la intercara. n la soldadura de metales" una presión 6 del orden del 21F del límite de +luencia" el área de contacto metal'metal es del orden de 21 ': ,eces el área de las piezas a ser soldadas" por lo tanto la densidad de corriente a tra,és de estos puentes es de 21 : ,eces la densidad de corriente de la zona alejada de la intercara. &er @ig. :. 5ada la relación del calor generado en un conductor en +unción de su resistencia" la intensidad de corriente que por él pasa * el tiempo!
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q J I0 ( O ( t
G2
n la intercara se espera una generación de calor de 21 3 ,eces ma*or comparado con el calor de la zona alejada de la soldadura. Ddicionalmente" otro e+ecto importante es la ,ariación de la resisti,idad (ρ)del metal con la temperatura" la cual aumenta con la misma. 6ara el acero
ésta aumenta su ,alor 21 ,eces a 2111o#. La resisti,idad está relacionada con la resistencia eléctrica GO del metal" su longitud GL * su área GD! O J ρLKD
G0
D medida que la temperatura aumenta" aumenta la resistencia de la intercara * por lo tanto el calor generado. Sumando todos estos +actores" el e+ecto se traduce en que el metal se +unda solamente en la intercara * se produzca el botónN de soldadura en esa zona. (isten ,arios procesos que utilizan el principio de resistencia eléctrica! • Soldadura por puntos • Soldadura por resistencia eléctrica a tope • Soldadura contínua
Soldadura por puntos! s un proceso en el cual se obtiene la +usión de una posición de las super+icies empalmantes de una unión superpuesta" mediante electrodos opuestos. l proceso se usa para unir partes de láminas metálicas con un grosor de : mm o menos" usando una serie de puntos de soldadura donde no se requiere uniones >erméticas. l botón de soldadura tiene un tamaEo apro(imado de 8 a 21 mm.
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Los materiales usados para los electrodos deben ser d)ctiles para incrementar la zona de contacto metal'metal bajo las presiones del proceso" * deben poseer una conducti,idad eléctrica alta. Se pueden di,idir en dos grupos! 2 aleaciones basadas en cobre * 0 compuestos metálicos re+ractarios" tales como combinaciones de cobre * tungsteno. stos )ltimos son más resistentes al desgaste. 6ara disminuir el desgaste de los electrodos" se >ace necesario su re+rigeración con agua mediante canales internos. Los electrodos deben diseEarse de manera que el +lujo de corriente en las piezas a unir sea igual. sto se logra si las conductancias de ambas piezas son iguales" lo cual se consigue ,ariando las áreas de los electrodos en +unción del espesor de las láminas a unir Gl * de la conducti,idad de las mismas GP! D2KD0 J GP0 ( l2K GP2 ( l0
G:
l tiempo total del proceso es alrededor de un G2 segundo" lo que signi+ica que las tasas de calentamiento * de en+riamiento son mu* ele,adas G21 : o#Kseg. stos >ace que sólo es posible soldar materiales con una templabilidad prácticamente nula o mu* baja! Dceros de mu* bajo F #" aceros ino(idables austeníticos * aluminio. 6ara este proceso se utiliza una máquina especial llamada soldadora de puntos con balancín * tipo prensa Gpara espesores más grandes *a que puede aplicar más presión. Soldadura por resistencia eléctrica a tope! Se ponen en contacto o se acercan las dos super+icies que se ,an a unir * se aplica una corriente eléctrica para calentar las super+icies >asta su punto de +usión" después de lo
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cual las super+icies se oprimen juntas para +ormar la soldadura. Ddicionalmente al calentamiento por resistencia" se generan ciertos arcos Gllamados centelleos dependiendo del alcance del contacto entre las super+ices en contacto. Se usa en la soldadura de tiras de acero en operaciones con laminadoras" la unión de alambres * la soldadura de partes tubulares. sta soldadura es rápida e instantánea pero el equipo es costoso. Soldadura contínua! Los electrodos se sustitu*en con ruedas giratorias * se >ace una serie de soldaduras superpuestas a lo largo de la unión. 6resenta ciertas limitaciones! el proceso sólo se puede realizar en super+icies a lo largo de una línea recta o ligeramente cur,ada" las esquinas agudas e irregularidades son di+íciles de manejar" la de+ormación inicial +orma parte del proceso por lo que se requieren de soportes bien diseEados para sostener el trabajo en la posición correcta. l espaciamiento entre los botones o pepitas de soldadura depende de la ,elocidad del mo,imiento de las ruedas de electrodos * la aplicación de la corriente en el proceso. $ormalmente" la rueda gira a una ,elocidad constante * la corriente se acti,a a inter,alos de tiempo que coinciden con el espaciamiento deseado en los botones. n algunos casos" la corriente permanece en un ni,el constante por lo que se produce una unión o soldadura contínua. Se utiliza en la soldadura de tanques de gasolina" silenciadores de automó,iles * otros tipos de recipientes. Metalurgia de la soldadura por Oesistencia eléctrica! Las trans+ormaciones de +ase que ocurren en el caso de soldar un acero no aleado de bajo contenido de carbono son las siguientes G&er @ig. =! 2.' ;ona de +usión! l metal llega al estado líquido" su constitución es >omogénea * las trans+ormaciones de +ase que ocurren se pueden predecir en +unción al ensa*o -omin* correspondiente al metal base a soldar. Si la
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cur,a -omin* muestra alguna tendencia a +ormar martensita" esta se +ormará con toda seguridad dada la alta ,elocidad de en+riamiento. n este caso la soldabilidad de la unión es nula dada la alta +ragilidad de dic>a +ase. n caso de que la cur,a -omin* no muestre tendencia a +ormar martensita" se +ormará una estructura perlítica con granos +inos orientados en +orma perpendicular a la super+icie de +usión. Los ó(idos presentes en la intercara se +undirán * se solidi+ican en +orma globular * dispersa en todo el botón de soldadura. 0.' Línea de +usión! Las trans+ormaciones son iguales a las que ocurren en los puntos cercanos a la zona a+ectada por el calor. :.' ;ona a+ectada por el calor! Se pueden identi+icar dos subzonas! la zona más cercana al botón donde se logró alcanzar una austenización >omogénea * completa * la zona un poco más alejada donde la austenización +ue parcial * no >omogénea. n la primera subzona la microestructura +inal es perlita con grano circular parecido al metal base. n la otra subzona la austenita" que es de composición eutectoide * a la cual no se le dio tiempo para que se >omogenizara" se trans+orma como si +uera una acero 2191 de composición eutectoide. ste acero es templable * a las tasas de en+riamiento normales de este proceso se +orma martensita. sta se +ormará en pequeEas cantidades en los bordes de la zona a+ectada por el calor. n el caso de que el metal base este trabajado en +río" >abrá una zona de recristalización" una banda angosta en la +rontera con el metal base.
M%ta7ur,!a &% 7a ;o7&a&ura 1or r%;!;t%$!a %7/tr!a
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)-< Zo$a &% 8u;!0$: l metal llega al estado líquido" su constitución es >omogénea. Si la cur,a -omin* muestra alguna tendencia a +ormar martensita" esta se +ormará con toda seguridad dada la alta ,elocidad de en+riamiento. n caso de que la cur,a -omin* no muestre tendencia a +ormar martensita" se +ormará una estructura perlítica con granos +inos orientados en +orma perpendicular a la super+icie de +usión. Los ó(idos presentes en la intercara se +undirán * se solidi+ican en +orma globular * dispersa en todo el botón de soldadura.
'-< 79$%a &% 8u;!0$: Las trans+ormaciones son iguales a las que ocurren en los puntos cercanos a la zona a+ectada por el calor.
=-< 2o$a a8%ta&a 1or %7 a7or: n la zona más cercana al botón donde se logró alcanzar una austenización >omogénea la microestructura +inal es perlita. n la zona un poco más alejada donde la austenización +ue parcial * no >omogénea la austenita" que es de composición eutectoide" a las tasas de en+riamiento normales de este proceso es posible que se +orme martensita. sta se +ormará en pequeEas cantidades en los bordes de la zona a+ectada por el calor. n el caso de que el metal base este trabajado en +río" >abrá una zona de recristalización" una banda angosta en la +rontera con el metal base.
SOLDAURA POR 6USIÓN:
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So7&a&ura 1or ,a;%;: n este proceso de soldadura" se +unden las piezas de trabajo con el calor de una llama" sin electricidad. La llama se produce por la combustión de un gas combustible con aire u o(ígeno. Los gases combustibles de uso más com)n son el acetileno" el >idrógeno" el gas natural" el propano" el butano" etc. ?eneralmente se queman estos gases con o(ígeno para una ma*or e+iciencia en la temperatura de la llama. Se debe estar seguro de que los metales a soldar o cortar por este procedimiento no reaccionen con los compuestos resultantes! carbono" >idrógeno" bió(ido de carbono" agua. La temperatura de la llama determina el tipo de gas a utilizar. La mezcla de o(ígeno con acetileno G# 0H0 ' 0 es la que produce la temperatura más alta Gapro(imadamente 3.:11 o@ en el cono. n el corte a la llama" cuando el gas combustible * el o(ígeno calientan el metal al rojo" se lanza una corriente de o(ígeno >acia el metal caliente" >aciendo que este se separe o corte. n la ma*oría de las soldaduras se utiliza" para el caso de la mezcla acetileno'o(ígeno" una llama neutra" con una relación de un mol de o(ígeno por cada mol de acetileno! #0H0 Q 0 J 0# Q H0 Q calor Si la relación de # 0H0 * 0 es ma*or de 2" la llama se llama reductora o carburizante. sta llama aumenta el contenido de carbono del cordón de soldadura" esto disminu*e el punto de +usión del cordón lográndose un mejor control dimensional del mismo. Sin embargo >a* que tener cuidado de que el aumento de carbono no +a,orezca la +ormación de martensita.
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Si la relación de # 0H0 * 0 es menor de 2" la llama se llama o(idante o descarburizante" *a que el e(ceso de 0 se mezcla con el carbono del cordón. La llama neutra" que es la usada con más +recuencia" está +ormada por tres partes! cono interno" donde se alcanza la ma*or temperaturaC la lengReta de acetileno * la cubierta e(terior la cual se e(tiende * protege de la atmós+era circundante las super+icies de trabajo que se están soldando. La soldadura con o(iacetileno usa un equipo portátil * relati,amente barato. 6or tanto es un proceso económico * ,ersátil" con,eniente para producción en bajas cantidades * trabajos de reparación. Oara ,ez se usa para soldar láminas * placas más gruesas de 2K7N debido a lo costoso que saldría el proceso * a las ,entajas de otros procesos Garco eléctrico para estos casos. ?eneralmente es un proceso manual * por lo tanto depende de la >abilidad de soldador el producir una unión soldada de calidad. Se caracteriza por ser un proceso que deja una zona a+ectada por el calor relati,amente. Se utiliza" además" para procesos de precalentamiento * postcalentamientos
So7&a&ura 1or aro %7/tr!o: s un proceso de soldadura por +usión en el cual la uni+icación de los metales se obtiene mediante el calor de un arco eléctrico entre un electrodo * el material de trabajo. n arco eléctrico es una descarga de corriente eléctrica a tra,és de una separación en un circuito. l circuito se sostiene por la presencia de una columna de gas térmicamente ionizada Gdenominada plasma a tra,és de la cual +lu*e la corriente. l arco eléctrico se inicia al acercar el electrodo a la pieza de trabajo" después del contacto el electrodo se separa rápidamente de la pieza a una distancia corta. La energía eléctrica del arco eléctrico así +ormado produce temperaturas de 21.111 o@ G8.811o#.
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5urante el proceso de soldadura" los electrones del gas son atraídos por el ánodo GQ" en donde se con,ierte su energía cinética en energía térmica. Los iones positi,os son atraídos por el cátodo G' en donde con,ierten su energía cinética en térmica * generan un incremento de temperatura también en el cátodo. l campo eléctrico que produce el arco" acelera muc>o más a lo electrones que a los iones del gas. sto es debido a su menor masa * ma*or tra*ectoria libre de c>oque. sto >ace que se caliente más el ánodo G0K: de la energía que el cátodo G2K: de la energía. n el caso de que se utilice corriente alterna" la generación de calor es igual en el ánodo * en cátodo G2K0 de la energía cKu. n el caso de usar corriente contínua" la generación de calor es en promedio dos G0 ,eces ma*or en el ánodo que en el cátodo. La decisión del tipo de corriente a utilizar" en muc>os casos es tomada en +unción del tipo de soldadura a realizar. La polaridad directa Gelectrodo ' * metal Q re+leja una soldadura con una ma*or penetración * menor consumo de electrodo lo que se traduce en menor cantidad de material de aporteC la polaridad in,ersa Gelectrodo Q * el metal ' re+leja una soldadura con poca penetración * un ma*or consumo del electrodo o ma*or altura del cordónC la corriente alterna se traduce en un cordón * una penetración medios. Los ,alores usuales de intensidad de corriente están entre 81 a :11 Dmp. n estos rangos" el ,oltaje del arco depende de la longitud del arco. 5urante el proceso" se +orma un pozo de metal +undido que consiste en metalGes base * metal de aporte Gen caso de que se use. n la ma*oría de los procesos se utiliza material de aporte para aumentar el ,olumen * +ortalecer la unión soldada. #on+orme se mue,e el electrodo a lo largo de la unión" el pozo de metal +undido se solidi+ica de inmediato. l proceso puede ser manual Gla calidad de la unión depende de la >abilidad del soldador o automático. lectrodos! Los electrodos usados en este proceso se denominan consumibles * no consumibles. Los electrodos consumibles in,olucran el
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metal de aporte en la soldaduraC están disponibles en dos +ormas! ,arillas * alambres Gpuede alimentarse en +orma contínua. Los electrodos no consumibles están >ec>os generalmente de Tungsteno" los cuales resisten la +usión Gtemperatura de +usión mu* alta. Se desgasta gradualmente. l material de aporte en estos casos se proporciona separadamente. 6rotección del arco! n la soldadura por arco eléctrico" las altas temperaturas pro,ocan que los metales que se unen reaccionen con el o(ígeno" nitrógeno e >idrógeno del aire" lo cual puede degradar seriamente las propiedades mecánicas de las partes a soldar. 6ara proteger la soldadura" se cubre la punta del electrodo" el arco eléctrico * el pozo de soldadura +undida con un manto de gas o +undente o ambos" lo que impide la e(posición del metal soldado al aire. Los gases de protección más usados son los gases inertes! argón * >elio. n +undente es una sustancia usada para e,itar la +ormación de ó(idos * otros contaminantes indeseados o para disol,erlos * +acilitar su remoción. 5urante la soldadura" el +undente se derrite * con,ierte en una escoria líquida que cubre la operación * protege la soldadura. Las +unciones propias del +undente son! • 6roporcionar una atmós+era protectora para la soldadura. • stabilizar el arco eléctrico. • Oeducir las salpicaduras. • Ddición de aleantes. • #ombinación con las impurezas para +ormar escoria G+lotante
l método de aplicación del +undente es di+erente para cada proceso. ntre las técnicas de incorporación se encuentran! • &aciando el +undente granular en la operación de soldadura GDrco
sumergido.
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• lectrodo de ,arilla cubierto con material +undente Gelectrodo recubierto. • lectrodos tubulares que contienen +undente en el n)cleo.
Los electrodos presentan una cur,a de comportamiento que muestra la relación de caída de potencial del proceso en +unción de la longitud de arco del mismo para cada electrodo en particular" este comportamiento se puede e(presar por la ecuación de una línea recta! J ml Q b donde!
! &oltaje a tra,és del arco l! Longitud del arco b! &oltaje para una l J 1
Las longitudes de arco más comunes son entre 2 ' 7 mm. (iste una regla práctica que considera la longitud del arco apro(imadamente igual al diámetro del electrodo" en caso de soldaduras a tope. 5entro de los ,alores usuales de corrientes de operaciones" se puede decir que el ,oltaje del arco depende )nicamente de la longitud del arco * no de la intensidad de corriente empleada" una ,ez establecidos los metales * la atmós+era del arco. @uentes de energía en la soldadura por arco eléctrico! n la soldadura con arco eléctrico se utilizan tanto generadores de corriente directa o continua como trans+ormadores de corriente alterna. 6ara el caso de generadores de corriente continua" las características de salida ,ienen de+inidas por la siguiente e(presión! J i Q nI donde siendo!
n J iKIsC
i J Po
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! &oltaje de salida G,oltios I! #orrienrte de salida Gamperios o! &opltaje de circuito abierto G&oltios Is! #orriente de circuito abierto Gamperios P! constante G,alor usual P J 2.28 stos generadores poseen dos controles" uno de ellos ,aría la corriente para un ,alor dado de ,oltaje de circuito abierto * no a+ecta el ,alor de este Gcur,as # * 5 * con D * A. l otro control ,aría el ,alor de ,oltaje de corto circuito * a+ecta la corriente de corto circuito Is. Gcur,as D * #. Los trans+ormadores de corriente alterna solo poseen un solo control de corriente de corto circuito. stos poseen un ,oltaje de corto circuito muc>o menor que los generadores de a'c" siendo por lo tanto más di+ícil iniciar * mantener el arco eléctrico usando los trans+ormadores. #ada tipo de electrodo tendrá su comportamiento característico de la caída de potencial a tra,és del arco en +unción de la longitud del mismo! Jm(lQb donde
m * b J constantes l J longitud del arco
#onocida esta ecuación para un determinado electrodo" se de+ine el potencial de operación al cual se ,a a trabajar Gp. Se conoce que la longitud del arco ideal
Gpara que se inicie la +ormación del arco es
apro(imadamente el diámetro del electrodo. na ,ez conocidos los componentes del arco" del electrodo * del generador" se puede tratar de establecer una cur,a de comportamiento del circuito de soldadura.
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na +orma de e,aluar dic>o comportamiento es estableciendo la relación de la potencia consumida en proceso con la longitud del arco. ste comportamiento puede ,ariar dependiendo de la combinación electrodo' características seleccionadas de la máquina'longitud del arco. La cur,a A muestra un má(imo a ,alores usuales de longitud de arcoC este tipo de comportamiento es adecuado cuando se desea una ma*or producti,idad en la soldadura" o lo que es lo mismo" una ma*or ,elocidad de soldadura. La cur,a # muestra ,alores altos de potencias pero a longitudes de arco no usuales. La cur,a D muestra una disminución de la potencia con un aumento de la longitud del arco. ste comportamiento permite un ma*or control del proceso * es mu* usado cuando se suelda sobre la cabeza. La cur,a ideal" seEalada como 5" implicaría una potencia constante la cual no ,ariará con la longitud del arco" lo que se traduciría en una soldadura >omogénea. ste comportamiento no se presenta en la realidad" sin embargo establece un patrón ideal que nos a*uda a buscar los ,alores óptimos de operación. 6ara lograr una cur,a de este tipo >abría que contar con un generador >iperbólicoN de potencia constante! .IJ na ,ez establecido el ,alor de ,oltaje e intensidad de operación" este procedimiento nos a*uda a encontrar los ,alores de ,oltaje de circuito abierto Go e Intensidad de circuito abierto GIs" que son los parámetros a establecer en la máquina a utilizar. 6ara la determinación de los ,alores de operación de ,oltaje e intensidad" se debe tomar en cuenta el tipo de proceso de soldadura Gposición de la soldadura" espesor de las partes a soldar" materiales a soldar" polaridad" lo cual es indicati,o del tipo de electrodo a utilizar * la potencia a consumir Gcalor generado. 6or lo cual" pre,iamente se debe establecer el tipo de
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electrodo que se ,a a utilizar. na ,ez seleccionado el electrodo Gecuación característica del electrodo" se puede determinar el ,oltaje de operación deseado estimando la longitud del arco como el diámetro del electrodo * sustitu*éndolo en la ecuación del mismo. #on este ,oltaje * +ijando el ,alor de potencia deseado se pude despejar de la ecuación anterior el ,alor de intensidad de corriente de operación. tra +orma es seleccionar el electrodo" consultar las tablas de ,alores de intensidad de corriente recomendadas para los mismos" seleccionar un ,alor de intensidad * despejar el ,oltaje de la ecuación anterior. 6ara la determinación de o e Is se considerará el generador >iperbólico mencionado con anterioridad. 5ado que 6 sea el punto de operación elegido. #uales deberían ser los ,alores de o e Is" de manera de operar en el punto 6" con la condición que la ,ariación de la potencia debido a la ,ariación de la longitud del arco sea mínimaU. La respuesta de este problema puede >allarse trazando la >ipérbola de potencia constante que pase por 6 Ggra+icando ,s I * luego >allando la línea tangente en 6! J VKIC
dKdI J 'VKI 0 J IK I 0 J 'KI J n
J i Q nIC 1 J 0p Q G'pKIp IsC
p J i Q G'pKIp IpC 0p J pKIp IsC
E! > 'E1 I; > 'I1
So7&a&ura 1or aro %7/tr!o o$ %7%tro&o r%?%;t!&o#uando el electrodo se ,a consumiendo" se +orman gases pro,enientes de la combustión" estos gases junto con la escoria pro,eniente del re,estimiento" protegen el pozo de soldadura * el arco de los contaminantes de la atmós+era.
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La selección de los electrodos re,estidos se basan en el tipo de materiales a soldar * el ,alor de resistencia asociados a ellos" la posición de la soldadura a realizar" tipo de energía a aplicar" tipo de escoria a +ormar" magnitud de la
penetración" presencia de elementos aleantes en el
recubrimiento. Los electrodos se identi+ican de la siguiente manera! ' BWV; BW J &alor de Su Gsi del material de aporte una ,ez depositado V J 6osición de la soldadura!
2' Todas
0 ' 6lana * >orizontal : ' 6lana ; J Tipo de corriente Los ,alores de V * ; combinados dan el tipo de recubrimiento * corriente a utilizar. n general se utilizan cdGQ Gpieza Q * electrodo ' para penetraciones pro+undas * grandes espesores. La cdG' se utiliza para espesores pequeEos * bajas penetraciones. Los electrodos deben estar libres de >umedad para e,itar +ragilizaciones * agrietamientos de la soldadura.
CLASI6ICACIÓN DE LAS SOLDADURAS: #lasi+icación de acuerdo al material de aporte! • Dutógena! Sin material de aporte.
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• Homogénea! #uando el material de aporte es igual al material base o
material a soldar. • Heterogénea!
' #uando el material de aporte no es igual al material a soldar. ' #uando no >a* material de aporte * los metales bases a soldar son di+erentes. ' #uando tanto el material de aporte como los materiales bases a soldar son di+erentes.
C7a;!8!a!0$ &% au%r&o a 7a 1o;!!0$ &% %%u!0$: • 6lana! La soldadura se ejecuta n un plano >orizontal. • Horizontal! La ejecución de la soldadura se e+ect)a sobre un plano ,ertical
* se ejecuta en dirección >orizontal. • &ertical! La ejecución de la soldadura se e+ect)a en dirección ,ertical
sobre un plano ,ertical. 6uede realizarse en sentido descendente o ascendente. • Sobre la cabeza! La ejecución de la soldadura se e+ect)a por encima del
operario. l aporte se opone completamente a la gra,edad.
C7a;!8!a!0$ &% au%r&o a 7a ,%o@%tr9a &% 7a u$!0$: • Soldadura a tope! Las partes a soldar se encuentran en el mismo plano *
se unen en sus bordes. Se utilizan en las soldaduras de láminas de espesor igual o menor a 20.< mm si se pueden soldar a ambos lados" * de espesor igual o menor a 3 mm si sólo se puede soldar por un sólo lado. La distancia que separa las partes a soldar Gb deberá estar comprendida entre 1 X b Y t" siendo t el espesor de las partes a soldar. Las soldaduras a tope autógenas implican un ,alor de b J 1.
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• Soldadura en bisel! Se les realiza en los bordes de las partes a soldar una
ranura o bisel para +acilitar la penetración del cordón de soldadura. La +orma del bisel puede ser en &" " -" en lados sencillos o dobles. Se usa material de aporte para rellenar la unión. Se utilizan para la soldadura de láminas con espesores ma*ores a 3 mm" cuando se suelda por un sólo lado. • Soldadura solapada o superpuesta! sta unión consiste en dos partes que
se sobreponen. • Soldadura angulares o en +iletes Gen T! na parte es perpendicular a la
otra. Se usa material de aporte
para realizar la unión. s una de las
soldaduras más usadas *a que no requiere preparación pre,ia de las partes. 6uede ser contínua o intermitentes" sencillas o dobles. • Soldadura en esquina! Las partes en este tipo de uniones +orman un
ángulo recto * se unen en la esquina del ángulo. • nión de bordes! Las partes de la unión de bordes están paralelas con al
menos uno de los bordes en com)n * la unión se >ace en el borde en com)n.
P%$%tra!0$ &% ;o7&a&ura; &% a%ro; $o a7%a&o; La penetración de una soldadura es la pro+undidad de la zona de +usión debajo de la super+icie original del material base. La penetración incrementará con un incremento del calor que se genera en la super+icie de trabajo. Incrementos en la corriente * en el ,oltaje de trabajo producirán un incremento en la penetración. La penetración ,ariará in,ersamente con la ,elocidad de la soldadura.
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6ara comprender la ,ariación de la penetración con el ,oltaje es importante tener en cuenta lo siguiente! l ,oltaje del arco es producto de la longitud del arco * a medida que la longitud aumenta la pérdida de calor por radiación también aumenta disminu*endo la e+iciencia de la transmisión de calor al cordón. 6ara pequeEas longitudes de arco se consiguen un aumento de la penetración con un aumento del ,oltaje" pero si esta se sigue aumentando la pérdida por radiación a+ecta negati,amente el proceso. n soldaduras de arco sumergido es de esperarse una ma*or penetración por >aber menos pérdidas de calor por radiación. La siguiente ecuación es el resultado de ,arios trabajos e(perimentales. sta ecuación permite predecir el ,alor de la penetración en soldaduras con electrodos recubiertos en +unción del " I * ,. sta ecuación es ,alida para aceros al carbono no aleados GX 7F de aleantes. n general la penetración ,aría in,ersamente con la conducti,idad térmica del metal base.
donde!
p J 3.33 ( 21 '7 ( 1.83 ( I2.71 ( ,'1.0=
si IX 011 amp
p J 3.33 ( 21 '7 ( 1.83 ( I2.:: ( ,'1.::
si IY 011 amp
p J penetración Zmm[
, J ,elocidad ZcmKmin[ J &oltaje Z,oltios[ IJ corriente Zamperios[ stas ecuaciones son ,álidas si p es menor que tK0 Gla mitad del espesor de la lámina. La constante J 3.33 ( 21 '7 cambia a 0 ( 21'8 si las unidades de , * p son plg. La penetración depende del diámetro del electrodo" de la >umedad del aire * de la polaridad usada. Se obtiene ma*or penetración si el diámetro del
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electrodo es menor" debido a una ma*or densidad de corriente. La >umedad del aire a+ecta negati,amente la penetración *a que se consume parte de la energía del arco en calentar las moléculas del aire. #on polaridad directa se genera ma*or calor en la pieza de trabajo * por lo tanto la penetración es ma*or. Mientras ma*or sea la temperatura de +usión del metal base" la penetración disminuirá * mientras ma*or sea su conducti,idad térmica" menor será la penetración.
Mat%r!a7 &%1o;!ta&o %$ %7 or&0$: 6ara determinar la cantidad de material depositado en el cordón es necesario conocer el e+ecto de la intensidad * el ,oltaje sobre la ,elocidad de +usión del electrodo. Mediciones e(perimentales realizadas con electrodos del tipo 31B(( están representadas por la siguiente ecuación! \ J '7>Ks 0 ( z0 * el área trans,ersal del cordón se e(presa por! D J 0 * dz J 0K: > ( s Mediciones realizadas sobre cordones" ejecutados en posición plana" muestran que s ,aría entre 3 * < ,eces el ,alor de >. Si se toma s J 3>" el área trans,ersal del cordón se e(presa! D J 0K: > ( 3> J 7 > 0 6or continuidad" se puede >allar la relación entre >" \ * ,! Zcm:Kmin[\ J , ZcmKmin[ ( D Zcm 0[ Sustitu*endo! \ J , ( 7> 0 > J G\K7,2K0 l área del cordón en otro tipo de geometría del cordón sería! D J D] Q 7>0 siendo D]J área del resto del cordón que no representa la >ipérbola in,ertida
Ta;a; &% %$8r!a@!%$to %$ ;o7&a&ura; 1or 8u;!0$: l en+riamiento de la zona de +usión * de la zona a+ectada por el calor" >asta temperaturas algo in+eriores a la temperatura crítica in+erior" en una
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soldadura por +usión" se produce +undamentalmente por la conducción de calor al metal base. Las cantidades de calor trans+eridas por radiación * con,ección son de menor cuantía GX 7F. 6or lo tanto" en la ,elocidad de en+riamiento in+lu*en las propiedades térmicas del metal base" la temperatura inicial * el tamaEo del mismo. La dimensión que más in+lu*e en la distribución de temperaturas * en las ,elocidades de en+riamiento es el espesor de la lámina a soldar. (iste un grá+ico que representa la solución al cálculo de ,elocidades de en+riamiento en soldaduras por +usión" en la cual se toma en cuenta la nergía generada en el arco por unidad de espesor de la c>apa a ser soldada" la ,elocidad de soldadura * la temperatura inicial de la lámina. l grá+ico es ,álido para soldaduras por +usión de aceros no aleados )nicamente. &er @ig. 7:. La nergía generada en el arco o nergía equi,alente se calcula mediante la siguiente ecuación! equ J G ( IK2111 ( t ( η Z^Kpulg[ La rata de en+riamiento o ,elocidad de en+riamiento se pueden predecir en +unción de las propiedades mecánicas G5ureza HA de las microestructuras presentes en los metales in,olucrados * relacionando estas propiedades mecánicas con las distancias -omin* equi,alentes" a tra,és de grá+icos" * a su ,ez" con las respecti,as ,elocidades de en+riamiento asociadas a las mismas. &er @ig. 77 * 78. (isten ecuaciones que relacionan las durezas en escala OocP^ell # * la 5ureza Arinell" escala necesaria para usar los grá+icos seEalados! HA J G71 Oc1.9
01 X Oc X 7:
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HA J G2.29: Oc2.82
2: X Oc X 39
La microestructura presente Gtipo de microestructura * cantidad de la misma en un determinado acero es el principal indicati,o del comportamiento macro a ni,el de propiedades mecánicas de dic>o material. s importante conocer las microestructuras esperadas en +unción del tratamiento térmico aplicado al acero en cuestión. n la @ig. 73 se muestran un estimado de dic>as microestructura. tro +actor de suma importancia a tomar en cuenta es la cantidad de cada una de las estructuras presentes * las propiedades mecánicas de cada una de ellas por separado. #onociendo el porcentaje o contenido de cada microestructura" lo cual está mu* asociado con el contenido de carbono del acero" * el ,alor de las propiedades mecánicas de cada una de ellas en +orma aislada" se puede estimar la misma propiedad mecánica en el acero" como un conjunto. 6ara ello es importante conocer el ,alor del contenido de carbono equi,alente" donde se toma en cuenta la in+luencia del contenido de los aleantes presentes sobre el ,alor nominal del contenido de carbono" es decir" cómo el contenido de aleantes desplazan" en el 5iagrama Hierro' carbono" el punto eutectoide" tanto en lo que se re+iere al contenido de #arbono como a la temperatura de trans+ormación de dic>o punto.
Ca1a!&a& &% tra$;@!;!0$ &% ar,a; %;tt!a; &% ;o7&a&ura;La capacidad de transmisión de cargas estáticas de un cordón de soldadura a tope" se muestra en la @ig. 7=. l ,alor de @uK(" para la sección a'a]" se e(presa por la ecuación siguiente! @uK( a'a]J 0 G> Q p Su2 Su2 J G> Suaporte Q p Su metal base K G> Q p G0
G2
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Sustitu*endo G0 en G2! @uK( a'a] J 0 G > Su aporte Q p Su metal base G: 6ara la sección b'b]" se utiliza la Teoría de la energía de distorsión má(ima para el análisis de +ractura" *a que ésta describe mejor el comportamiento de los metales d)ctiles. sta teoría" para el caso presente" se de+ine de la siguiente manera! τoct"crit J G0 2K0K: Su2
G7
#onsiderando que el estado de es+uerzos críticos se establecerá en los planos inclinados Gsimétricos contenidos en la sección b'b]" por ser los planos de menor área" * en base al estado de equilibrio de la pieza en la dirección *" se tiene! τoct J ZG2 Q 0 cos 0 β 2K0K: ( G02K0 ( l[ G@uK(
G8
siendo l J longitud del plano inclinado * β su inclinación. #uando este es+uerzo alcanza el ,alor crítico e(presado en G7" se puede establecer el ,alor crítico de @uK( en ese punto" igualando G8 * G7! G@uK( b'b] J Z0 ( l K G2 Q 0 cos 0 β 2K0[ ( Su2 por geometría de la soldadura se tiene. β J tg'2 G0 p K s" por lo tanto! l J p K sen β (7)
Sustitu*endo Go más sensible que el de contraste. l de contraste implica la aplicación de un líquido inicial Gbaja densidad" luego un +ijador * por )ltimo un re,elador. 2. 6artículas magnéticas! stá limitado a los materiales +erromagnéticos. Se establece un campo magnético en la pieza * se dispersan partículas magnéticas Glimadura de >ierro sobre la super+icie. Los de+ectos super+iciales aparecerán por distorsión del campo magnético" lo que pro,oca que las partículas magnéticas se concentren en esas regiones. 2. ltrasonido! Implica el uso de un generador que emite ondas sónicas Gondas cortas de alta +recuencia GY01 Hz dirigidas a tra,és de la pieza. Las discontinuidades Ggrietas" porosidades" inclusiones se detectan mediante pérdidas de la transmisión del sonido. stas ondas son recogidas * con,ertidas por un transductor a energía eléctrica para ser analizadas en una pantalla. La imagen se controla en la pantalla de un tubo de ra*os catódicos. Si no e(isten de+ectos aparecen líneas rectas. Si las ondas encuentran
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de+ectos en su paso" se mostrarán en la pantalla unas líneas de+ormadas indicando el largo * la posición del de+ecto. 2. Oadiogra+ía! sa ra*os B o radiación gamma para detectar de+ectos internos en el metal de la soldadura. ste ensa*o proporciona un registro con película +otográ+ica de los de+ectos presentados. • E$;ao; &%;trut!?o;: Son aquellos ensa*os aplicados a la junta
soldada" la cual tiene que ser de alguna +orma seccionada o cortada con el +in de proporcionar probetas para su posterior ensa*o. 2. Metalogra+ía! 5ebe realizarse en escala macro * microscópica en la sección trans,ersal de la soldadura" permitiendo re,elar las distintas zonas microestructurales Gzona de +usión" ;D#" tamaEo * orientación de los granos" presencia de intermetálicos * otros de+ectos. 2. 5ureza! Se aplica principalmente para detectar la amplitud de la zona a+ectada por el calor G;D#. 5ependiendo de la aleación" esta ,ariará entre ,alores má(imos * mínimos permisibles por las normas. 2. Tracción! l objeti,o de este ensa*o es la cali+icación del proceso * procedimiento de soldadura. Se obtiene in+ormación cuantitati,a sobre la resistencia" punto de +luencia" F elongación" resistencia a la +atiga. Ddemás" se puede detectar de+ectos de acuerdo a la +orma de ruptura de la unión soldada 2. Impacto! 6ara determinar el comportamiento de la unión soldada a +uerzas de impacto" bajo condiciones especí+icas de temperatura de ser,icio.
E;trutura r!;ta7!$a #ada metal tiene una estructura cristalina bien de+inida * sus propiedades dependen de la +orma de los cristales" del n)mero de átomos que comprende
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cada estructura espacial de cristales" de la distancia de los átomos de la estructura espacial de cristales * de la interrelación de estas estructuras. Las más comunes son! GA## cubico de cuerpo centrado G@## cubico de caras centradas GH#6 >e(agonal compactado Los metales con A## son el >ierro a temperatura ambiente" cromo" aceros al carbono" molibdeno * tugnsteno. Los metales con @## son el cobre" aluminio" aceros ino(idables austeniticos * níquel. Los metales con H#6 son el zinc" cadmio * magnesio.
M%a$!;@o; &% a7%a!0$ La solución solidad substitucional o sustitucional es cuando los cristales son del mismo tamaEo el de menor proporción como por ejemplo el níquel * cobre. La solución solida intersticial si los átomos de menor proporción en la aleación son más pequeEos" no >a* reemplazo si no un acomodamiento en los espacios" oquedades o intersticios en el metal de ma*or proporción como por ejemplo el +ierro tiene pequeEas cantidades de carbono. #ompuesto intermetálicos si los átomos de menor proporción no pueden disol,erse completamente" +orman un compuesto químico semejante a la +ormula química" +ormando di+erentes estructuras cristalinas.
Tra$;8or@a!0$ &% 8a;%
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s el cambio en la estructura cristalina de un metal * se conoce como trans+ormación de +ase o alotropía. l >ierro es de estructura cristalina de A## a =21_ # que es temperatura ambiente" pero si tiene temperaturas arriba del punto de +usión que es 28:9_# nue,amente tiene A##. 6ero cuando esta >asta 2:99_# es de estructura cristalina de cubico centrado en las caras G@##. tros metales que tiene alotropía son titanio" zirconio" cobalto.
Co$;t!tu%$t%; M!ro E;trutura7%; &% 7o; a%ro; La distribución * arreglo de los granos" los límites de grano * las +ases presentes en una aleación metálica se conoce como micro estructura.
D!a,ra@a .!%rroierro * el carbono +orman un compuesto conocido como carburo de >ierro o llamado cementita. La perlita es una mezcla +errita * carburo de +ierro. Las aleaciones de >ierro de carbono de menos de 0.2F se consideran aceros" mientras que aquellas que contienen más de un 0.2F se denominara >ierro'+undido.
So7&a&ura; #uando se >ace una soldadura ocurren cambios de temperatura" dimensiones" crecimiento de cristales * granos" trans+ormación de +ases *
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otras. l tipo de proceso de soldadura determinada" la +orma en que sucederán. La ,elocidad de en+riamiento o templado es de importancia +undamental * está controlada por el proceso" procedimiento" metal * masa. D medida que el metal de la soldadura se deposita sobre el metal base parte de este se +unde * se mezcla con el metal de la soldadura" produciendo la dilución de este )ltimo. Los metales más puro tiene el punto de +usión más bajo * por consiguiente se solicitan primero. Los metales o elementos con puntos de +usión más alto se solidi+ican al )ltimo.
So7&a"!7!&a& &% 7o; @%ta7%; La Dmerican Velding Societ* de+ine a la soldabilidad como La capacidad de un material para ser soldado bajo las condiciones de +abricación impuestas dentro de una estructura especí+ica * con,enientemente diseEada para tener un rendimiento satis+actorio en el ser,icio que se pretende. Se >a a+irmado que todos los metales se pueden soldar" pero algunos son muc>o más di+íciles de soldar que otros. La unión de la soldadura que se requiere tiene que tener +uerza uni+orme" ductilidad" resistencia a los es+uerzos continuos" resistencia a la corrosión en la soldadura * la zona a+ectada por el calor * del material ad*acente.
G%$%ra7!&a&%; ;o"r% 7o; trata@!%$to; t/r@!o; &% 7o; a%ro Dlgunos tratamientos térmicos son aplicables a los metales" * también son aplicados al conjunto soldado después de terminado el trabajo de soldadura para con+erirle propiedades mecánicas especí+icas. l recocido su aplicación tiene por objeto incrementar la ductilidad de los aceros a e(pensas de la resistencia.
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$ormalizado consiste en un aumento * decremento de temperatura" incrementa la dureza * resistencia * disminu*e la ductilidad. Templado consiste en un incremento de temperatura * decremento rápido de la temperatura" tiene alta dureza * resistencia. Oe,enido se ,uel,e a calentar el acero a una temperatura a una temperatura in+erior para rele,ar algunos es+uerzos internos del material.
C!7o t/r@!o &% 7a ;o7&a&ura D +in de controlar los sucesos metal)rgicos en soldadura" deben quedar establecidas las condiciones térmicas en el metal +undido * en sus pro(imidades. n particular >a de conocerse! ' La distribución del má(imo o pico de temperaturas en la zona térmica a+ectada. ' La ,elocidad de en+riamiento en el metal +undido * en la zona térmica a+ectada. ' La ,elocidad de solidi+icación del metal +undido.
D!;tr!"u!0$ &% 7a t%@1%raturaSupongamos que una llama o arco eléctrico se aplica sobre la super+icie DA * que pudiéramos colocar termómetros distribuidos inmediatamente debajo de la super+icie" tal como se indica en la +igura. Si no e(istiera propagación del calor obtendríamos una zona calentada directamente por el +oco calorí+ico" que alcanzaría la temperatura de +usión * el resto del metal permanecería a la temperatura ambiente" como se muestra en la línea continua. n la realidad" sin embargo" los metales son buenos conductoresC sus átomos pasan rápidamente el calor a sus ,ecinos. 6or otra parte" el calor para +undir el metal no se suministra instantáneamente" el calor del arco es
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un producto de ,oltios" amperios * tiempo. Las lecturas los termómetros tomarán la distribución representada por la cur,a de trazos" que >abrá tenido en cuenta las le*es de la conducción * el tiempo. D>ora bien" el soplete o el arco no permanecen estacionarios" sino que se desplazan alejándose de la sección que >emos considerado. La zona que >a recibido directamente el calor del arco * sus pro(imidades comenzarán su en+riamiento" es decir" descenderán de temperatura" mientras que las más alejadas irán recibiendo el calor de sus ,ecinas más pró(imas a la zona calentada" * ele,arán su temperatura. Dl cabo de" digamos" uno" dos" tres" etc. segundos" las cur,as de distribución de temperatura en esa sección considerada irán ,ariando" como se muestra en la siguiente +igura" trans+ormándose la cur,a" seg)n ,a pasando el tiempo * se ,a alejando el +oco calorí+ico" en otra cada ,ez más tendida" >asta que es prácticamente >orizontal * termina con+undiéndose con una recta cuando se alcanza la temperatura ambiente. 6ara la determinación de la +orma de las cur,as citadas in+lu*en principalmente los siguientes +actores! 2. l baEo +undido" que act)a como +oco de calor más o menos permanente. 0. La masa de metal base" que absorbe el calor. :. La temperatura inicial del metal base" que incide sobre el gradiente de temperatura.
Gra&!%$t% &% t%@1%raturaLlamamos gradiente de temperatura a la di+erencia de esta magnitud entre dos puntos que distan entre sí una unidad de longitud. l salto de temperatura nos determina la ,elocidad del +lujo de calor entre ambos puntos. 6or lo tanto" cuanta ma*or di+erencia de temperaturas >a*a" ma*or será la ,elocidad de en+riamiento o de calentamiento. l gradiente entre dos puntos no es constante con el tiempo" como puede ,erse en la anterior +igura. n un instante dado Gel segundo 2 la cur,a de distribución"
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considerada entre dos puntos" es la cur,a A" mientras que en el siguiente segundo" es la cur,a #" que da entre los mismos puntos un salto de temperatura menor. 5e análoga manera" tampoco la temperatura en un punto determinado permanece +ija. n la misma +igura" en el punto correspondiente al centro" por ejemplo" ,emos que las temperaturas correspondientes a dos cur,as son distintas * por lo tanto ,arían con el tiempo. Si representamos la ,ariación de las temperaturas correspondientes a los puntos 2" 0" : * 7 a lo largo del tiempo obtendremos las cur,as dibujadas en la siguiente +igura. bser,ando esta +igura" podemos ,er que la ,elocidad de calentamiento es muc>o más rápida que la de en+riamiento" * que la cota má(ima alcanzada es tanto más alta cuanto más pró(imo está el punto del arco. 6or otra parte" las ,elocidades de en+riamiento son siempre in+eriores a las del metal +undido en cada momento" * tanto menores cuanto más alejado esté el punto del baEo +undido.
Ca@"!o; &% t%@1%ratura &ura$t% %7 ;o7&%ol metal ad*acente a una soldadura está e(puesto a ciclos térmicos rápidos" produciéndose en esta región di+erentes * complejos cambios metal)rgicos. Teóricamente" si tanto los ciclos térmicos implicados como la respuesta del metal o aleación al ciclo térmico particular +ueran conocidos" los cambios resultantes en la microestructura * propiedades mecánicas podrían predecirse. 5esgraciadamente" el estado actual de conocimientos apenas inclu*e in+ormación cuantitati,a" tanto en relación con el ciclo térmico implicado como con los cambios metal)rgicos producidos en la zona a+ectada térmicamente por la soldadura. Sin embargo" e(isten acumulados datos considerables del e+ecto de las ,ariables del arco de soldeo sobre la distribución de temperaturas en las pro(imidades de una soldaduraC por ello" consideraremos aquí con alg)n detalle el proceso de soldeo por arco. #iertas
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generalidades" aplicables cualitati,amente a otros procesos de soldeo" serán también consideradas. Tales generalidades pueden a*udar al técnico de #onstrucciones Metálicas a la >ora de entender la importancia de los e+ectos de la temperatura durante el soldeo.
6ator%; u% !$87u%$ %$ 7o; a@"!o; &% t%@1%ratura %$ %7 ;o7&%o 1or aroLas in,estigaciones >an demostrado que la distribución de temperaturas en el soldeo por arco manual está in+luenciada por los siguientes +actores! a Dporte térmico. 6or ejemplo" la tasa de generación de calor en una soldadura por arco manual realizada con 01 ,oltios" 011 amperios * una ,elocidad de desplazamiento de 081mm. por minuto es de =31 julio por mm. b Temperatura inicial de la c>apa Go temperatura de precalentamiento. c ?eometría de la soldadura. La geometría de la soldadura se re+iere al espesor de la pieza" la +orma * dimensión del depósito de soldadura * el ángulo entre las piezas a unir. d #aracterísticas térmicas del material. Se de+inen por la conducti,idad térmica" la densidad" el calor especí+ico * la di+usi,idad térmica. e 5imensión del electrodo. ste +actor es de importancia secundaria" pero in+lu*e en el tamaEo e+ecti,o de la +uente de calor. Los cambios metal)rgicos en los aceros de construcción se producen tras la e(posición a temperaturas entre la temperatura crítica in+erior GDc2 * la temperatura de +usión o de líquidos Ges decir! entre unos apa de 0apas con 3"0C 20"8 W 08"7 mm. de espesor" realizadas con un aporte térmico de 2.=ace el espesor de las c>apas" mientras que el tiempo a ele,ada temperatura tiende a disminuir cuando el espesor" de las c>apas aumenta. l e+ecto del espesor es algo complejo * el modelo del +lujo de calor cambia considerablemente de c>apas delgadas a c>apas gruesas. n c>apas delgadas" las isotermas de temperatura tienden a e(tenderse ,erticalmente >acia abajo en el interior de la c>apa +ormando super+icies cur,as casi perpendiculares a la super+icie de la c>apa. 6or otro lado" con c>apas mu* gruesas las isotermas tienden a apro(imarse a super+icies de re,olución alrededor del eje longitudinal de soldadura. 6or lo tanto" el modelo del +lujo de calor cambia de +lujo en dos dimensiones para c>apas mu* delgadas" a +lujo en tres dimensiones para c>apas mu* gruesas. ste cambio e(plica de una +orma cualitati,a la in+luencia conocida del espesor sobre las ,elocidades de en+riamiento. l mismo e+ecto se presenta" aunque en menor grado" en las soldaduras en ángulo" donde el camino adicional para el +lujo de calor llega a tener in+luencia en c>apas a)n más delgadas debido a la geometría de la unión. 5estacamos el >ec>o de que las ,elocidades de en+riamiento para las soldaduras en ángulo son" por término medio" tres o cuatro ,eces las de las soldaduras a tope en c>apas de 20 mm. de espesor. Sin embargo" esta di+erencia llega a ser menos pronunciada con c>apas más gruesas * durante la )ltima pasada de las soldaduras en ángulo.
E8%to &% 7a; arat%r9;t!a; t/r@!a; &%7 @at%r!a7-
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$o se dispone de datos cuantitati,os que nos muestren el e+ecto de las características térmicas del material. Sin embargo los razonamientos siguientes pueden ser de utilidad! #uanto más baja sea la di+usi,idad térmica del material" más pronunciada será la distribución de las temperaturas má(imas. #uanta más alta sea la di+usi,idad térmica" más alta será la ,elocidad de en+riamiento para un ciclo térmico con una determinada temperatura má(ima. #uanta más alta sea la di+usi,idad térmica" más corto será el tiempo e(puesto a ele,ada temperatura para un ciclo térmico con una determinada temperatura má(ima. n la tabla siguiente se indica la di+usi,idad térmica a temperatura ambiente * la temperatura de +usión para ciertos metales de interés técnico.
Eua!0$ &%7 @!@o &% t%@1%ratura La predicción" o interpretación" de las trans+ormaciones metal)rgicas en un punto del metal sólido pró(imo a una soldadura" requiere algunos conocimientos acerca de cómo se alcanza el ,alor de temperatura má(imo en un determinado lugar. 6or ejemplo" en el soldeo a tope con penetración completa * de una sola pasada realizada en c>apa" la distribución de las temperaturas má(imas" en el metal base ad*acente a la soldadura" ,iene dada por la ecuación! donde! TpJ Temperatura má(ima G# a una distancia W Gmm del e(tremo o contorno del metal +undido GLa ecuación solo es ,álida para puntos situados en la ;DT" no para puntos situados en el metal +undido. T1J Temperatura inicial de la c>apa G#.
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TmJ Temperatura de +usión G#. HnetJ nergía aportada neta J +2IK& GJ ,oltios" IJ amperios" +2Jrendimiento de la trans+erencia de calor" &J ,elocidad de traslación de la +uente de calor en mmKseg ` J densidad del material GgKmm: # J calor especí+ico del metal sólido G-Kg(# t J espesor de la c>apa W J distancia al contorno del metal +undido La ecuación del má(imo de temperatura se puede utilizar con di+erentes propósitos entre los que se encuentran! ' 5eterminación de la temperatura má(ima en puntos determinados de la ;DT. ' stimación del anc>o de la ;DT ' 5emostrar el e+ecto causado por el precalentamiento sobre el anc>o de la ;DT 6or ejemplo" se e+ect)a una soldadura sobre acero con penetración completa * de una sola pasada empleando los siguientes parámetros. La temperatura má(ima calculada a distancias de 2.8 * : mm del contorno del metal +undido serán! 6ara W J 2.8 mm 6ara W J : mm
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#omo era de esperar" la temperatura má(ima disminu*e cuando nos alejamos de la zona soldada. También puede obser,arse que para WJ1 tenemos TpJTm" lo que signi+ica que la temperatura má(ima justo donde termina la zona de +usión es igual a la temperatura de +usión del material.
C7u7o &%7 a$o &% 7a ZATno de los empleos más interesantes de la ecuación que nos da la temperatura má(ima en un punto" es el de cálculo de la anc>ura de la ;DT por la soldadura. Sin embargo" para calcular la anc>ura con e(actitud debe identi+icarse" el e(tremo de la ;DT más alejado de la soldadura mediante un ,alor má(imo de la temperatura en dic>o e(tremo" este ,alor de la temperatura tiene" a su ,ez" que corresponder con alg)n cambio estructural o de las propiedades del material que se suelda. 6or ejemplo" la ma*oría de los aceros al carbono" o de baja aleación" tienen un contorno de+inido" que puede obser,arse una ,ez pulida * atacada químicamente la sección trans,ersal de la soldadura" en aquellos puntos que >a alcanzado una temperatura má(ima de o" ad*acente al metal +undido" >a cambiado estructuralmente * puede quedar a+ectada por el calor durante el soldeo. Si el acero >ubiese sido templado * re,enido" re,enido a 7:1% #" entonces cualquier región calentada por encima de los 7:1% # >abrá su+rido" en teoría"
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un sobre're,enido * puede e(>ibir propiedades modi+icadas. s razonable considerar la zona modi+icada como a+ectada por el calor con e(tremo más alejado situado donde Tp J 7:1% #. 5e donde! WzJ Dnc>o de la ;DT J 27"0mm. Los aceros que admiten el tratamiento de temple * re,enido generalmente se les da un precalentamiento antes de empezar a soldar. ste precalentamiento a+ecta a la ;DT ensanc>ándola. Oe+iriéndonos al ejemplo anterior" si la temperatura de precalentamiento es T1J 011 % # tenemos! 5e donde! WzJ Dnc>o de la ;DT J 09"7mm. Se ,e que con este procedimiento el anc>o de la ;DT se >a duplicado. @inalmente" una de las conclusiones más simple e importante que se deduce de la ecuación del má(imo de temperatura es la de que el anc>o de la ;DT es directamente proporcional a la energía neta aportada. tilizando de nue,o el ejemplo anterior" pero sin precalentamiento" si suponemos que la energía neta aportada aumenta un 81F" tendremos que Hnet J 2191 -Kmm. 5e donde! WzJ Dnc>o de la ;DT J 02":mm. sea el anc>o de la ;DT >a aumentado también un 81F. D pesar de que la ecuación del má(imo de temperatura es de gran utilidad" es importante no ol,idar las limitaciones e(istentes sobre su aplicación. La limitación más importante es que la ecuación sólo es aplicable a c>apas delgadas en las cuales la conducción del calor se e+ect)a en direcciones paralelas al plano de la c>apa. La ecuación se aplica en procesos de pasadas )nicas de penetración completa" soldeo o corte térmico" con independencia del espesor de la c>apa. 5e >ec>o" también se aplica a cualquier soldadura por arco de penetración completa con menos de 7 pasadas. La ecuación puede aplicarse sobre la base de una por pasada" sin
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embargo" la temperatura entre pasadas" aquella a la cual la zona de soldadura se en+ría entre una * otra pasada" puede considerarse como un ,alor de T1 en la ecuación del má(imo de temperatura.
V%7o!&a& &% %$8r!a@!%$tol siguiente aspecto en importancia a tener en cuenta durante el +lujo térmico es la ,elocidad de en+riamiento de la soldadura. 5espués de que un punto" en el metal +undido" o en sus pro(imidades" >a*a alcanzado su má(imo de temperatura" la ,elocidad a la cual se en+ría puede tener un signi+icati,o e+ecto sobre el estructura metal)rgica" las propiedades" o incluso la pureza del metal base. sto es de principal interés en los aceros tratados térmicamente.
Eua!0$ &% 7a ?%7o!&a& &% %$8r!a@!%$to 1ara a1a; ,ru%;a; &%7,a&a;Los cálculos * comparaciones de las ,elocidades de en+riamiento requieren una cuidadosa especi+icación de las condiciones en que se producen. Indicar solamente ,elocidad de en+riamiento de una soldadura no es adecuado" debido a que la ,elocidad de en+riamiento ,aría" como el gradiente térmico" con la posición * el tiempo. l método más )til es determinar la ,elocidad de en+riamiento sobre el eje de la soldadura en el momento en que el metal está a una temperatura determinada de interés" Tc. D temperaturas por debajo de la de +usión" la ,elocidad de en+riamiento en la soldadura
*
en
su
zona
a+ectada
térmicamente
inmediata
es
substancialmente independiente de la posición. n los aceros al carbono * de baja aleación" la temperatura de interés está en las pro(imidades de la nariz perlítica de temperaturas sobre el diagrama tiempo'temperatura'trans+ormación Gdiagrama TTT. La temperatura e(acta no es crítica pero debe ser la misma para todos los cálculos *
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comparaciones. n ,alor de Tc J 881% # es su+iciente para la ma*oría de los aceros. l uso práctico más importante de la ecuación de la ,elocidad de en+riamiento es el cálculo de los requisitos de precalentamiento. 6or ejemplo" cuando las c>apas son relati,amente gruesas * se necesitan ,arias pasadas" más de seis para completar la unión" la ,elocidad de en+riamiento" O" ,iene dada por! 5onde! O J &elocidad de en+riamiento en un punto sobre el eje central de la soldadura G#Kseg en el momento justo en que el punto se está en+riando a la temperatura de interés Tc. PJ #onducti,idad térmica del metal G-Kmm" ( seg" ( # strictamente >ablando" la ,elocidad de en+riamiento es má(ima sobre el eje central de la soldadura" * es este má(imo el que nos ,iene dado por la ecuación. Sin embargo" la ,elocidad de en+riamiento en las pro(imidades de la zona +undida es sólo un pequeEo tanto por ciento menos que la del eje central de la soldadura. #onsiguientemente" la ecuación de la ,elocidad de en+riamiento se aplica a toda la soldadura * a la inmediata ;DT. Si las c>apas son relati,amente delgadas" requiriendo menos de cuatro pasadas" la +órmula es! La distinción entre c>apa gruesa * delgada requiere algunas e(plicaciones. La ecuación para c>apas gruesas se emplea cuando el +lujo de calor es tridimensional" >acia abajo tanto como >acia los laterales de la soldadura. La ecuación de c>apas gruesas se podría aplicar" por ejemplo" a
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un pequeEo cordón depositado sobre una c>apa de espesor grueso. La ecuación para c>apas delgadas se aplicaría a cualquier pasada )nica" soldadura de penetración completa" o corte térmico. Dlgunas ,eces" no es +ácil determinar si la c>apa es gruesa o delgada debido a que estos términos no tienen un signi+icado absoluto. 6or esta razón" es )til de+inir una cantidad adimensional denominada espesor relati,o de la c>apaN r. La ecuación para c>apas gruesas se aplica cuando r es ma*or de 1"= * la ecuación de c>apas delgadas cuando r es menor que 1"3. #uando r está comprendido entre 1"3 * 1"= la ecuación de las c>apas gruesas da una ,elocidad de en+riamiento demasiada alta * la ecuación de las c>apas delgadas una ,elocidad que es demasiado baja. Sin embargo" si se e+ect)a una di,isión arbitraria a un ,alor de r J 1"an depositado con unas ,elocidades de 3" acer posible la unión de los metales en,ueltos. l tipo de +uente de calor es básicamente lo que describe el tipo de proceso" Dlgunos de estos procesos >an sido desarrollados para algunas aplicaciones especi+icas mientras otros se mantienen mu* +le(ibles cubriendo un amplio rango de acti,idades en la soldadura. Dunque la soldadura es usada principalmente para unir metales similares * >asta partes metálicas no similares es también mu* usada" de manera mu* notable" para reparar * reconstruir partes * componentes a,eriados o gastados. ntre los procesos de Drco se inclu*en la soldadura de electrodo cubierto" conocido como MDDKSMDV" ?MDV o también conocido como MI? * el sistema de alta deposición por arco sumergido SDV. (isten tras ,ariantes como la 6DV soldadura por 6lasma" V Gelectro slag la soldadura Gsin arco eléctrico por +ricción @SV que +orman parte de los nue,os a,ances tecnológicos que se adelantan en los procesos de soldaduras para crear alternati,as adaptadas a los procedimientos de alta producción * limitaciones especiales de ciertos procesos o materiales.
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RECOMENDACIONES 6or consideraciones metal)rgicas" generalmente" se aconsejan aportes térmicos bajos" *a que la ;DT se reduce * las características de los metales base se mejoran al tener estructuras dendríticas +inas. 6ensando solamente en este sentido" nos lle,a a la utilización de muc>os cordones pequeEos en lugar de pocos cordones grandes para obtener una determinada soldadura. @actores económicos nos lle,an" por otro lado" a la consideración de emplear grandes pasadas de soldadura debido a un ma*or incremento de la producti,idad. Sin embargo" también es aconsejable" desde el punto de ,ista metal)rgico" reducir la ,elocidad de en+riamiento en el soldeo de metales +érreos +ácilmente endurecibles" pudiendo signi+icar esto un aumento de aporte térmico.
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