Profesor: Ing. Carlos L. Llorente A.A.: José Zuzulich TALLER DE MATERIALES Profesor: Ing. Carlos L. Llorente A.A.: José Zuzulich

EMPALMES MECANICOS SOLDADURA UNION CON ADHESIVOS UNION DE MATERIALES

Soldadura Soldadura: unión entre dos piezas de metal haciendo uso de las fuerzas de cohesión que derivan de un enlace metálico La cohesión de los metales se atribuye pues, a la atracción que los iones positivos ejercen sobre los electrones que transitan entre ellos. Enlace metálico al que resulta de un sistema de iones positivos pertenecientes a diferentes átomos quienes comparten a los electrones de valencia.

Soldadura Todo proceso de soldadura debe lograr el acercamiento de las superficies a unir a distancias del orden interatómico con el propósito de crear las condiciones propicias para que se desarrollen las fuerzas de cohesión inherentes a los enlaces metálicos. El acercamiento de los átomos se logra mediante el aporte de energía (calor-presión)

Soldadura Calor: se puede llegar a fundir los bordes de los metales, los cuales se mezclarán en estado líquido acercándose los átomos para que durante la solidificación, se atraigan formando una nueva red cristalina. Presión: produce la rotura de la capa de óxido, nivelación de crestas y valles por deformación plástica, logrando el contacto de las superficies y, por lo tanto, la unión metalúrgica.

PROCESOS DE SOLDADURA Características comunes desde el punto de vista metalúrgico: A.- Una fuente de energía que lleva al material a un estado en el cual puede ser soldado. B.- Una fuente de protección del cordón o punto de soldadura para prevenir su contaminación que puede provenir de diferente origen. C.- Una fuente de producción de elementos químicos que puede alterar beneficiosa o perjudicialmente la naturaleza del metal a soldar.

PROCESOS DE SOLDADURA 1.- Soldaduras en fase sólida 2.- Soldaduras en fase sólido-líquido 3.-Soldaduras en fase líquida 4.-Soldaduras por resistencia

Soldadura en fase sólida Friction welding and Friction stir welding

Soldadura en fase sólida (FSW)

Principio de operación Consiste en una herramienta formada por dos cuerpos cilíndricos concéntricos (hombro y perno), que rota y se asienta sobre las piezas a unir. Cuando la cantidad de calor producido por rozamiento es suficiente para llevar las piezas a la temperatura de soldadura, se detiene el movimiento perpendicular a la pieza, y se ejerce un empuje el cual produce la soldadura.

Soldadura en fase sólida Extrusión

Soldadura en fase sólida Soldadura por explosivo

Soldadura en fase sólida Es el proceso en el cual se aplica una presión suficiente para producir una unión entre dos o mas piezas en una sola mediante rodillos sin aplicación externa del calor.

Soldadura en fase sólida

Soldadura en fase sólida Soldadura por forja

Soldadura en fase sólida

Soldadura en fase sólido-líquido Soldadura por capilaridad a temperaturas elevadas (mayores de 450º C) Brazing Soldadura por capilaridad a bajas temperaturas (menores de 450º C) Soldering

Soldadura en fase sólido-líquido

Soldadura en fase sólido-líquido

Soldadura en fase sólido-líquido

Soldaduras en fase líquida SMAW

Soldaduras en fase líquida SAW

Soldaduras en fase líquida GMAW (MIG-MAG)

Soldaduras en fase líquida GMAW (MIG-MAG)

Soldaduras en fase líquida GTAW

Soldaduras en fase líquida PAW

Soldaduras en fase líquida ESW /EGW

Soldaduras en fase líquida Soldadura por Electrogas El proceso electrogas, es un desarrollo de la soldadura por electroescoria, siendo similares en cuanto a su diseño y utilización. El electrodo es fundido por un arco, que se establece en un gas de protección. Se utiliza para soldar chapas de 12-100 mm de espesor.

Soldaduras en fase líquida

Soldaduras en fase líquida Soldadura laser :Se pueden soldar hasta 20 mm de acero al carbono. La ZAC es muy pequeña. La relación ancho de cordón/profundidad de penetración se sitúa típicamente entre 1/5 y 1/7, pudiendo llegar a 1/10. Las veloc. de soldadura son muy altas (>5 m/min para espesores finos (1-2 mm).

Soldadura por resistencia

Soldadura por resistencia

Soldadura por resistencia

SOLDADURA La incorporación de la soldadura como tecnología de fabricación en el campo de la unión de metales, hace necesario un riguroso conocimiento de los alcances y limitaciones de esta técnica. La soldadura a diferencia de otros métodos de unión no es inerte respecto de las partes que vincula. Introduce en el sistema acciones térmicas y mecánicas que no quedan confinadas en la soldadura propiamente dicha.

Carácter térmico de la soldadura Preponderancia de los procesos de soldadura por arco. El acercamiento de las superficies, a distancias de orden interatómico, se logra mediante el aporte de calor localizado hasta la fusión de los bordes a unir. Los procesos con mayor concentración de calor presentan menor “a/t”

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA El arco de soldadura: “descarga sostenida de energía eléctrica a través de un plasma y a baja diferencia de potencial”. Plasma: Un gas en estado ionizado. La cantidad de energía necesaria para ionizar los átomos dependerá del gas de que se trate y por lo tanto el calor puesto en juego variará al variar dicho gas. Las disociaciones moleculares comienzan a temperaturas del orden de l000ºC y las ionizaciones alrededor de los 3500ºC.

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA Si la temperatura es suficiente, un gas puede encontrarse con parte de sus moléculas disociadas en átomos y parte de sus átomos disociados en iones y electrones.

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA Caída catódica: depende del tipo de cátodo. Esta se utiliza para arrancar los electrones de sus elementos Caída anódica: es la más importante y la energía en ella liberada tiene un efecto acumulativo, aumentando con la temperatura del ánodo. Los e- chocan dejando libre su energía térmica/cinética. Columna central del plasma es la parte más caliente (átomos, iones y e- se encuentran en un movimiento acelerado y en constante colisión).

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA El número teórico de e- libres N° Avogadro ___________ x peso específico Peso atómico Es interesante comparar estos valores teóricos entre el Na y el K Pesos atómicos: 22,99 y 39,1 (Na y K). Peso específico: 0,963g/cm3 y 0,857 g/cm3. Na= 2,6.1022 e/cm3 K= 1,35.1022 e/cm3.

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA Características del arco Alta intensidad de corriente (50-300 amp) Baja tensión (20-30 volts) Ventajas del arco Gran concentración de calor Alto rendimiento de la energía disipada

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA La energía neta aportada será f1 eficiencia de la transferencia de calor (0,8-1)

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA “f2 “ eficiencia de fusión: fracción de energía neta aportada, empleada para fundir el metal. En la sección transversal de un cordón de soldadura, se identifican tres áreas: Aw = Am + Ar

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA Q: cantidad teórica específica de calor necesaria para fundir un determinado volumen de metal. Es una propiedad del metal: se obtiene mediante la suma del calor requerido para elevar la temp. a la de fusión, más el calor de fusión. Q en J/mm3:

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA La eficiencia de fusión, f2 que caracteriza un cordón de soldadura, puede determinarse midiendo la sección “Aw” y el “Hnet” aportado. f2 es la cantidad teórica de calor para fundir el metal por unidad de longitud, dividido por el aporte neto de energía:

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA Proceso de Soldadura Intensidad de la fuente (Kw/cm2) Rendimiento de fusión (%) OXI-GAS 2 5 GTAW 20- 30 20 SMAW 30- 40 30 GMAW 40-50 40 FCAW 60 50 SAW 200 80 PAW 400 90 Haz de electrones * l000 l00

EL ARCO VOLTAICO USADO EN SOLDADURA Parámetros operativos (“I”, “E” y “v”) Manual: los parámetros son gobernados, dentro de ciertos límites, por el soldador. SMAW, GTAW Semiautomático: “I”, “E” son inamovibles. La veloc. de avance depende del soldador. GMAW, FCAW Automático: los tres parámetros se fijan de antemano. El soldador no puede incidir sobre ellos mientras suelda. SAW

Protección del Metal Fundido El metal fundido por el arco eléctrico es susceptible a la incorporación de elementos del aire, que resultan nocivos: Protección por escoria: SMAW, SAW, ESW Protección por gas: MIG-MAG, GTAW, EBW, LW, EGW, PAW

Estructuras soldadas La soldadura ha desplazado, total o parcialmente a otros procesos de fabricación. La soldadura es un nuevo método de fabricación Una soldadura puede ser sana pero carecer de las propiedades químicas o mecánicas necesarias. Una soldadura puede ser sana y cumplir con las propiedades pero fallar en servicio debido al tipo de junta o acabado inadecuado.

Estructuras soldadas Rendimiento Mecánico: relación entre la resistencia de la junta y la del MB (esta relación se establece para el mismo tipo de carga y esfuerzos) Junta óptima será aquella en que RM = 1. Juntas con RM <1: sistema heterogéneo, o la junta es débil o las piezas superabundantes

Fuentes de poder para soldadura Clasificación Requerimientos de uso: FP I=cte ó V=cte Descripción: rotativas o estáticas, transformador, transformador/rectificador. Tipo de energía: CC, CA, arco pulsado. FP para SMAW: transf-rectificador, CC, I=cte Una FP reduce la tensión y genera altas corrientes (15-80 V y 50-500 Amperios)

Fuentes de poder para soldadura FP de CC es de utilización más generalizada que una de CA. Con CC es posible elegir la polaridad. Encendido del arco más fácil. El arco es más suave y estable. Menor consumo de electrodo por bajo chisporroteo. Velocidad de fusión hasta 16% mayor

Fuentes de poder para soldadura

Fuentes de poder para soldadura

Fuentes de poder para soldadura

Fuentes de poder para soldadura Relación tensión e intensidad en el arco

Fuentes de I constante y de U constante Norma NEMA EW1- National Electric Manufactures Association “I” cte: FP que posee característica externa empinada, que entrega una “I” cte. con limitados cambios en la tensión. Uso: SMAW, GTAW, SAW “V” cte: FP que posee característica externa plana, produce una “V” cte. con las variaciones de la “I” Uso: GMAW, SAW, ESW

Características Dinámicas y Estáticas Estáticas: variaciones de I y V sobre períodos de tiempo relativamente largos. Dinámicas: variaciones instantáneas de I y V. Estabilidad del arco ↔ características dinámicas Clasificación de Servicio El CT se expresa como un % de un intervalo de tiempo (10´) durante el cual puede entregar la corriente indicada en su chapa característica. CTstd: 60%

“I”nominal-CT-Tensión normalizada CT nominal: Es aquel en que la FP entrega la “I”nominal. I nominal: Indicada en chapa característica para el CT nominal I máx.: es 25% >que la “I” nominal y corresponde a un CT:38% para FP cuyo CT nominal: 60%.En FP para procesos automático/semi es igual a la Inominal pues el CT=100%

Relación entre “I” y el CT La “I” es inversamente proporcional al CT. Por la ley de Joule, el calor desarrollado es proporcional a la I2 I. (CT)½= Cte CT= In2. CTn/ I2 Imáx. en servicio continuo: es la que entrega una FP continuamente sin calentarse Imín.: es la que puede entregar una FP en forma estable y continua bajo “V” normalizada NEMA EW-1: Imín=1/5 de la I nominal

Tensión normalizada SMAW Va= 20+0,04 Is GTAW, GMAW, SAW Va= 15+0,05 Is Para “I” 600 Amp y mas Va= Cte=44V

Relación entre “I” y el CT