INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL T E S I S

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

ESTUDIO COMPARATIVO DEL PROCESO DE SOLDADURA

MIG Y TIG EN UN ACERO INOXIDABLE 416 UTILIZADO EN LA

INDUSTRIA ALIMENTICIA Y DE GENERACION DE CALOR

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO MECÁNICO

P R E S E N T A :

JUAN CARLOS CAMACHO GONZÁLEZ

ISMAEL GONZÁLEZ LUNA

JOSÉ JUÁN SÁNCHEZ CUREÑO

DIRIGIDA POR:

M. EN C. MARTÍN DARÍO CASTILLO SÁNCHEZ

M. EN C. JESÚS GARCÍA LIRA

INDICE

INTRODUCCIÓN

CAPITULO 1

ANTECEDENTES

1.2 Proceso tecnológico de la soldadura. 11

1.3 Ventajas y desventajas del proceso tecnológico de la soldadura. 11

1.4 Usos y aplicaciones de la soldadura. 13

CAPITULO 2

PROCESOS DE LA SOLDADURA

2.2 Proceso y equipo para soldadura de arco. 17

2.2.1 Circuito de la soldadura de arco. 18

2.2.2 El arco eléctrico. 18

2.3 Soldadura de arco metálico protegido (SMAW). 18

2.4 Soldadura con arco metálico y gas (GMAW). 19

2.5 Soldadura con arco de tungsteno y gas (GTAW). 20

2.6 Soldadura de arco sumergido. 22

2.7 Procesos de soldadura por resistencia. 22

2.7.1 Equipo para soldadura a resistencia. 24

CAPITULO 3

MATERIALES DE APORTE DE LA SOLDADURA.

3.2 Electrodos para soldadura de arco. 26

3.3 Clasificación AWS-ASTM de los electrodos de acero al carbono. 27

3.4 Uso de electrodos de acero al carbono para soldadura de arco. 28

3.5 Electrodo de aceros aleados. 31

3.6 Especificaciones AWS-ASTM para varillas de soldadura a gas. 31

3.7 Electrodos y varillas de soldadura de acero inoxidable. 32

3.8 Materiales de aporte para recubrimientos superficiales. 32

3.9 Electrodos y fundentes para soldadura de arco sumergido. 34

3.10 Metales de aporte para soldadura de arco de tungsteno y gas (TIG). 34

CAPITULO 4

ACEROS INOXIDABLES

4.0 Introducción. 37

4.1 Micro estructuras de los aceros. 37

4.1.1 Ferrita (Hierro a). 37

4.1.2 Cementita. 38 4.1.3 Perlita. 38 4.1.4 Austenita. 39 4.1.5 Martensita. 39 4.1.6 Troostita. 39 4.1.7 Sorbita. 40 4.1.8 Bainita. 40

4.2 Aplicaciones de los aceros inoxidables. 40

4.3 Objetivo de la cementación. 41

4.3.1 Características de la cementación. 41

4.4 Diagrama de fase. 41

4.5 Tipos de aceros inoxidables. 42

4.5.1 Aceros martensíticos. 42

4.5.2 Aceros austeníticos. 45

4.5.3 Aceros férricos. 45

4.6 Aceros a alta temperatura. 46

CAPITULO 5

METALURGIA DE LA SOLDADURA

5.1.1 Propiedades mecánicas. 48

5.1.2 Propiedades térmicas. 49

5.1.2.1 Relación entre la conductividad térmica y la dilatación térmica. 51

5.2 Aspectos metalúrgicos de la soldadura. 55

CAPITULO 6

DESARROLLO EXPERIMENTAL Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.

6.1.1 Montado y corte de la materia prima. 61

6.1.2 características del equipo de soldadura utilizado. 63

6.1.2.1 Condiciones en que se efectuó la soldadura. 64

6.2 Manufactura de las probetas. 64

6.2.1 Manufactura de las probetas para la prueba de tensión y doblado. 65

6.2.2 Maquinado de las probetas. 66

6.3 Medición de la Dureza Vickers. 73

6.3.2 Procedimiento. 75

6.3.2.1 Resultados de la prueba de dureza. 76

6.3.2.2 Análisis de resultados. 77

6.4 Maquinado para las probetas que se utilizaran en los ensayos de Microscopia 77

Electrónica. 6.4.1 Análisis con microscopio electrónico de barrido, alto vacio (MEB). 77

6.4.2 Resultados. 79 6.5 Prueba de Tensión. 80 6.5.1 Equipo. 80 6.5.2 Procedimiento. 80 6.5.3 Resultados. 84 6.5.4 Análisis de resultados. 87 6.6 Prueba de Doblado. 87

6.7 Ensaye de ultrasonido (U.S.). 89

6.7.1 Marco teórico. 89

6.7.2 Generación y defectos del ultrasonido. 91

6.7.3 Palpadores o sondas de U.S. 92

6.7.4 Medida de espesores de pared por ultrasonido. 94

6.7.5 Detector universal de defectos por ultrasonido. 94

6.8 Palpadores. 95 6.8.1 Medidor de recubrimientos. 97 6.9 Equipo. 97 6.9.1 Procedimiento. 97 6.9.2 Resultados. 97 6.9.3 Análisis de Resultados. 103

CONCLUSIONES

REFERENCIAS.

INTRODUCCIÓN

No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir el metal para ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3000 a.c. y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro; los griegos ya conocían hacia el 1000 a.c. la técnica de cierta complejidad para endurecer armas de hierro mediante el tratamiento térmico.

Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y de hecho todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.c.) se clasifican en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado.

Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico lleno de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y dejar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía sostener un 3% de partículas de escoria y un 0.1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente autentico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero.

Después del siglo XIV se aumento el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incremento el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y continuación absorbía mas carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después fabricar el acero. La producción moderna de arrabio emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado de arrabio para la producción de acero con chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en 1855 desarrollo el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de 1960 funcionan varios mini hornos que emplean electricidad para producir acero a partir de chatarra.

Las aleaciones de hierro y carbono –aceros y fundiciones- son las aleaciones metálicas más importantes de la civilización actual. Por su volumen, la producción de fundición de acero supera en más de diez veces la producción de todos los demás metales juntos.

Corriente mete se da el nombre de acero y fundición, a las aleaciones hierro-carbono (si se tienen más de 2% de C son fundiciones y si tienen menos del 2% de C son aceros).

El uso del hierro y el acero como metales estructurales ha sido uno de los desarrollos tecnológicos de mayor importancia. Las herramientas ferrosas primitivas aparecieron por primera vez alrededor de 4000 – 3000 a.c. Se fabricaron de hierro meteorítico, obtenidos de los meteoritos que habían caído en la tierra.

El verdadero trabajo en hierro se inicio en Asia Menor aproximadamente 1100 a.c. y señalo la llegada de la edad del hierro. La invención del alto horno, aproximadamente 1340 d.c., hizo posible la producción de grandes cantidades de hierro y acero.

Materias primas.

Los tres materiales básicos que se utilizan en la fabricación del hierro y del acero son el mineral de hierro, la piedra caliza y el coque. Aunque no existe en estado libre en la naturaleza, el hierro es uno de los elementos en mayor abundancia en el mundo, formado aproximadamente 5% de la corteza terrestre (bajo forma de varios minerales).

Una vez extraído de la mina, el mineral es triturado en partículas finas, las impurezas son eliminadas utilizando varios métodos como la separación magnética y el mineral se forma en pelets o bolas. El mineral de hierro concentrado se conoce como beneficiado (como otros minerales concentrados).

Algunos minerales ricos en hierro se utilizan directamente sin hacerlo en pelets. El mineral empleado se mezcla con carbón, coque por ejemplo, y un fundente en un alto horno en el cual por combustión incompleta del carbón se forma del gas reductor llamado monóxido de carbono que reduce el mineral y deja en libertada el hierro. Este fundido se recoge en el pozo del horno o crisol de donde se retira la escoria por una abertura superior y la masa liquida de hierro bruto o arrabio, por otra más baja, dejando que se derrame y moldes de arena, o en moldes enfriados donde solidifica. El arrabio que contiene 1.5 a 4% de carbono, en parte libre, en forma de grafito y en parte combinado con el hierro con lo que constituye el carburo de hierro (FeC), junto con otras impurezas entre ellas fosforo, azufre y silicio sirve para preparar hierro dulce y acero. Prácticamente la mayor proporción de arrabio se utiliza en la industria moderna para obtener el acero, que es hierro que contiene 0.16 hasta casi 2% de carbono y vestigios mínimos de fosforo y azufre.

El coque se obtiene de grados especiales de carbón que se calienta en hornos verticales hasta temperaturas de 1150ºC (2100ºF) y luego se enfría con agua en torres de enfriamiento. El coque tiene varias funciones en la fabricación del acero. Otra es generar el elevado nivel de vapor requerido apara que ocurran las reacciones químicas en la fabricación del acero. Un segundo es producir monóxido de carbono (un gas reductor, elimina el oxigeno), el cual es utilizado para reducir el oxido de hierro a hierro. Los subproductos químicos del coque se utilizan en la fabricación de plásticos o de compuestos químicos. Los gases que han sido emitidos durante la conversión de carbón a coque se utilizan como combustible para las operaciones de la planta. La fundición de la piedra caliza (carbonato de calcio) es remover impurezas des hierro fundido. La piedra caliza reacciona químicamente con las impurezas, actuando como fundente (lo que significa que fluye como fluido) lo que hace que las impurezas se fundan a baja temperatura. La piedra caliza se combina con las impurezas y forma una escoria que es ligera, flota sobre el metal fundido y que se subsecuentemente es eliminada.

Fabricación del hierro.

Las tres materias primas son llevadas a la parte superior de un alto horno y lanzado dentro del mismo, este proceso se conoce como cargar el horno. El alto horno es básicamente un gran cilindro de acero recubierto con tabique refractario resistente al calor, tiene la altura de aproximadamente un edificio de 10 pisos.

La mezcla de la carga se funde en una reacción a 1650ºC (3000ºF) con aire precalentado aproximadamente 1100ºC (2000ºF) y soplado en el horno (de ahí el termino en ingles de blast Furnace) atravéz de toberas (tuyeres). Aunque ocurre un cierto número de reacciones, la reacción básica es la del oxigeno con la del carbono que a su vez reacciona con el oxido de hierro y lo reduce a hierro. El precalentamiento del aire de entrada es necesario porque la sola combustión del coque no produce temperaturas suficientemente elevadas para que ocurran las reacciones. Flotan hacia la parte superior del metal. A intervalos de 4 a 5 horas el metal fundido se vacía en cubas o carros torpedos, cada una de ellas con 160 toneladas de hierro.

El metal fundido en esta etapa se conoce como hierro cochino o simplemente arrabio caliente. Tiene una composición típica de 4% de carbono, 1.5%de cilicio 1% de manganeso, 0.04% de fosforo, siendo el resto de hierro. El uso de la palabra cochino en ingles proviene de las primeras prácticas de vaciar el hierro fundido en pequeños moldes en la arena, organizados como una anidada de cochinos alrededor de un canal principal. El metal solidificado (cochino) se utiliza después en la fabricación de hierros y aceros.

Fabricación del acero.

El acero se produjo por primera vez en china y Japón aproximadamente en 600 – 800 a.c. El proceso de fabricación de acero es esencialmente el de refinar el hierro cochino, mediante la disminución del porcentaje de manganeso, silicio, carbono y otros elementos y de controlar la composición del resultado mediante la adición de varios elementos. Para obtener el acero se descarbura el arrabio, es decir, se elimina de este el carbono, y después se vuelve a carburar el hierro obtenido con la cantidad necesaria de carbono para que el porcentaje de este quede comprendido entre los extremos arriba citados, pues de tales porcientos dependen las propiedades especificas del acero ordinario. La fabricación del acero puede realizarse por los siguientes procedimientos: de cimentación, de crisol, de Bessemer, de hogar abierto o Siemens-Martin, y eléctricos. El metal fundido del alto horno se transporta a uno de tres tipos de hornos; de hogar abierto, eléctrico o de oxigeno básico. También se deben considerar métodos más antiguos como la cementación, al crisol o el convertidor de Bessemer.

Capitulo 1

NATURALEZA DE LA SOLDADURA.

En este capítulo son brevemente descritos los antecedentes históricos de la soldadura así como su proceso tecnológico. Se mencionara también sus ventajas, desventajas, usos y aplicaciones. 1.1 Antecedentes históricos.

El progreso efectivo del hombre se hizo palpable desde que utilizo los metales; antes de ello su vida fue difícil, cruel y peligrosa.

Sin los metales, muchos de los productos actuales incluidos en nuestras necesidades comunes serian imposibles.

Probablemente los primeros hombres descubrieron los metales al establecerse en las arenas y encender sus lumbres: arenas que contenían cobre, estaño o aluminio que con el calor del fuego probablemente se fundieron y ya en ese estado hicieron su presentación en el mundo iniciándose así la Era del bronce, que es el resultado de la mezcla del cobre con otros metales, que se efectúa a relativas bajas temperaturas.

Posteriormente, como a unos 1400 años antes de la era cristiana, los pueblos egipcios y los de Asia menor a lo largo del mediterráneo; comenzaron a construir armas, herramientas y otros productos con el hierro, dando con ello principio a la edad del hierro, sin lograr siempre su fundición por la enorme dificultad de obtener altas temperaturas y hasta que se consiguieron las mismas se comenzó a forjar el hierro.

Más adelante y mediante la elevación de la temperatura, el hombre pudo unir dos piezas del mismo metal por medio del martilleo.

Pero el proceso anterior del calor y la presión no logro una completa fusión del metal, que permitiera la amalgama del mismo; resultado de la forja más bien una unión mecánica de las superficies con una relativa resistencia cuya parte débil era el lugar en donde se efectuaba la unión.

A lo sumo, hará unos 70 años que el proceso de la soldadura moderna comenzó consistente en la unión de dos piezas, sea en forma permanente, utilizándose para ello las técnicas y materiales adecuados.

La soldadura de arco es considerada actualmente como la mejor y la más económica en la unión de los metales.

Todos los metales son soldables siempre que se aplique el proceso y la técnica adecuada.

En ocasiones, fracasa el intento de soldar metales porque se ha pasado por alto uno de estos dos factores, para lo cual es necesario comprender y conocer las composición, estructura y propiedades de los metales, resultando una estrecha relación entre la metalografía y la soldadura de un metal.

1.2 Proceso tecnológico de la soldadura.

Un cuerpo sólido es un conjunto de átomos que se encuentran en mutua interacción. Las características físicas y de resistencia del cuerpo están determinadas por la posición de los átomos y sus enlaces.

La rotura de un cuerpo sólido es el resultado de la destrucción de los enlaces entre los átomos que se encuentran en la zona de rotura. Cuando dos cuerpos separados se unen formando un solo elemento, ocurre el fenómeno inverso a la de la rotura. Relacionado con esto se encuentra el proceso tecnológico de soldadura, resultado del cual se logra la unión inseparable de metales, sus aleaciones y otros materiales (plástico, cristal, etc.).

La unión obtenida mediante soldadura se caracteriza por el enlace estructuralmente continuo y monolítico, el cual se logra sobre la base del enlace atómico molecular entre las partes acopladas de las piezas. Para que tenga lugar la soldadura es necesario que ocurra un acercamiento de las filas de átomos de una pieza con las de otra a una distancia del orden de 10-8cm, es decir, aproximadamente igual al parámetro en la retícula cristalizada del metal de las piezas que se unen. Con este acercamiento los electrones exteriores de los átomos de las piezas que se unen forman un sistema electrónico general (colectivo) mediante el cual se obtiene la soldadura. Sin calentamiento se pueden soldar solamente metales muy plásticos, por ejemplo: aluminio, cobre, plomo, y sobre la base de la aplicación de altas presiones especificas de compresión.

La soldadura ha sustituido casi totalmente el remachado para fabricar calderas, reactores a presión, tanques y miembros estructurales para puentes y edificios; es el medio principal empleado pata unir firmemente tableros y mineros para la construcción de carrocerías de automóviles, marcos y accesorios de montaje, cuerpos de equipos industriales y bastidores; así mismo, se ha convertido la soldadura en medio para unir por lo menos algunas de las partes en la mayoría de los productos manufacturados actualmente.

1.3 Ventajas y desventajas del proceso tecnológico de la soldadura.

Una técnica no puede imponerse si no es fuente de progreso y reúne a la vez factores de calidad y economía. Es por ello que la soldadura, como proceso tecnológico, ha logrado imponerse indiscutiblemente en todos los campos de las construcciones metálicas. La soldadura en comparación con otros procesos de unión, garantiza un conjunto de ventajas como son:

* Economía de metal, como resultado de la utilización total de la sección de trabajo de los elementos en las construcciones soldadas, que permiten soluciones constructivas de formas más racionales en correspondencia con las cargas actuantes, así como una disminución del peso de las costuras comúnmente es de 1-2% mientras que en el remachado (los remaches y refuerzos) nunca es menor de 4% del peso de la pieza. La soldadura produce una economía de metal de hasta un 25% con respecto al remachado, y si se analiza en relación con la fundición el ahorro alcanza 25-35% cuando es sustituida la fundición de acero y de 50-60% cuando se sustituye el hierro fundido. El empleo de la soldadura en la construcción de edificios permite disminuir el peso de la construcción metálica en un 15%, agiliza la fabricación y aumenta la resistencia de toda la construcción.

* Reducción de los periodos de trabajo y disminución de los costos de fabricación de la construcción debido a la disminución de los gastos de metal y de las dificultades de trabajo. * Posibilidades de fabricación de piezas deforma compleja mediante soldadura de elementos aislados fundidos o forjados en sustitución de piezas totalmente fundidas o forjadas. Tales construcciones son denominadas estampada-soldadas y fundida-soldadas; son muy utilizadas en la construcción de automóviles, aviones, vagones, maquinas, etc., y su empleo permite economizar metal y fuerza de trabajo.

Pueden ser soldados metales disímiles: aceros inoxidables con aceros al carbono, cobre con acero y otros.

* Reducción del costo de los equipos tecnológicos. Los equipos de soldadura no son complejos resultan relativamente baratos y de alta productividad. Esto reduce los gastos de instalación de talleres y fábricas e elaboraciones metálicas y acelera su entrada en acción.

* Disminución de complejidad de la mecanización de la producción masiva de piezas soldadas de un mismo tipo. La posibilidad de crear un flujo de producción con un 10% de ciclos productivos mecanizados y automatizados que aumentan fuertemente el volumen de producción.

* Posibilidad de un amplio empleo en las construcciones soldadas de los tipos de materiales modernos: aceros de alta resistencia. Perfiles doblados, laminados de múltiples capas, aleaciones ligeras, metales de alta pureza y otros.

* Elaboración de componentes microminiturizados y de las piezas en producción de varios tipos de artículos, como por ejemplo: lámparas miniaturas, elementos semiconductores, etc.

* Posibilidad de un amplio empleo de soldadura, el relleno y el corte en reparaciones donde estos procesos de elaboración de metales permiten rápidamente y con el mínimo de gastos recuperar mecanismos desgastados y equipos rotos desechados por la producción.

* Hermeticidad y confiabilidad de las uniones soldadas.

*Disminución de los ruidos originados por la producción y el mejoramiento de las condiciones de trabajo de los talleres. Con la soldadura de obtienen uniones soldadas que tienen una resistencia mayor que la del metal base, por esto se emplea en la elaboración de las construcciones más importantes. Que trabajan a altas presiones y temperaturas, y también bajo presión, puentes, aviones, turbinas hidráulicas y de vapor, mecanismos hidráulicos, quipos agrícolas, de transporte, etc.

La soldadura también presenta desventajas. Muchos de los trabajos que se efectúan con este proceso dependen el factor humano, es decir, de la habilidad del operario, esto trae por consecuencia la necesidad de efectuar inspecciones internas de la calidad de las costura con frecuencia.

Debido a que aún presenta dificultades respecto a diversos tipos de aplicaciones en que fundamentalmente estén presentes las cargas dinámicas, queda limitada su aplicación por diferentes códigos y normas constructivas.

No obstante, las ventajas exceden con creces las desventajas y ahí su rápido crecimiento en aplicaciones industriales.

1.4 Usos y aplicaciones de la soldadura.

La importancia de la soldadura queda establecida por el hecho de que actualmente no existe ninguna empresa industrial que no utilice la soladura, ya sea dentro de sus procesos de producción, o bien, para conservación o reparación de sus equipos e instalaciones.

Además en la vida diaria nos encontramos rodeados y utilizamos continuamente artículos que, en mayor o menor porcentaje, han sido soldados; barcos, trenes, automóviles, camiones, grúas, aviones, tanques de almacenamiento, tuberías, edificios, puentes y estructuras en general, televisores, radios, estufas, mesas, sillas, licuadoras, refrigeradores, focos, etc., serian algunos ejemplos de la gran variedad de productos tanto industriales como domésticos que en algunas de partes han sido soldadas.

Considerando lo anterior se puede clasificar a la soldadura de acuerdo a su aplicación industrial en forma siguiente:

a) SOLDADURA PARA PRODUCCIÓN

* Soldadura de unión

* Soldadura de revestimiento

b) SOLDADURA PARA MANTENIMIENTO

* Soldadura de reparación *Soldadura de conservación

En producción se emplea la soldadura de unión para unir diversos componentes de artículos metálicos fabricados en serie.

La soladura de revestimiento sirve para depositar un metal de ciertas propiedades sobre otro de propiedades diferentes.

La soldadura para mantenimiento de reparación, se aplica cuando es necesario recuperar o reconstruir piezas que se rompieron o desgastaron excesivamente.

Soldadura de mantenimiento de conservación es utilizada cuando se necesita recuperar una pieza que aún sirve, pero que es necesario repara para que funcione eficientemente o para evitar que sufra un daño mayor.

Capitulo 2

PROCESOS DE LA

SOLDADURA

Un buen trabajo de soldadura queda tan fuerte como el metal original. En el presente capitulo se describen los procesos por fusión. Destacando el proceso por soldadura por arco eléctrico. (SMAW)

2.1 Procesos de soldadura.

La soldadura por fusión (welding) es un medio para unir metales concentrando calor o presión o ambos en el empalme con el fin de causar la coalescencia de las áreas adyacentes. Un buen trajo de soldadura queda tan fuerte como el metal original. La operación de soldar se efectúa de diversas maneras. Los procesos comunes de importancia comercial se encuentran anotados en la figura 2.1. En una clase importante de los procesos se funde el metal base en la unión y se añade otro metal, ordinariamente, para llenar la unión. Se efectúa un fenómeno de fusión y es necesario aplicar presión. Otra clase e procesos dependen de la unión de las piezas por presión en el empalme o unión.

La soldadura con arco eléctrico, soplete de gas, rayo energético y termita son procesos de fusión en los que el metal de relleno es esencialmente igual al metal de base en las partes que se están uniendo. En la soldadura con soldadura fuerte y en la operación de soldar con soldadura blanda se emplean metales de relleno que son diferentes al metal base y que funden a temperaturas más bajas que este metal, pero que no se funde a la temperatura de operación. Los principales tipos de procesos de unión del metal en condiciones plásticas son la soldadura por resistencia, presión y forjado.

La soldadura por fusión se efectúa en operaciones manuales, semiautomáticas o automáticas dependiendo esto principalmente de la cantidad y diversidad del trabajo a efectuarse. Ha sustituido casi totalmente al remachado para fabricar calderas, reactores a presión, tanques y miembros estructurales para puentes y edificios; es el medio principal empleado para unir firmemente tableros y miembros para la construcción de carrocerías de automóviles; ha ocupado el lugar de las piezas coladas en una proporción importante.

2.2 Proceso y equipo para soldadura de arco.

De todos los procesos de soldadura, el de soldadura con arco es el que más se aplica con más frecuencia en la industria en general. En esta soldadura, el calor necesario para fundir el electrodo y el metal de la pieza de trabajo se genera por la resistencia (fricción) de ambos al paso de la electricidad (corriente).

Cuando pasa electricidad por un alambre, el movimiento de la energía eléctrica en el alambre origina una fricción, dicha fricción calienta el alambre. Como el alambre se calienta como resultado de su resistencia al paso de la electricidad, es lógico deducir que cuanto mayor sea el flujo (corriente) de electricidad que pasa por un alambre de un diámetro dado mayor será la fricción que resulte. El incremento de fricción dará así lugar a un incremento en calor.

El estudio o descripción de los diferentes procesos de soldadura por arco se pueden agrupar según diferentes criterios: tipo de arco, tipo de electrodo, grado de mecanización, tipo y polaridad de la corriente y tipo de protección.

Según el tipo de arco, o la forma de este, se encuentran los de acción directa y de acción indirecta: Los primeros se caracterizan porque el arco salta directamente entre las piezas a soldar (metal base) y el extremo del electrodo. Un ejemplo típico de este tipo de proceso es el que ocurre en la soldadura por arco manual, la más generalizada en la industria es la soldadura por arco eléctrico. El segundo tipo es el que se caracteriza por utilizar mas de un electrodo (generalmente dos) y el arco salta entre ellos, e incide de forma indirecta sobre el metal base, un proceso típico en el proceso de soldadura por arco en atmósfera de hidrogeno atómico.

Según el tipo de electrodo que se emplea, el proceso puede ser con electrodo fusible o con electrodo insufrible. En el primero se tiene la particularidad de que el electrodo, además de ser el elemento del circuito eléctrico es el metal de aportación (soldadura manual por arco eléctrico). En el proceso con electrodo insufrible se usan electrodos de carbón o tungsteno, ejemplos de esto se encuentran en la soldadura en atmósfera de gases inertes (TIG o MIG).

De acuerdo con el grado de mecanización puede ser manual, semiautomático o automático en dependencia de la forma en que se ejecuten los movimientos necesarios para la soldadura.

Según el tipo y polaridad de la corriente que se emplea existen procesos de arco con corriente continua y con corriente alterna. En el primer caso se tiene en cuenta la polaridad de la conexión de la fuente respecto al electrodo y al metal base. Además existe la polaridad normal y la polaridad invertida, en la primera se conecta el polo positivo de la fuente al metal base y el negativo, al electrodo. En la polaridad invertida la conexión es al revés.

De acuerdo el tipo de protección empleada en la zona de soldadura existe diversos procesos; sin protección, con protección de escoria o fundente fundido, con protección de atmósfera gaseosa, con protección combinada de atmósfera gaseosa y fundente, etc.

2.2.1 Circuito de la soldadura de arco.

Para establecer un circuito de soldadura debe conectarse con una fuente de energía eléctrica. En la mayoría de los procesos de soldadura de arco, dicha fuente es la máquina de soldar. Se utilizan dos cables. Uno sirve para conectar el porta electrodo a una de las terminales de la maquina, y por ello se le llama cable de electrodo o terminal de electrodo. El otro cable conecta la presilla o pinza de tierra a la otra terminal, y se conoce como cable de tierra o cable de la pieza de trabajo. Ambos cables deben ser del tamaño, la longitud y material adecuados para conducir la corriente requerida ofreciendo poca resistencia, de lo contrario, la energía se disipara, desperdiciándose en forma de calor en el cable (ver fig. 2.2)

Figura 2.2 Circuito de la soldadura de arco.

2.2.2 El arco eléctrico

El aire seco es un mal conductor de la electricidad, casi puede clasificarse como no conductor. La electricidad no se transmite en realidad a través del aire. Pero bajo ciertas condiciones salta en un arco eléctrico entre hierro de aire. La corriente de soldadura que pasa a través de este hierro de aire de alta resistencia genera un calor muy intenso en el arco, el cual puede ser de 6000 a 10,000 ºF. Como resultado el metal base se funde en el punto en el que el arco toca la punta del electrodo.

Para mantener el arco estable y consistente, se incorpora ciertas substancias químicas en los recubrimientos de los electrodos, las que ayudan a contener y dirigir el arco, sirviendo también para proteger el metal de aporte fundido del contacto con el aire mientras aquel pasa a través del arco.

2.3 Soldadura de arco metálico protegido. (SMAW)

El proceso principal de soldadura sigue siendo en todo el mundo la soldadura por arco metálico protegido, son electrodos revestidos de fundente. Al igual que otros procesos eléctricos, se utiliza

el calor del arco para llevar la pieza de trabajo y un electrodo consumible al estado de fusión (ver fig. 2.3) en este proceso, el arco acarrea en realidad pequeñísimos glóbulos de metal fundido, procedentes de la punta del electrodo, hacia la zona fundida que se forma sobre la pieza de trabajo. El principio clave de este proceso es, sin embargo, la protección, la cual se obtiene por la descomposición del recubrimiento del electrodo en el arco. El recubrimiento desempeña una o las tres funciones siguientes:

1.-La creación de una atmósfera inerte que protege al metal fundido del contacto con el oxígeno y el nitrógeno u otros contaminantes del aire.

2.-La adición de desoxidantes o limpiadores para refinar la estructura granular del metal de la solución.

3.-La formación de una película de escoria de endurecimiento rápido, que protege la zona fundida de soldadura.

La soldadura de arco metálico con núcleo fundente es una versión especializada de este proceso, en el cual el electrodo es un alambre hueco relleno de fundente alimentando en forma continua. La composición y la función del fundente son en esencia, las mismas que en el caso del electrodo recubierto. La ventaja de este proceso radica en su adaptabilidad a los métodos de aplicación semiautomático y automático.

Figura 2.3 Soldadura de arco metálico protegido. (SMAW)

2.4 Soldadura con arco metálico y gas. (GMAW)

El proceso GMAW (también conocido como MIG en ingles o con un metal y gas inerte) es, en esencia, un proceso de CD con polaridad invertida, en el arco el electrodo consumible, sólido desnudo, es protegido de la atmósfera por medio de una atmósfera protectora proporcionada en forma extendida, en general de bióxido de carbono, de mezclas de argón y bióxido de carbono, o de gases como base de helio. Existen dos medios para aplicarse el proceso. Un método para todas

las posiciones, en las que se utiliza una pistola movida a mano, y otro de cabeza automática, que

La transferencia del metal por el proceso; IG se logra por uno de dos métodos del arco de rocío y el

método del corto circuito.

La soladura de arco protegido con fundente es una variante de este proceso, en el cual se utiliza un electrodo recubierto de fundente alimentado en forma continua, a la vez de una protección de bióxido de carbono. Esta doble protección permite lograr soldaduras más seguras y resistentes en las aplicaciones semiautomática y automática.

La soldadura MIG se realiza con corriente continua, pues no ha sido satisfactoria la utilización de la corriente alterna. Tanto los generadores como los rectificadores se pueden emplear siempre que las características estáticas de los mismos sean del tipo plana o ascendente.

Los parámetros fundamentales del régimen de soldadura MIG son: intensidad de corriente, polaridad, tensión, diámetro y velocidad de alimentación de electrodo, composición y consumo de gas protector, longitud el electrodo y velocidad de soladura. Ver figura 2.4

Figura 2.4 Soldadura con arco metálico y gas. (GMAW)

2.5 Soldadura con arco de tungsteno y gas. (GTAW)

El proceso GTAW (también conocido como TIG con tungsteno y gas inerte) es el proceso de arco que utiliza un electrodo de tungsteno prácticamente inconsumible, y una atmósfera protectora de gas inerte suministrada en forma externa, generalmente de helio, argón o una mezcla de amos. Las técnicas de manipulación necesarias para soldar con este proceso son similares a las que se requieren para la soldadura con gas combustible; se usa una mano para manipular el soplete y la otra para alimentar el metal de aporte.

La alta densidad de corriente eléctrica producida por este proceso hace imposible soldar a mayores velocidades y obtener mayor penetración que con la soldadura a gas combustible o con la de arco metálico protegido. Pueden hacerse soldaduras de calidad excepcional con este proceso, pero todo depende del ajuste del equipo y de la apropiada preparación del metal base. Este tipo de soldadura con electrodo de tungsteno es un proceso muy importante que se utiliza en la producción, para la soldadura de piezas de aceros especiales (inoxidables y refractarios) aluminio, magnesio, metales de alto grado de afinidad con el oxigeno, etc.

Para la soldadura TIG se utiliza corriente continua con los dos tipos de polaridades y corriente alterna. La polaridad seleccionada desempeña un papel muy importante en los resultados de la soldadura efectuada mediante este proceso. Cuando se utiliza la polaridad normal, el arco produce el máximo de calor en el metal base y el mínimo en el electrodo, desarrolla mayor penetración en el metal base y permite utilizar electrodos de pequeño diámetro pero con polaridad inversa sucede todo lo contrario.

La soldadura TIG se emplea, por lo general, para la soldadura de chapas de pequeños espesores. Al aumentar el espesor del metal que se suelda, disminuye la rapidez de productividad de este procedimiento y se hacen más rentables otros métodos de soldadura. Ver figura 2.5

2.6 Soldadura de arco sumergido.

La soldadura de arco sumergido es un proceso semiautomático. Se emplean uno o dos electrodos metálicos desnudos, y el arco se protege mediante una cubierta de suministro independiente de un fundente granular fusible. No hay evidencia visible del arco en este método, el arco, el electrodo fundido y el pocillo fundido de soldadura están completamente sumergidos en el fundente conductor de alta resistencia.

Variando la composición química del fundente puede soldarse una variedad de metales y aleaciones en diversos tipos de juntas. Sin embargo la soldadura de arco sumergido es primordialmente un proceso de producción que se emplea para soldaduras en línea recta espacialmente en la formación de marcos para cajas. Ver figura 2.6

Figura 2.6 Soldadura de arco sumergido. 2.7 Procesos de soldadura por resistencia.

Principios.

La soldadura a resistencia se lleva a cabo pasando una corriente eléctrica a través de dos piezas de metal unidas a presión. Las piezas coalescentes en las superficies de contacto porque en estos sitios están concentrados más resistencia y calor. El calor queda localizado en donde se necesita la acción rápida. No se necesita usar metal de relleno, la operación exige poca experiencia por parte del operario y es fácil automatizarla, haciendo que estas ventajas hagan del procedimiento un método apropiado para la producción en grandes cantidades. Todos los metales comunes pueden soldarse a resistencia aunque es necesario tomar precauciones especiales al trabajar en algunos de estos. Normalmente no se perjudica ni pierde nada del metal original. Es posible procesar muchas formas y secciones de configuración difícil.

La desventaja principal de la soldadura a resistencia se encuentra en el alto costo del equipo, tiene que haber suficiente trabajo disponible para que se justifique la inversión. Para instalar y mantener el aparato en buenas condiciones de operación se necesita mucha experiencia.

La soldadura a resistencia se efectúa, ordinariamente, con corriente alterna procedente de la línea y reducida a través de un transformador y aplicada durante un tiempo controlado con un dispositivo regulador del tiempo. Los electrodos que se ocupan en la pieza de trabajo también se ocupan para oprimir piezas entre sí. La corriente se encuentra ante una resistencia en el metal pero más marcadamente en las superficies de contacto. Se genera más calor en los sitios donde es mayor la resistencia, por tanto, se trata de introducir el máximo de resistencia y el calor en las superficies de contacto entre las piezas de trabajo para hacer una soldadura que ofrezca seguridad, sin dañar los electrodos. El diagrama de la figura 2.7 indica la distribución térmica que ocurre en una operación satisfactoria.

En el exterior de la zona que tiene que soldarse deberá permanecer baja la temperatura con el fin de conservar los electrodos en buen estado. Esto se efectúa eliminando el mayor calor posible y generando tan poco como se pueda en donde no se necesite. Los electrodos están enfriados sin agua normalmente para eliminar el calor. El calor generado en cualquier punto es proporcional a la resistencia. Los electrodos están hechos de cobre para conducir bien la electricidad y el calor, pero están aleados y chapeados con otros elementos para que su resistencia y durabilidad sean buenas. Las superficies limpias y listas de las piezas de trabajo favorecen la baja resistencia y ayudan ala conservación de los electrodos.

Cuando los materiales de la pieza de trabajo y del electrodo ofrecen casi la misma resistencia, tienden a formar buenas uniones de soldadura. Los metales de baja resistencia como cobre y plata son difíciles de soldar. Para el aluminio se recomienda el uso de electrodos especiales y hechos de aleación de cobre y tungsteno.

Los metales de resistencia alta y medina, como el acero, acero inoxidable, metal monel y bronce al silicio, son fáciles de soldarse. Cuando se suelda el acero tratable térmicamente desciende el calor rápidamente hacia la mesa metálica circundante y el sitio de la soldadura se enfría más o menos rápidamente hasta alcanzar un estado duro y quebradizo.

Los principios que se han descrito se aplican en diversos procesos para satisfacer diversos propósitos: soldadura por puntos, proyección, costura, soldadura al recalado, a tope, etc.

Figura 2.7 Diagrama de Distribución Térmica. 2.7.1 Equipo para soldadura a resistencia.

No existe ninguna máquina universal para toda clase de soldadura a resistencia, pero hay varias características básicas que si son comunes a las diversas formas del equipo. Comunes a todas las máquinas son una fuente de poder, un sistema de reguladores, una impulsión mecánica y una estructura.

La mayoría de las máquinas de soldar a resistencia funcionan con corriente alterna, desde un transformador monofásico. Esto origina un factor de potencia inferior y un desequilibrio severo en los sistemas de potencia trifásico.

Algunas máquinas para soldar a resistencia tienen que disponer de medios para ajustar la cantidad y duración del flujo de corriente para ajustarse a las condiciones exigidas por diferentes trabajos y situaciones.

Algunas maquinas de soldar pequeñas pueden accionarse con un pedal para mantener unidas las piezas. También se utilizan dispositivos mecánicos como levas mecánicas, cilindros de aire, solenoides magnéticos y accionamientos hidráulicos. Muchas máquinas de soldar tienen los electrodos dispuestos a los extremos de los brazos o cuerpos largos, para dar cabida al trabajo. Las líneas de los electrodos constituyen un rizo del circuito secundario en que fluye una corriente densa. Una pieza de trabajo metálica situada en la garganta entre los cuerpos puede elevar considerablemente la impedancia del rizo y disminuir apreciablemente la corriente alterna que puede fluir a un voltaje la pieza de trabajo. La cantidad en que aumente la impedancia depende de las propiedades magnéticas del material y del tamaño de la pieza de trabajo que se prolongue hacia el rizo.

Capitulo 3

MATERIALES DE

APORTE DE LA

3.1 Materiales empleados en la soldadura.

Estos materiales se denominan materiales consumibles de la soldadura y, son los que se van desgastando al hacer los trabajos de soldadura, tales como los electrodos, las varillas de soldadura, los fundentes, los gases combustibles y los gases de protección aplicados exteriormente.

En esencia, todos los metales de aporte que se estudian en este capítulo se clasifican de acuerdo con una de las especificaciones que han desarrollado conjuntamente las sociedades AWS-ASTM (American Welding Society - American Society for Testing and Materials), Subcomité sobre metales de aporte. Los metales de aporte y sus especificaciones correspondientes AWS-ASTM son:

-Electrodos para soldadura de arco, de acero blando recubierto: A5.1 -Varillas de soldadura de hierro y acero para soldar a gas: A5.2

-Electrodos de aluminio y aleaciones de aluminio para soldadura de arco: A5.3

-Electrodos de acero al cromo y al cromo-níquel, resistentes a la corrosión y recubiertos: A5.5 -Electrodos de cobre y aleaciones de cobre para soldadura de arco: A5.6

-Electrodos de cobre y aleaciones de cobre para soldar: A5.7 -Metal de aporte para soldadura fuerte: A5.8

-Varillas de soldadura y electrodos desnudos de acero al cromo y al cromo-níquel, resistente a la corrosión: A5.9

-Varillas de soldadura y electrodos desnudos de aluminio, y aleaciones de aluminio: A5.10 -Electrodos de soldadura de níquel y aleaciones de níquel, recubiertos: A5.11

-Varillas de soldadura y electrodos para recubrimientos superficiales: A5.13

-Varillas desnudas de soldadura y electrodos desnudos de níquel y aleaciones de níquel: A5.14 -Varillas de soldadura y electrodos recubiertos para soldar hierro fundido: A5.15

-Varillas desnudas de soldadura y electrodos desnudos de titanio y aleaciones de titanio: A5.16 -Electrodos desnudos de acero blando, y fundentes para soldadura de arco sumergido: A5.17 -Electrodos de acero blando para soldadura de arco metálico con gas: A5.18

-Varillas de soldadura y electrodos desnudos de aleaciones de magnesio: A5.19 -Electrodos de acero blando para soldadura de arco, con núcleo de fundente: A5:20 -Varillas de soldadura y electrodos compuestos para recubrimientos superficiales: A5:21

Mediante las especificaciones de los metales de aporte, el usuario recibe la información de que un cierto electrodo o varilla de soldadura puede producir un metal de soldadura de propiedades mecánicas específicas.

Al mismo tiempo, el sistema de especificaciones clasifica a los electrodos para las diversas posiciones de aplicación de la soldadura, en cuanto a su capacidad para penetrar adecuadamente en el fondo o la raíz de una junta en cuanto a suministro de energía (corriente alterna o directa). 3.2 Electrodos para soldadura de arco.

El desarrollo de electrodos recubiertos con fundente, capaces de producir soldaduras con propiedades físicas que igualan o sobrepasan las del metal base, ha convertido a la soldadura de arco en el proceso de soldadura más generalizado.

Antes del desarrollo del electrodo recubierto, los gases atmosféricos que rodeaban la zona de soldadura de alta temperatura, formaban óxidos y nitruros con el metal de la soldadura. Los materiales de recubrimiento de los electrodos permiten lograr en forma automática un acabado de limpieza y desoxidante en el cráter fundido. Al arder el recubrimiento en el arco, libera una atmósfera gaseosa, inerte, que protege la fosa de soldadura fundida. Esta atmósfera impide que el oxigeno y el nitrógeno perjudicial se pongan en contacto con el área fundida de soldadura, en tanto que el residuo de recubrimiento quemado forma una escoria para cubrir el metal de soldadura depositado. Esta escoria también aísla a la soldadura del oxigeno y el nitrógeno, ya que se ha enfriado hasta una temperatura en la que ya no se forman óxidos y nitruros. Adicionalmente, la escoria hace que sea más lento el enfriamiento, con lo que se obtiene una soldadura más dúctil.

Además de estos beneficios, se logran otras ventajas con los electrodos recubiertos. El recubrimiento mejora el aspecto de la soldadura, hace más fácil el salto del arco, ayuda a mantener este, regula la profundidad de penetración, reduce el chisporroteo, mejora la calidad de la soldadura a los rayos x, y a veces agrega agentes de aleaciones al metal de la soldadura, o restaura elementos perdidos. La escoria que deja el recubrimiento no solo protege el cordón de soldadura, sino que también ayuda a darle forma. Además, se ha agregado hierro pulverizado al recubrimiento de muchos de los tipos básicos de electrodos. Bajo el intenso color del arco, el polvo de hierro se convierte en acero, y aporta metal al depósito de soldadura. Cuando se agrega en cantidades relativamente grandes, aumenta apreciablemente la velocidad de aplicación de la soldadura, y mejora el aspecto de esta. El recubrimiento del electrodo sirve también de aislante al alambre que constituye el núcleo del electrodo. Afecta a la longitud del arco y al voltaje de trabajo, y controla la posición de aplicación de la soldadura en la que se puede usar el electrodo. La composición del recubrimiento del electrodo es extremadamente importante. La mezcla de los ingredientes adecuados es prácticamente un arte. Además de equilibrar correctamente las características de desempeño previamente mencionadas, el recubrimiento debe tener un punto de fusión algo más bajo que el del alambre del núcleo o el del metal de base. La escoria resultante debe tener una densidad más baja, para que pueda ser expulsada con rapidez y completamente por el metal de la soldadura al enfriarse este.

Cuando se ha de usar el electrodo para hacer soldadura hacia arriba o vertical, la escoria que forme el recubrimiento fundido debe solidificarse rápidamente, para que ayude a sostener al metal fundido contra la fuerza de gravedad.

En la mayoría de los casos, las diferencias en las características operacionales de un electrodo pueden atribuirse al recubrimiento. El alambre del núcleo proviene generalmente de la misma existencia del alambre. Para los electrodos comunes de la serie E-60XX, el alambre del núcleo es de acero al carbono SAE 1010, con un intervalo de contenido de carbono de 0.05 a 0.15%.

3.3 Clasificación AWS-ASTM de los electrodos de acero al carbono.

Esta clasificación está formada por una serie de cuatro o cinco dígitos que lleva como prefijo la letra E. La E indica que se emplea en la soldadura eléctrica. Los números que van a la izquierda de los dos últimos dígitos, multiplicados por 1000, dan la resistencia mínima a la tensión del metal depositado (alivio de esfuerzos); el digito situado junto al último indica las posiciones en las que se

puede aplicar la soldadura, el ultimo numero indica el suministro de energía, el tipo de escoria, el tipo de arco, la penetración y la presencia de polvo de hierro.

3.4 Uso de electrodos de acero al carbono para soldadura de arco.

Los electrodos para soldadura de arco para soldar aceros con contenido bajo y medio de carbono llevan los números de clasificación AWS E-4510 y E-6010, E-6011, E-6012, E-6013, E-7014, E-7015, E-7016, E-7018, E-6020, E-6024, E-6027 y E-7028. El electrodo E-4510 es un electrodo desnudo; los demás, todos ellos de la serie E-6000, son electrodos recubiertos.

Los electrodos AWS E-45XX son desnudos, y tienen una resistencia a la tensión de 45,000 lb/pulg2 en la situación ya aliviada de esfuerzos. Como los electrodos desnudos se usan muy raramente, nos ocuparemos principalmente de los electrodos de la serie E-60XX.

Los electrodos AWS E-6010 están recubiertos con sólido con alto contenido de celulosa. Pueden usarse para soldar en todas direcciones con corriente directa de polaridad invertida. Son adecuados en forma óptica para la soldadura vertical y la soldadura hacia arriba, así como para algunas aplicaciones con lámina metálica.

El electrodo E-6010 es excelente para el punteado profesional por su ductilidad y su cualidad de penetración profunda. Sus propiedades físicas son excelentes y, cuando se le aplica correctamente, sus depósitos satisfacen las normas más exigentes de inspección.

Los electrodos AWS E-6011 están recubiertos con potasio de alto contenido de celulosa. A veces se les describe como la contraparte del tipo E-6010 pueden usarse con resultados igualmente buenos con C.A. o C.D. Estos electrodos producen un potente arco excavador, que da como resultado una penetración profunda. Si bien el recubrimiento de los electrodos E-6011 es ligeramente más grueso que el de los electrodos E-6010, la escoria resultante y los perfiles de los cordones son similares.

Los electrodos AWS E-6012 están recubiertos con sodio de alto contenido de titanio. Están diseñados para soldadura de uso general en todas las posiciones, ya sea con C.D. o C.A. se recomienda específicamente para las aplicaciones de soldadura horizontales y pendiente abajo. Un electrodo E-6012 tiene un arco relativamente silencioso, con penetración media, y sin chisporroteo. El buen engrosamiento que produce, y el no llevar a un exceso de penetración, hacen a este electrodo excelente bajo condiciones de ajuste. Como el arco es de alta estabilidad, los cordones tienen buena apariencia, y están relativamente libres de socavación. Las soldaduras de filete tienen generalmente un perfil convexo, con ondulación uniforme y tersa en la posición horizontal y vertical hacia abajo. La escoria cubre completamente al cordón y puede desprenderse con facilidad.

El electrodo es particularmente adecuado para hacer cordones altamente satisfactorios en lámina metálica, cuando las soldaduras de una sola pasada deben someterse a una inspección radiográfica.

Los electrodos AWS E-6013 están recubiertos con potasio de alto contenido de titanio, y pueden usarse en todas las posiciones, con C.A o C.D. Estos electrodos son similares a los E-6012 pero producen menos chisporroteo, y tienden a socavar menos. Los cordones son de ondulación muy

fina, y su aspecto es superior al de los cordones producidos con los electrodos E-6012. Cambiando de uno a otro fabricante, los electrodos E-6013 pueden resultar diferentes en cuanto a la naturaleza del paso del metal fundido en la corriente del arco. Algunos fabricantes componen en cierta forma sus recubrimientos, con lo cual obtienen una transferencia globular, mientras que otros producen una transferencia de rocío fino, ordinariamente se prefiere la transferencia de rocío fino para los depósitos verticales o aplicados hacia arriba. La cantidad de chisporroteo de este electrodo varia también con las diferentes marcas.

Los electrodos AWS E-7014 tienen un recubrimiento similar al de los tipos E-6012 y E-6013 sin embargo, el recubrimiento de este tipo de electrodo es considerablemente más grueso, ya que contiene una cantidad substancial del polvo de hierro (30% del peso del recubrimiento). La presencia del polvo de hierro permite usar corrientes de trabajo más altas, lo cual se traduce en mejores regímenes de depósito y mejores velocidades de aplicación. El recubrimiento de mayor espesor no lo hace tan idealmente adecuado para la producción de soldadura fuera de posición en material de calibre delgado, se le puede utilizar adecuadamente cuando algún trabajo ocasional lo demande, es particularmente adecuado para la producción de soldaduras en productos de forma irregular, en los que se encuentran aplicaciones de soldadura. La penetración de poca profundidad, y la rápida solidificación, hacen que este tipo de electrodos sea muy adecuado para resolver situaciones de ajuste pobre.

Los electrodos AWS-7015 están recubiertos con sodio de bajo contenido de hidrogeno. Fueron los primeros electrodos para C.D de polaridad inversa, y para todas las posiciones, que se diseñaron para soldar aceros de alto contenido de azufre y alto contenido de carbono, los que tienden a desarrollar porosidad en la soldadura y grietas bajo el cordón.

Los metalurgistas descubrieron que la presencia del hidrogeno en el metal fundido tiende a promover la formación de grietas de bajo del cordón, y la formación de porosidad durante la solidificación. El recubrimiento del electrodo E-7015 se diseño para obtener un contenido de humedad muy bajo, con objeto de limitar la introducción de hidrogeno en la soldadura. El exitoso desempeño de este electrodo condujo al desarrollo posterior de los tipos E-6016 y E-6018, los cuales tiene también contenido de humedad muy bajo en sus recubrimientos. Estos electrodos se conocen comúnmente como electrodos de bajo hidrogeno.

Los electrodos AWS E-7018 son diseño de bajo hidrogeno, y tienen un recubrimiento con 30% de hierro pulverizado. Al igual que los electrodos E-7016, los de este tipo trabajan ya sea con C.A. o con C.D. de polaridad invertida. Tiene todas las características deseables de los electrodos de bajo hidrogeno, los que producen soldaduras sólidas y confiables en aceros difíciles, tales como los de alto contenido de azufre, alto contenido de carbono y bajo contenido de elementos de aleación. Su recubrimiento ligeramente más grueso y con contenido de hierro pulverizado, los hacen generalmente más fáciles de usar que los otros tipos de bajo hidrogeno, por estas razones, son los electrodos que más se usan.

Los minerales de los recubrimientos de los electrodos de bajo hidrogeno están limitados a los compuestos inorgánicos tales como el fluoruro de calcio, el carbonato de calcio, el silicato de magnesio y aluminio, las aleaciones ferrosas y los agentes aglutinantes, tales como los silicatos de sodio y de potasio. Estos electrodos se citan como electrodos a la cal y ferríticos, a causa del uso

general de los recubrimientos preparados a base de cal. (La cal es un producto de descomposición de compuestos tales como el carbonato de calcio.)

Como el recubrimiento de estos electrodos es de mayor espesor que lo normal, las soldaduras vertical y hacia arriba están limitadas a los electrodos de diámetro pequeño. La corriente utilizada es un poco mayor que la de los electrodos E-6010 del tamaño correspondiente.

Las propiedades mecánicas (inclusive la resistencia al impacto) de los electrodos de bajo hidrogeno son superiores a las de los electrodos E-6010 que depositan metal de soldadura de composición similar. El empleo de los electrodos de bajo hidrogeno reduce el precalentamiento y el poscalentamiento de las soldaduras dando lugar así a mejores condiciones de aplicación de la soldadura, y a costos menores o nulos de precalentamiento.

Los electrodos AWS E-6020 están recubiertos con oxido con alto contenido de hierro y se han diseñado para producir cordones de filete horizontales de alta calidad y a velocidades de aplicación elevadas, utilizando ya sea C.A. o C.D. En la posición plana, estos electrodos pueden usarse con C.A. o C.D. en cualquier polaridad. Los electrodos E-6020 se caracterizan por un arco potente del tipo de rocío, y por producir escoria gruesa, la cual cubre completamente el depósito pero se desprende con facilidad. La penetración es mediana a las corrientes normales de trabajo pero con corrientes más altas, y con mayores velocidades de recorrido, se obtiene una penetración profunda. Los depósitos de este electrodo son planos por lo general y, hasta ligeramente cóncavos en su perfil, y presentan una ondulación uniforme y tersa. Las cualidades radiográficas son excelentes, y los cordones de soldadura muestran un chisporroteo medio y una ligera tendencia a la socavación.

Los electrodos AWS E-6024 son sumamente adecuados para la soldadura de filete en producción. Su recubrimiento, con 50% de polvo de hierro, ayuda a producir un alto régimen de depósito y, las velocidades de aplicación son considerablemente mayores que la de los electrodos E-6012, E-6013 y E-6014, los cuales tienen características de trabajo similares. Las características de trabajo incluyen un arco blando y silencioso que prácticamente no producen chisporroteo. Su capacidad de arrastrar el recubrimiento del electrodo sobre el metal de origen mientras se aplica la soldadura, da una apariencia muy tersa al cordón. Las propiedades físicas del depósito de soldadura se comparan favorablemente con la de los tipos E-6012, E6013y E-7014. Como en el caso de los electrodos E-6020, las posiciones de aplicación están limitadas a la plana y la horizontal.

Los electrodos AWS E-6027 son del tipo de 50% de hierro, para trabajos con C.A. o C.D. Las características del arco de este tipo de electrodos se acercan mucho a las del tipo E-6020. Teniendo un régimen de depósito muy elevado, y una escoria que se quiebra para su fácil separación, el electrodo E-6027 es particularmente adecuado para la soldadura de varias pasadas en ranura profunda.

Los electrodos E-6027 producen metal de soldadura de alta calidad, con propiedades físicas que se asemejan mucho a la de los electrodos E-6010. Las características de trabajo hacen que este electrodo sea ligeramente más difícil de manipular que el tipo E-7024; sin embargo, los cordones depositados correctamente pueden tener un aspecto terso.

Los electrodos AWS E-7028 tienen un recubrimiento de bajo hidrogeno, que contiene 50% de hierro pulverizado. Pueden trabajar con C.A. o C.D. en polaridad invertida, y su recubrimiento da a este electrodo un régimen de depósito muy alto. Aunque son capaces de producir las propiedades físicas y la calidad de soldadura que son típicas de los electrodos con recubrimiento de bajo hidrogeno, estos electrodos son adecuados únicamente para las posiciones de aplicación plana y horizontal.

3.5 Electrodo de aceros aleados.

La corriente utilizada de los aceros aleados de alta resistencia ha iniciado el desarrollo de electrodos recubiertos, capaces de producir depósitos de soldadura con resistencia a la tensión superior a las 100,000 lb/pulg2. Las propiedades mecánicas de esta magnitud se logran mediante el uso de un acero aleado como alambre de núcleo del electrodo. En la mayoría de los diseños, el recubrimiento del electrodo es de naturaleza a la cal y ferrifica, típica de los tipos de bajo hidrogeno, y con frecuencia contiene hierro pulverizado. Por esta razón, estos electrodos, de alta resistencia a la tensión, tienen generalmente una clasificación E-XX15, E-XX16, o E-XX18. Sus características de trabajo siguen paralelamente la de los tipos clásicos de bajo hidrogeno y 60,000 lb/pulg2 de resistencia a la tensión. El flexible sistema de identificación de los electrodos, establecido por la AWS, cataloga fácilmente estos electrodos en los grupos establecidos para la serie E-60XX. Por ejemplo, el electrodo E11018 tiene una resistencia a la tensión de 110,000 lb/pulg2, y al igual que el de tipo E-7018, trabaja en todas las posiciones, utiliza C.A. o C.D. de polaridad invertida, tiene escoria de bajo hidrogeno, tiene fuerza y penetración de arco mediano, y contiene 30% de polvo de hierro en su recubrimiento.

3.6 Especificaciones AWS-ASTM para varillas de soldadura a gas.

Las varillas ó alambres para soldadura a gas son varillas de acero que no tiene recubrimiento alguno. La operación de soldadura se determina solamente por la composición de las varillas y la llama de soldar que se utiliza. Se describe a continuación en forma breve las diversas clases de varillas para soldadura a gas.

Las varillas de soldadura de la Clase RG65 se emplean para la soldadura oxiacetilénica de aceros al carbono y aceros de bajo contenido de aleaciones con resistencia comprendida en el intervalo de 65,000 a 75,000 lb/pulg2. Se utiliza en lámina, plancha, tubos y ductos. Cuando se usa un análisis de aleaciones del metal base por alguna propiedad especifica, como la resistencia al flujo plástico o la corrosión, el análisis del metal de aporte debe corresponder con el análisis de la aleación del metal de base. Las varillas de soldadura de clase RG65 son de acero de bajo contenido de aleación. Las varillas de soldadura de la clase RG60 se emplean para soldadura oxiacetilénica de aceros al carbón comprendidos en el intervalo de resistencia de 50,000 a 65,000 lb/pulg2 y para soldar hierro dulce. También pueden usarse aceros de bajo contenido de aleaciones que caigan en este intervalo. Estas varillas son de uso general para soldadura a gas, con resistencia media y buena ductilidad. Que se emplean más comúnmente para la soldadura de tuberías de acero al carbono para plantas de fuerza, tuberías de proceso y en otras condiciones de servicio pesado.

Las varillas de soldadura de soldadura de la clase RG45 son de acero simple con bajo contenido de carbono. La mayoría de las varillas de esta clase son de la siguiente composición nominal: carbono,

0.07% máximo; manganeso 0.25% máximo; fósforo y azufre, cada uno 0.04% máximo, silicio 0.08% máximo. Estas varillas son para uso general, y pueden usarse para soldar hierro dulce.

3.7 Electrodos y varillas de soldadura de acero inoxidable.

Se está fabricando una variedad de electrodos (de prefijo E) y varillas de soldadura de acero inoxidable (de prefijo R, o prefijo ER si el metal de aporte puede usarse ya sea como electrodo o varilla de soldar). Estos metales de aporte pueden producir un metal de soldadura de composición semejante a la de la mayoría de los metales base.

Se incluye manganeso y silicio en el recubrimiento del electrodo para reducir la oxidación; se incluye titanio para promover la estabilidad del arco, para producir una escoria de fácil desprendimiento, e impedir la precipitación de carburos. La cal es un ingrediente extremadamente importante en el recubrimiento, ya que tiende a eliminar el hidrogeno, cuya formación propicia el agrietamiento bajo el cordón.

Cualquier material de alto contenido de carbono está excluido, por la afinidad del cromo por el carbono, especialmente a las temperaturas de soldadura.

El tipo de recubrimiento de bajo hidrógeno que se usa en los electrodos de acero inoxidable es similar al empleado en ciertos electrodos de soldadura de acero al carbón E-7015 y E-7016.

3.8 Materiales de aporte para recubrimientos superficiales.

Los metales de aporte para recubrimientos superficiales se ofrecen generalmente en forma de varilla desnuda vaciada o de varilla tubular, o con alambre sólido o tubular recubierto, y se producen en presentaciones desnudas y recubiertas. La disponibilidad de una aleación en particular en una forma dada depende de la capacidad de la aleación para dejarse vaciar, conformar en alambre o tubo, o producir en la forma apropiada. Como las aleaciones para recubrimientos superficiales se ofrecen en tantas formas, las cubren dos especificaciones de la AWS A5.21 y los electrodos recubiertos por la AWS A5.13.

Antes de continuar, debe señalarse que si bien muchas aleaciones para recubrimientos superficiales están cubiertas por las especificaciones de la AWS, muchas más no lo están, ya sea por estar patentadas o por tener disponibilidad limitada.

El sistema para clasificar los electrodos para recubrimientos superficiales y varillas de soldadura para el mismo uso que se aplica en las especificaciones (AWS A5.13 y AWS A5.21) sigue el patrón estándar empleado en las demás especificaciones para metales de aporte AWS-ASTM. La letra E que inicia cada clasificación indica electrodo; la letra R indica varilla de soldadura. Las letras que van inmediatamente después de la letra E o la R son símbolos químicos de los elementos principales de la clasificación. Así CoCr es una aleación de cobalto y cromo, CuZn es una aleación de cobre y zinc, y así sucesivamente.

Cuando los límites de contenido es porcentaje de los elementos principales de aleación del metal de aporte corresponden a dos o más intervalos definidos, las agrupaciones de los intervalos individuales se identifican por medio de las letras A, B, C y así sucesivamente, como en ECuSn-A. La subdivisión anterior de los grupos A y B se hace únicamente para indicar los límites de porcentaje