Ingeniero Mecánico – Escuela Politécnica Nacional, Ecuador. ANÁLISIS DE FALLA PROFESOR: Jorge Luis Guadalupe Almeida Ingeniero Mecánico – Escuela Politécnica Nacional, Ecuador. Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mecánica – Universidad Técnica Federico Santa María, Chile.

Tema V. Defectos de soldadura

Tema V. Defectos de soldadura 5.1. Breve repaso de Procedimientos de soldadura Los procesos de soldadura se dividen en dos categorías principales: Soldadura por fusión, en la cual se obtiene una fusión derritiendo las 2 superficies que se van a unir, y en algunos casos añadiendo metal de aporte. Soldadura e estado sólido, en la cual se usa calor o presión, o ambas para obtener fusión, pero los metales base no se funden ni se agrega un metal de aporte.

5.1. Breve repaso de Procedimientos de soldadura La soldadura por fusión es la categoría más importante e incluye: La soldadura por arco eléctrico. La soldadura por resistencia. La soldadura con oxígeno y gas combustible. Otros procesos de soldadura.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico La soldadura con arco eléctrico SAC (AW - Arc Welding), es un proceso de soldadura en el cual la unión de las partes se obtiene por fusión mediante el calor de un arco eléctrico entre un electrodo y el material de trabajo.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico El proceso de trabajo, se inicia al acercar el electrodo a la pieza de trabajo, después del contacto el electrodo se separa rápidamente a una distancia corta, donde se puede mantener el arco eléctrico. El cortocircuito produce temperaturas de 5500°C o mayores. Se forma un “charco” de metal fundido de aporte, sobre el metal base, mismo que da la resistencia a la junta. Este tipo de soldaduras pueden ser manuales (hombre – máquina) o automáticos (máquina).

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico Los elementos que intervienen en un proceso de soldadura por arco eléctrico son: Electrodo: los electrodos puede ser consumible y no consumibles. Los electrodos consumibles contienen el metal de aporte en la soldadura con arco eléctrico. Pueden de ser de varilla o alambre. Las varillas pueden tener entre 225mm a 450mm de largo y un diámetro máximo de 9.5mm.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico El alambre para soldadura, tiene la ventaja de alimentación continua. La varilla y el alambre son los metales de aporte a la junta. Los electrodos de varilla se clasifican en base a las propiedades mecánicas del metal depositado, tipo de recubrimiento, posiciones en las que se puede emplear el electrodo, corriente y polaridad a emplear.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico La clasificación de los electrodos, es la que da la AWS. Esta designa a todos los electrodos con una letra E XXXX. E: significa electrodo. Los 2 o 3 primeros dígitos indican la resistencia a la tracción del metal depositado (lb/in2). El 3er o 4to número indica las posiciones en las que debe emplearse el electrodo. El último se relaciona con las características del recubrimiento, la escoria, corriente y polaridad.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico La clasificación de los electrodos, es la que da la AWS. Esta designa a todos los electrodos con una letra E XXXX. E: significa electrodo. Los 2 o 3 primeros dígitos indican la resistencia a la tracción del metal depositado (lb/in2). El 3er o 4to número indica las posiciones en las que debe emplearse el electrodo. El último se relaciona con las características del recubrimiento, la escoria, corriente y polaridad.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico E = electrodo. 60 = resistencia mínima a la tensión de 60 000 lb/in2. 1 = para ser empleado en todas las posiciones. EXX1X = Cualquier posición EXX2X = Horizontal y de piso. EXX3X = Piso. EXX4X = Piso, sobre cabeza, horizontal y vertical hacia abajo. 0 = alto contenido de celulosa y sodio que debe emplearse con corriente directa y polaridad invertida.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico E – 7018 Mo E = electrodo. 70 = resistencia mínima a la tensión de 70 000 lb/in2. 1 = en todas las posiciones. 8 = corriente alterna o directa con electrodo positivo “+”. Mo = molibdeno en el material después de depositado.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico Las consideraciones para la selección de un electrodo son: Propiedades mecánicas, composición química, espesor y forma del metal base a soldar. Condiciones de servicio. Tratamiento térmico a practicarse. Posiciones de soldadura durante fabricación y/o ensamblaje. Tipo y polaridad de corriente. Diseño de la unión. Eficiencia de producción.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico Existen electrodos de solidificación rápida que se aplican en posiciones verticales y sobre cabeza. Los electrodos son: E6010, E6011, E7010 – A1, E7010 – G. Estos son de solidificación rápida y presentan buena penetración, bajo depósito, poca escoria, etc. Los electrodos de llenado rápido como: E7024, E6027, E7020 – A1; están diseñados para realizar soldadura a “alta velocidad”. Tienen poca penetración, alto depósito, mucha escoria, etc. Los electrodos de llenado – solidificación están diseñados para dar características intermedias entre los electrodos mencionados. Pertnecen a la clasificación: E6012, E6013, E6014.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico Existen electrodos de solidificación rápida que se aplican en posiciones verticales y sobre cabeza. Los electrodos son: E6010, E6011, E7010 – A1, E7010 – G. Estos son de solidificación rápida y presentan buena penetración, bajo depósito, poca escoria, etc. Los electrodos de llenado rápido como: E7024, E6027, E7020 – A1; están diseñados para realizar soldadura a “alta velocidad”. Tienen poca penetración, alto depósito, mucha escoria, etc. Los electrodos de llenado – solidificación están diseñados para dar características intermedias entre los electrodos mencionados. Pertnecen a la clasificación: E6012, E6013, E6014.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico Los electrodos NO CONSUMIBLES están hechos de tungsteno (carbono) y resisten la fusión de metales. Soportan desgaste por su utilización y este ocurre similar al presente en una herramienta de corte en el maquinado. Este tipo de electrodo se ocupa principalmente en las soldadoras por resistencia y GTAW, donde los electrodos son de cobre y encargados de provocar la unión entre dos chapas metálicas.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico Las altas temperaturas del arco de soldadura provocan reacciones químicas con el oxígeno, nitrógeno e hidrógeno del aire. Esto puede causar degradación de las propiedades mecánicas de la junta. Para proteger la junta, cuando se forma el arco eléctrico entre el metal y el electrodo, se forma un manto de gas y/o fundente que aísla el metal fundido del aire, conocido también como escoria. El fundente cumple: proporcionar una atmósfera protectora para la soldadura, estabilizar el arco eléctrico y reducir las salpicaduras. Los gases más comunes son: argón y helio por ser inertes. Además al juntar ambos se controla la forma de la soldadura. Para metales ferrosos oxígeno y dióxido de carbono.

5.1.1 Soldadura con Arco Eléctrico En la soldadura por arco eléctrico se usan tanto la corriente directa (DC) como la corriente alterna (AC). Las máquinas AC son menos costosas y fáciles de operar, pero por lo general están limitadas a soldadura de metales ferrosos. El equipo DC puede usarse en todos los metales con buenos resultados y generalmente destaca por un mejor control de arco eléctrico. En los procesos de soldadura con arco eléctrico, la energía para producir la operación es el producto de la corriente I que pasa por el arco eléctrico y el voltaje V a través de este.

5.1.2 Soldadura con arco revestido (SMAW) Proceso de soldadura con arco eléctrico que usa un electrodo consumible y consiste en una varilla de metal de aporte recubierta con materiales químicos que proporcionan un fundente y protección.

5.1.2 Soldadura con arco revestido (SMAW)

5.1.2 Soldadura con arco revestido (SMAW) Tamaño de varilla: 230 – 460mm longitud y 2.5 – 9.5mm diámetro. Recubrimiento de polvos de algodón, celulosa, óxidos, carbonatos, polvos metálicos, etc.; parecida al metal base. Las corrientes que se usan: 30 – 300 A y 15 a 45 V. Varían en función de los metales a soldar, penetración, tipo y longitud de soldadura. Soldadura manual de bajo costo Sus usos más comunes: la construcción, instalación de tuberías, estructuras de maquinaria, construcción de embarcaciones, tiendas de manufactura y trabajos de reparación Los metales base: aceros, los aceros inoxidables, los hierros fundidos y ciertas aleaciones no ferrosas. Rara vez en Al, Cu y Ti.

5.1.3 Soldadura con arco eléctrico y gas (GMAW)

5.1.3 Soldadura con arco eléctrico y gas (GMAW) Conocida también como MIG (Metal Inert Gas) o MAG (Metal Arc Gas). GMAW – Gas Metal Arc Welding. El electrodo es un alambre desnudo que se alimenta de forma continua mediante un carrete de alambre y la pistola para soldar. La protección la proporciona un gas que inunda al arco eléctrico. Puede ser argón y helio (inertes); dióxido de carbono (activo). Argón y helio = aluminio y aleaciones, aceros inoxidables. CO2 = aceros de bajo y medio carbono. Los diámetros de alambre van desde 0.8 a 6.4 mm de diámetro. El gas y alambre desnudo, eliminan la escoria.

5.1.3 Soldadura con arco eléctrico y gas (GMAW) El proceso MIG opera en DC. Las corrientes de soldadura están de 60 A – 600 A y 15V – 32V. Aplicado para aceros, aluminio, acero inoxidable, cobre, entre otros. Los espesores van desde 0.76 mm. La soldadura MIG es un proceso versátil, con el cual se puede depositar soldadura a un rango muy alto y en cualquier posición.

5.1.3 Soldadura con arco eléctrico y gas (GMAW) Electrodos de baja aleación de acero para soldadura de arco protegida con gas: ER1 – XXX2 S3 – XXX4 Las dos primeras letras indican varilla. Los tres primeros números indican resistencia a la tracción (lb/in2). La siguiente letra el tipo de alambre sólido. Los últimos 3 dígitos indican la composición química del alambre.

5.1.3 Soldadura con arco eléctrico y gas (GMAW) Electrodos de acero al carbón para soldadura protegida por gas: ER1 – XX2 S3 –X4 Las dos primeras letras indican varilla. Los dos primeros números indican resistencia a la tracción (lb/in2). La siguiente letra el tipo de alambre sólido. El último dígito indica la composición química del alambre.

5.1.4 Soldadura con arco sumergido (SAW)

5.1.4 Soldadura con arco sumergido (SAW) Es un proceso que usa un electrodo de alambre desnudo consumible continuo, el arco se protege mediante una cobertura de fundente granular. El manto de fundente granular cubre por completo la operación de soldadura con arco eléctrico evitando chispas y salpicaduras. El fundente más cercano al arco se derrite y se mezcla con el metal de soldadura fundido, que después de solidificarse en la parte superior forma escoria similar a un vidrio. La potencia de fusión es proporcionada por un transformador – rectificador eléctrico. Alambre de acero de bajo carbono y composición química controlada.

5.1.4 Soldadura con arco sumergido (SAW) El electrodo es un alambre bobinado y cobreado que evita la corrosión y oxidación superficial. Dependiendo del diámetro del alambre, se utiliza la corriente 5mm – 150 A, 10mm – 3000 A. Los fundentes pueden ser de tipo fundido, aglomerado o sinterizado. Son higroscópicos. Los fundentes tienen mayor tolerancia a la oxidación y suciedad. Son también los que tienen mayor permeabilidad y gran regularidad de su tamaño de grano.

5.1.4 Soldadura con arco sumergido (SAW)

5.1.4 Soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas (GTAW)

5.1.4 Soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas (GTAW) Es un proceso que usa un electrodo de tungsteno no consumible y un gas inerte para proteger el arco eléctrico. Conocida como TIG. El proceso GTAW se puede realizar con o sin material de relleno. Cuando usa material de aporte, la varilla se derrite y forma la unión. El tungsteno se funde a 3410°C. Usa argón, helio o mezcla de ellos. El sistema TIG es aplicable a casi todos los metales en un rango amplio de espesores. Sus aplicaciones más comunes incluyen el aluminio y el acero inoxidable. El hierro colado, el hierro fundido, el plomo y el tungsteno son difíciles de soldar mediante este proceso.