fundición y soldadura 2010 02

Procesos de Manufactura Mauricio Gaviria González 1

Bibliografía

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Groover, Mikell P. Fundamentos de manufactura moderna. 3a ed. México. Mc Graw – Hill, 2007

Doyle, Lawrence E. Materiales y procesos de manufactura para ingenieros. 3a ed. México. Prentice – Hall, 1988

Kalpakjian, Serope. Manufactura, ingeniería y Tecnología. 4a ed. México. Pearson Educación, 2002

DeGarmo, E. Paul. Materials and processes in manufacturing. 8a ed. New Jersey. Prentice – Hall, 1997

Capello, Edoardo. Tecnología de la fundición. 3a ed. Barcelona. Editorial Gustavo Gili, S.A., 1974

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Lancaster, J.F. Tratado de soldadura. Impreso en España. Editorial TECNOS, S.A., 1972

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Horwitz, Henry. Soldadura, aplicaciones y práctica. Impreso en Colombia. Quebecor Impreandes, Alfaomega

grupo editor, 1997

AWS, American Welding Code. D1.1 – 04


Ejemplos de piezas obtenidas por fundición

Lingotes de aluminio

Laminas de acero

“Chipa”

Bloque de un motor


Ejemplos de piezas obtenidas por fundición

MedallasHerramientas Piezas mecánicas

Herrajes


Proceso de verter metal líquido en un molde y dejarlo solidificarFundición a presión (moldes metálicos)

Recipiente que tiene la cavidad con la forma y el tamaño de la pieza que se pretende obtener

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b0/Casting.jpg


Llenado de los moldes impulsando el líquido mediante una fuerza exterior

•Fundición a presión (inyección)


Se llenan los moldes por el propio peso del metal fundido

•Moldes de arena

•Moldes metálicos, permanentes, coquillas

•Moldeo en cáscara (arena + aglutinante orgánico)

•Moldeo al CO2 (arena con silicato)

•Moldeo con terraja (arena + alto % de arcilla formando barro)

•Moldeo a la cera perdida

•Moldeo Mercast (con mercurio)

•Para vaciar metales no ferrosos (bajo punto de fusión)

•Grandes series

•Alta calidad superficial

•Alta precisión dimensional


•El metal debe introducirse con la mínima turbulencia posible

•Evitar la erosión de las áreas de paso

•Evitar la entrada de escoria

•Fácil evacuación de los gases

•El molde debe ser lo suficientemente refractario

•Solidificación direccional. Desde las paredes hacia el centro


Fuerte Benton, estado Wyoming, U.S.A

Descubierta por Knight en 1888

75% del mineral Mont-morillonita

Silicato de aluminio hidratado

2SiO2+Al2O3+2H2O

Actúa como aglomerante

Proporciona la cohesión y la plasticidad

•80 a 90% sílice (refractaria). Temperatura de reblandecimiento de 2400 C

•10% Arcilla (bentonita), silicato de alúmina hidratado. Cohesión. Temperatura de reblandecimiento entre 1250 y 1400 C

•Agua Componente %

Sílice, SiO2 63.1

Alúmina, Al2O3 21.1

Óxido de hierro, Fe2O3 3.6

Óxido de magnesio, MgO 2.7

Óxido de calcio, CaO 0.7

Óxido de sodio, Na2O 2.6

Agua, H2O 5.7

Otros componentes 0.5


Para 2000 g de arena base sílice se debe adicionar la cantidad de agua requeridapara obtener una humedad deseada, según la tabla siguiente

% de Humedad ml de agua2,0 40,82,5 51,33,0 61,93,5 72,54,0 83,34,5 94,25,0 105,35,5 116,46,0 127,7


%H

ml H2O

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

65,2*725,21 xy

% H vs ml H2O para 2000 g de SiO2


Pieza deseada Modelo en madera

Caja inferior

Caja inferior Caja inferior y caja superior

•Se le puede dar forma

•Es porosa (permeable)

•Es Refractaria (resistente a alta temperatura)

•Es reciclable (reutilizable)

•Cohesiva (resistir el empuje del metal)

•Plasticidad (tomar y conservar la forma del modelo)

•Bajo costo

•Variedad de tamaño y forma del grano


Desmoldeo

Sistema de alimentación y pieza

Molde

Desmoldeo


Fabricación del corazón

Caja de moldeo, incluyendo el corazón


http://www.tahersa.com/imagenes/grandes/neuma (5).jpg


Llenar el molde con arena Comprimir la arena Medio molde

Medio molde con el macho Molde cerrado y llenado Pieza final


A.F.S.: American Foundrymen s Society

Procedimiento

De una arena usada secar una muestra inicial, 110 C, 15 min.

Pesar la muestra, 50g

Vaciarla en un recipiente que contenga hidróxido de sodio (NaOH) diluido en agua destilada

Agitar y dejar que repose

Verter el líquido

Repetir el proceso hasta que el líquido quede totalmente incoloro

Secar la muestra

Pesar la muestra, g

La diferencia en peso es el % de bentonita


Procedimiento

De una muestra inicial separar la sílice de la bentonita mediante el ensayo anterior

Colocar la sílice en un juego de tamices (11) de malla decreciente

El peso de lo que queda en cada tamiz en porcentaje sobre toda la muestra da una idea de las proporciones de los tamaños de los granos y de la uniformidad de la arena

Si los granos quedan contenidos en pocos cedazos la arena es muy permeable y tiene baja cohesión


Índice de finura = 6971,7/91,7 = 76

Fracción Principal: 100 / 70 / 50

Índice de fracción principal18,89%+16,11%+14,44% = 49,49%

Arena NO uniforme

Baja permeabilidad

Alta cohesión

Elemento g %

Sílice 165 91.7

Bentonita 15 8.3

Total 180 100

Tamiz N°

Aberturamm

Factor KPeso retenido

g% retenido

K * % retenido

6 3.360 3 0.5 0.28 0.8

12 1.680 5 1.5 0.83 4.2

20 0.840 10 4.0 2.22 22.2

30 0.590 20 6.0 3.33 66.7

40 0.420 30 13.0 7.22 216.7

50 0.297 40 26.0 14.44 577.8

70 0.210 50 29.0 16.11 805.6

100 0.149 70 34.0 18.89 1322.2

140 0.105 100 23.0 12.78 1277.8

200 0.074 140 18.0 10.00 1400.0

270 0.053 200 7.0 3.89 777.8

Fondo 300 3.0 1.67 500.0

Total 165 91.7 6971.7


Índice de Finura Tipo de arenaDiámetro de los granos

mmUtilización

Menor a 18 Muy gruesa 1.00 a 2.00Vaciados grandes

18 a 35 Gruesa 0.50 a 1.00

35 a 60 Media 0.25 a 0.50

60 a 150 Fina 0.10 a 0.25Vaciados pequeños

y complejosMayor a 150 Finísima Menor de 0.10


FP: Fracción principal, los tres tamices donde se deposita los mayores pesos

IFP: Índice de fracción principal

IFP Característica de la arena Propiedades

Mayor a 80% Uniforme Alta permeabilidad, baja cohesión

Entre 60 y 80% Poco uniforme

Menor a 60% No uniforme Baja permeabilidad, alta cohesión


Corriente de aire caliente

Perdida de peso al calentar la arena a 110 C entre 10 a 15 min

Peso inicial húmeda, Pi

Peso final seca, Pf

Porcentaje de humedad, %H

%H = 100 * (Pi - Pf) / Pi

Equipo para fabricar probetas de arena


Es la facilidad de dejarse atravesar por el aire y los gases que se desprenden al realizar la colada y que proceden de:

•El empuje del metal que desplaza al aire al llenar la cavidad del molde

•De la masa de la arena y del metal formados principalmente por vapor de

agua

Se expresa como el volumen de aire en cm3 que pasa por minuto bajo una presión de 10 g/cm2, a

través de una probeta cilíndrica de un cm2 de superficie transversal y un cm de altura

Es función de

•Granulometría

•Cantidad y tipo de arcilla utilizada

•Grado de apisonamiento

•Contenido de humedad


Permeabilidad

Np: Número de permeabilidad

V: Volumen de aire que debe pasar por la probeta, V = 2000 cm3

h: Altura de la probeta, h = 2 pulgadas = 5.08 cm

A: Área de la sección transversal de la probeta

d: Diámetro de la probeta, d = 2 pulgadas = 5.08 cm

P: Presión del aire, P = 10 g/cm2

t:Tiempo que tarda en pasar el volumen de aire por la probeta

(medido durante el ensayo)

4

*2

dA )(

7.3007

)(

12.50

segundostminutostN p

tPA

hVN p **

*


Ensayo de cohesión (resistencia)

Material a vaciar N° permeabilidad

Aluminio (ligero y mediano) 8 a 15

Latón (ligero) 8 a 12

Latón (mediano) 8 a 20

Hierro colado (ligero) 15 a 65

Hierro colado (mediano) 65 a 100

Hierro colado (pesado) 75 a 150

Hierro maleable (ligero) 20 a 50

Hierro maleable (mediano) 50 a 100

Acero (ligero) 100 a 150

Acero (mediano) 150 a 200


El volumen de vapor producido dentro del

molde aumenta el riesgo de sopladuras

Peligro de arrastre de porciones del

molde e inclusiones en las

piezas coladas


Npp: Número de permeabilidad de la probeta

Dp: Dureza de la probeta

p: Resistencia de la probeta

Npm: Número de permeabilidad del molde

Dm: Dureza del molde

m : Resistencia del molde

Durómetro

TIPO DE MOLDE DUREZA

Muy blando 20 a 40

Blando 40 a 50

Mediano 50 a 70

Duro 70 a 85

Muy Duro 85 a 100

DD

NpNpm

p

pm*

D

D

p

mpm 2

2

**75.0


Llenar el molde completamente sin tener una excesiva temperatura de precalentamiento

Prevenir la entrada de escoria a la cavidad

No generar turbulencia

Regular la velocidad de entrada

Conducir el aire y los gases hacia el exterior (respiraderos)

Ejercer presión metalostática sobre el líquido

Suministrar metal líquido con los cargadores y las mazarotas

Enfriamiento isotérmico

Ser económico, es decir de bajo peso

Son canales por los que fluye el metal fundido para llenar una cavidad de un molde


Taza superior

Hacer mas fácil al operario del vaciado el mantener el flujo requerido

Generar una mínima turbulencia

Evitar la entrada de escoria al sistema de alimentación

Fabricados en arena o en metal

Sencilla De doble cavidad

Alimentador

Dispuesto de lado y unido a la pieza mediante un canal

horizontal

Mazarota

Prolongación vertical de la parte de la pieza que debe

ser alimentada

Cargador

Las impurezas flotan y el líquido entra

limpio al bebedero

El tiempo de solidificación debe ser mayor que el

tiempo de la solidificación de la pieza


Colada directa

Piezas pequeñas y sencillas

Piezas grandes en moldes de alta resistencia para evitar la erosión

Puede existir alta turbulencia que genere erosión, Atrapamiento de aire y de óxidos

No se recomienda para el aluminio y el magnesio

Filtros

Control del régimen laminar

Evitar la entrada de escoria e inclusiones

Filtro

Cuello


Simple Remolino

La escoria se reúne en el centro de cada sección debido a la

fuerza centrífuga y no es arrastrada hacia el bebedero

Filtro

Alimentador

Cuello alimentador

Colada directa por bebedero sencillo y único


Colada directa por bebedero

sencillo de filtro y cargador

Bebedero con cubeta, separador

dentado y alimentador

Bebedero en estrella, adecuado

para anillos de gran diámetro

Bebedero en lluvia de dos alas

Útil para cilindro huecos de

pequeña altura


Acodamiento

Aumentar la velocidad de flujo

Mínima turbulencia

Mínima erosión

Menor volumen del sistema de alimentación

Mayor rendimiento de la fundición

Si la velocidad es demasiado alta, la presión puede ser menor de la atmosférica

Atrapamiento de gases


Colada por el fondo

Mínima turbulencia

Mínima erosión

Alta diferencia de temperatura entre el fondo y la superficie

Cargador lateral

Colada por etapas

Idealmente el líquido “caliente” quedara en el cargador, haciendo que

el rechupe quede allí


Velocidad de entrada baja (lo cual implica una mínima turbulencia) cuando el área de los ataques

es mayor que el área del bebedero

Sistemas sin presión

El área de los ataques es mayor que el área del bebedero

Requieren mayores bebederos y mayores ataques

Son sistemas muy voluminosos

La eficiencia de la fundición es muy baja


Elementos de un sistema de alimentaciónRelación de colada

MetalContracción volumétrica debida a:

Contracción por solidificación%

Contracción térmica del solido%

Aluminio 7.0 5.6

Aleación de aluminio (típica) 7.0 5.0

Fundición de hierro gris 1.8 3.0

Fundición de hierro gris al alto carbono 0.0 3.0

Fundición de acero al bajo carbono 3.0 7.2

Cobre 4.5 7.5

Bronce (Cu + Sn) 5.5 6.0


Contracción volumétrica (%) para fundiciones grises y

nodulares

Contracción volumétrica para diferentes aleaciones

%Ceq = % C + 0.25 * % Si + 0.50 * % P

AleaciónSobrecalentamiento por encima la línea Liquidus

0 °C 50 °C 150 °C

Bronces corrientes --- 4.0 4.5

Latones ordinarios 4.5 6.0 6.5

Latones de alta resistencia 5.5 7.0 7.5

Cupro aluminios y cupro níquel 4.0 5.0 5.5

Aleaciones de Hg 4.2 5.0 6.0

AISI (12 a 13)% 3.8 4.5 5.0

Aleaciones de Al, AlSi10, AlSi7, AlSi5, AISI AlCu3, AlCu4 6.3 7.0 8.0

AlMg (AlMg3, AlMg4) --- 8.0 9.0

Aceros, 0.8%C 4.0 6.0 7.0

Aceros, 0.3%C 3.0 5.0 6.0

Fundición Blanca, Ceq = 3% 4.0 4.5 6.0

Aleación %Ceq

Sobrecalentamiento por encima del Liquidus

50 150

Molde rígido

Molde NO rígido

Molde rígido

Molde NO rígido

Fundición Gris laminar No Inoculada >4.1 0.5 4.0 1.0 5.0

Fundición Gris Laminar Inoculada>4.1

0.5 5.0 1.0 6.0

Fundición Gris Laminar 3.8 a 4.1 1.0 5.0 2.0 6.0

Fundición Gris Laminar≤3.8

2.0 5.0 3.0 6.0

Fundición Grafito esferoidal (Nodular)>4.3

2.5 6.0 a 8.0 3.0 8.0 a 10.0


Mazarota en un extremo de la piezaMm = (1.00 a 1.35) * Mp

Mazarota sobre la piezaMm = (1.40 a 1.80) * Mp

Mazarota a un lado de la piezaMm = (1.20 a 1.60) * Mp


Diferentes posiciones de la mazarota para una misma pieza

Geometría relativa del cargador y la fundición para obtener fundiciones de

acero macizas. “De Caine”

Geometría relativa del cargador y la fundición para obtener fundiciones de acero macizas. “De Adams y Taylor”


Fluidez relacionada a la temperatura de vaciado y la composición de la fundición gris y maleable“L.F. Porter y P.C. Rosenthal”


Curvas de tiempo de vaciado para piezas de fundición gris de diferente peso y espesor


Tiempo vaciado en función del peso y espesor de la pieza

“J. C. Zikel y F. Nielsen”


Metales puros

Solidificación a temperatura constante llamada “Punto de fusión” (Punto de congelación)

Solidificación real:

Tiempo local de solidificación

Evacuación del calor latente de fusión del metal a través del molde

La velocidad de enfriamiento depende de:

Del calor que se transfiere en el molde

Las propiedades térmicas del metal

La solidificación es función de:

Tiempo de enfriamiento

La contracción

La solidificación direccional

El diseño de las mazarotas


1. El metal que forma la película inicial se ha enfriado rápidamente por la extracción del calor a través de la

pared del molde.

Granos finos

Equiaxiales

Orientados en cualquier dirección

2. Formación de granos alargados (agujas o espinas)

Formados en direcciones perpendiculares a la transferencia de calor, creciendo hacia adentro. Granos

dendríticos


Diagrama de fase para un sistema de aleación Cu - Ni

Curva de enfriamiento (solidificación) asociada para una composición 50% Cu – 50% Ni


1. El metal que forma la película inicial se ha enfriado rápidamente por la extracción del calor a través de la pared

del molde.

Granos finos

Equiaxiales

Orientados en cualquier dirección

2. Formación de granos alargados (agujas o espinas)

Formados en direcciones perpendiculares a la transferencia de calor, creciendo hacia adentro. Granos dendríticos

3. Debido a la diferencia de la temperatura entre líquido y sólido se genera una zona pastosa donde coexisten el líquido

y el sólido

Heterogeneidad química

Las primeras dendritas tienen una composición química diferente a la del líquido (aleación) y las últimas tienen una composición igual a la de

aleación, generando una “segregación” de elementos en las fundiciones


K: Constante de Chvorinov

f( Calor especifico y conductividad térmica del molde)

f( Calor de fusión, calor especifico y conductividad térmica del liquido)

f( Temperatura de vaciado respecto a la temperatura de fusión)

V: Volumen de la pieza

A: Área que disipa calor

A

Vt K

s

2

*

Ley de Chvorinov


1. Contracción líquida, 0.5%

2. Contracción durante el cambio de fase (contracción por solidificación)

3. Contracción térmica de la fundición solidificada durante el enfriamiento hasta la temperatura ambiente. f( coeficiente de expansión térmica del metal sólido)

Dimensiones del modelo

Metal

Contracción volumétrica debida a:

Contracción por solidificación

%

Contracción térmica del solido

%

Aluminio 7.0 5.6

Aleación de aluminio (típica) 7.0 5.0

Fundición de hierro gris 1.8 3.0

Fundición de hierro gris al alto carbono 0.0 3.0

Fundición de acero al bajo carbono 3.0 7.2

Cobre 4.5 7.5

Bronce (Cu + Sn) 5.5 6.0

contracción térmica del sólido


Espaciamiento entre los brazos dendríticos secundarios

Dendritas en una aleación de aluminio (x50)

Efecto del espaciamiento entre brazos dendríticos secundarios y las propiedades

para una aleación de aluminio


Las reglas de diseño son en común acuerdo entre:

•Diseñador

•Modelista

•Fundidor

•Usuario

No generar:

•Gastos excesivos para el modelo y para el moldeo

•Tensiones internas

•Deformaciones

•Baja resistencia

•Fracturas

•Rechupes

•Porosidades

Se debe tener en cuenta:

•Resistencia mecánica

•Economía y buen empleo del material de la pieza

•Trabajo mecánico de la pieza

•Metalurgia

•Modelo y moldeo

http://www.tahersa.com/imagenes/grandes/neuma (5).jpg


Menor peso

Isotermas paralelas

Mínimo rechupe


a. b. c. d.

Tipo de uniónR, mm

E < 10 mm 10 < E < 30 mm E > 30 mm

a 0.75 * E 7.5 0.25 * E

b E

c 1.20 * E 12.0 0.40 * E

d 1.50 * E


a b c

Tipo de uniónR, mm

E < 10 mm 10 < E < 30 mm E > 30 mm

a 1.25 * E

b y c E 10.0 0.33 * E


a b c d

Figura E, mm e, mm R, mm A, mm

a≤ 30

< 0.67 * E10

(0.7 * E) + 10

b ≥ 0.67 * E e + 10

c> 30

< 0.67 * E0.33 * E

E

d ≥ 0.67 * E (e + 0.33) * 10


“AB” y “EF” se enfrían rápidamente debido a su sección delgada, mientras que “CD” se encuentra

aún en estado pastoso

El enfriamiento de “AB” y “EF” genera una disminución de su longitud

Cuando “CD” se enfría “AB” y “EF” están muy rígidos y no se dejan deformar

La contracción de “CD” es posible solo si “AB” y “EF” se curvan

Las barras “1”, “AC” y “BD” se enfrían rápidamente

El enfriamiento de las barras es más lento al estar mas cerca del centro de la rejilla

Las barras “1” ya se han contraído cuando las barras “2” están a alta temperatura, las barras “3” apenas se están

solidificando y las barras “4” están en estado pastoso

Como los bordes ya están rígidos, la barra central se contrae si ellos se dejan curvar


Son desgarres de la aleación que se producen en las partes de la pieza que no han solidificado y que tienen baja resistencia a la

tracción

Habrá un instante en el que los lados “OC” y “OD” estén en estado pastoso

La aleación solidificada experimenta su contracción a medida que se enfría, al mismo tiempo que gana

resistencia

En algún momento, los lados de la escuadra están prácticamente rígidos, mientras que cerca al punto “O”

hay una delgada capa sólida que sufre la contracción


a.

b.

a. b.

b

Radios en estrella

a. Pieza inicial

b. Pieza optimizada, superficie perpendicular a la perforación

a. Mazarota inicial

b. Mazarota optimizada, mayor volumen a mayor altura

a. Pieza inicial

b. Pieza optimizada, radios curvos, mayor resistencia


a. Posición inicial

b. Posición final curvada

c. Posición inicial optimizada

d. Posición final optimizada

a. Puntos calientes, rechupes

b. Pieza optimizada

a.

b.

a. Pieza inicial, machos excesivos

b. Pieza final optimizada

a.

b.


Fluidez insuficiente del metal

fundido

Baja temperatura de vaciado

Baja velocidad de vaciado

Sección transversal de los canales

(de la pieza) muy delgada

Falta de fusión entre dos líquidos que

fluyen al mismo tiempo debido a la

solidificación prematura (enfriamiento)

Baja temperatura de vaciado

Baja velocidad de vaciado


Debidos a salpicaduras durante el

vaciado

Diseñar un buen sistema de

alimentación

Depresión interna o externa debido a

la contracción por solidificación que

restringe la cantidad de metal fundido

disponible en la última región que

solidifica


Debidos a la contracción

por solidificación del último

metal fundido en la

estructura dendrítica

Muy común en las

aleaciones, las cuales

tienen un intervalo muy alto

de solidificación

Cuando un molde, que no cede durante las

etapas finales de la solidificación o en las

primeras etapas del enfriamiento, restringe

la contracción de la solidificación

Separación del material en un punto donde

haya altos esfuerzos internos causados por

la dificultad del material para contraerse

libremente


Cavidad de gas causada por su atrapamiento

durante el vaciado. Ocurre en la parte superior

de la solidificación o cerca de ella

Baja permeabilidad. Alto % de humedad


Erosión de la arena durante

el vaciado que provoca una

irregularidad en la

superficie de la pieza

Áreas rugosas debidas a la

incrustación de la arena. Son

causadas por el desprendimiento de

la superficie del molde que se

descascara durante la solidificación

y queda adherida a la superficie de

la pieza


Alta fluidez del líquido, que puede

penetrar en el molde o en los

corazones

Luego de la solidificación, la superficie

de la pieza presenta una mezcla de

granos de arena y de metal

Deficiente compactación de la arena

Baja resistencia del

molde, el metal líquido

entra y forma una aleta en

la pieza


Debido a la flotación

del corazón en el

metal fundido

Escalón en el plano de

separación del molde, debido

a un desplazamiento lateral


1. El metal fluye en la

cámara y el embolo

arriba

2. El embolo hace fluir el

líquido a presión

constante

3. Retirar la presión y

separar los dados

4. Pieza


1. Vaciar el metal

líquido en la

cámara

2. Pisón obliga al

metal líquido a

entrar en la

cámara

3. Dados abiertos

y pieza


La presión se sostiene hasta la solidificación

Los moldes son templados y revenidos

Cámara caliente (7 a 35 MPa): metales de baja temperatura de

fusión, zinc, estaño, plomo, magnesio

Cámara fría (14 a 140 MPa): aluminio, latón, magnesio y metales de baja

temperatura de fusión

Aplicaciones

Cuerpos de carburadores, de bombas

Bloques de motor

Máquinas de coser

Ventajas

Se pueden obtener piezas de forma complicada y aristas vivas

Alta precisión dimensional, 0,076 mm

Piezas delgadas, 0,05 mm

Piezas libres de defectos, sin necesidad de mecanizado posterior

Las propiedades mecánicas de las piezas pueden ser superiores hasta en un 20 % respecto a otros

procedimientos

Desventajas

Alto costo del equipo

Se recomienda únicamente para altas series


Bloque de motor Pistón + biela

Carburador

Máquina de coser


Material a vaciar Material del molde

Aleaciones de plomo y estaño Aceros con 0,50% Mn

Aceros con 0,45 %C, 0,60 %Mn,

1,00 %Cr, 0,50 %V

Aleaciones de aluminio y cobre Aceros con alto % de Cr y W

Hierro fundido entre (1250 y 1500) °C Materiales refractarios (W, Mb)

Aleaciones de zinc


1. Precalentamiento y

protección

2. Corazones

3. Vaciado

4. Separación

5. Pieza


Recubrimiento, protección a la superficie interna del molde. Ayuda a disipar el calor y a lubricar la superficie

del molde para retirar fácilmente la pieza

Precalentamiento de la coquilla para mejorar la fluidez del líquido

Los moldes se deben abrir antes de que ocurra la contracción por enfriamiento a fin de prevenir la

formación de grietas

Corazones metálicos o de arena

Ventajas

Estructura de grano fino, alta resistencia

Alta precisión dimensional, disminuyendo los sobre espesores de las superficies que van a ser

maquinadas

Las contracciones lineales son aproximadamente del 0,5%, mucho menor que en el molde en arena

Se necesita mucho menos espacio y menor cantidad de materia prima

Es muy económica para altas series

Desventajas

Elevado costo de las coquillas

Únicamente para vaciar metales de baja temperatura de fusión

Únicamente para piezas más sencillas que las que se pueden obtener en molde en arena

Se recomienda únicamente para altas producciones


Molde Pieza


Ventajas

La fuerza centrífuga produce el mismo efecto que si se aumentara la fluidez del líquido, y por lo

tanto se pueden obtener espesores más delgados que colando por gravedad

Las piezas se obtienen con menor defectología, grietas

El tamaño del grano es más pequeño

Desventajas

No se recomienda vaciar aleaciones

Cuyo intervalo de solidificación sea muy grande

Cuya velocidad de enfriamiento sea muy pequeña

Cuyos componentes tengan densidades muy diferentes, elementos de baja densidad hacia el centro

Precalentar el molde a 350 C

w = 350 rpm


1. Modelo con placa de

acoplamiento

2. La caja se voltea

3. Posición original

4. Horno

5. Desprendimiento

6. Molde (arena)

7. Pieza


Moldeo Croning (Shell moulding)

Placa modelo metálica que incluye el sistema de alimentación, precalentada entre (200 y 300) C

Se utiliza para vaciar todas las aleaciones

Mezcla de sílice con una resina sintética termoendurecible (fenol formaldehido) que se endurece al aplicarle calor

Recubrir la placa con una capa de parafina o silicona (antiadherente)

Formar una cáscara porosa con espesor entre 5 y 8 mm, t = 10 s

Extraer la placa modelo y calentar a 350 C, t = 5 minutos

Separar la placa modelo y la cáscara

Unir las dos cáscaras con mordazas

Hacer un moldeo en arena típico, alta permeabilidad, alta cohesión

Secar el molde

Ventajas

Alta precisión, 0,25 mm, menores sobre espesores en las superficies que se van a maquinar

Excelente acabado superficial, ya que la superficie de la cáscara es más lisa que la arena base sílice

Alta rapidez del proceso

El peso del molde es 0,1 veces el molde en arena

Las piezas son más homogéneas

Los moldes se fabrican rápidamente y en espacios reducidos

Personal no calificado

Desventajas

Se recomienda únicamente para alta serie

Alto costo de la resina, 6 veces el costo de la arena

Alto costo de la placa modelo

Peso máximo 20 kgf


Modelo de poliestireno

Molde Vaciado

El modelo se recubre con un compuesto refractario para darle una superficie más lisa y mejorar su resistencia a

alta temperatura

La arena puede tener aditivos aglutinantes o ser solamente seca, para facilitar su reciclaje

Aplicación

Motores


1. Modelo de cera

2. Árbol (modelos + bebedero)

3. Recubrimiento material refractario

4. Molde

5. Evacuación de la cera

6. Vaciado, molde precalentado

7. Piezas terminadas


El modelo se recubre con un material refractario (polvo de hierro mezclado con

yeso, 2CaSO4 – H2O) dando una superficie lisa al modelo

Ventajas

Se pueden vaciar todos los metales

Se pueden obtener piezas complejas, con un buen acabado superficial

Las tolerancias dimensionales son de 0,076 mm

Se recupera la cera

Se necesita un mínimo maquinado posterior, útil para aleaciones Cr-Ni y Cr-Ni-Mo, las cuales son difíciles de

mecanizar por su alta dureza

Las piezas tienen bajas tensiones internas debido a un enfriamiento lento

Desventajas

Peso máximo de las piezas de 30 kgf

Precalentamiento del molde para retirar la cera

Aplicaciones

Joyería

Accesorios dentales

Partes para motores


1. Coquilla metálica con placa intermedia de machos

2. Vaciado del mercurio, Temp solidificación = -40 C

3. Enfriamiento de la coquilla a –75 C (en un baño deacetona)

4. Separación de las placas intermedias

5. Unión de las dos mitades del molde sin placaintermedia, quedando los modelos de mercurioperfectamente adheridos por simple presión

6. Recubrimiento del molde de mercurio congelado deun baño de material cerámico por inmersión(3 a 6 mm de espesor)

7. Calentamiento hasta temperaturaambiente, quedando el mercurio líquido y el moldecerámico

8. Cocimiento del molde formado por el recubrimiento

9. Colada por gravedad o por centrifugación

10. Pieza terminada, alta calidad superficial, precisióndimensional, tolerancia de 0,003 mm por mm lineal


Es la coalescencia localizada de metales o no metales producida, o por calentamiento a una temperatura de soldadura con o sin la aplicación

de presión, o por la aplicación de presión solamente, con o sin la adición de aporte

En una soldadura no existen discontinuidades, y si se presentan son solo como defectos

Es el crecimiento de los granos, el cual se produce como una continuación de los granos del metal base y con su misma orientación cristalográfica, este fenómeno se conoce como crecimiento epitaxial


Todos los metales son soldables siempre y cuando se aplique el procedimiento y la técnica adecuados

Si el Ingeniero y el operario comprendenLa composición química

La estructuraLas propiedades de un metal

estarán en la posibilidad de diseñar y hacer mejores soldaduras

Esto pone de relieve la estrecha relación que existe entre la metalurgia de un metal y su soldabilidad o habilidad para

dejarse soldar

Automóviles, trenes, equipos electrónicos, aviones, barcos, edifici

os


Proceso en el cual el calor necesario para lograr la unión de dos piezas es obtenido de

un arco eléctrico establecido entre el extremo de un electrodo consumible y las piezas a unir.

Es una corriente eléctrica que fluye entre dos electrodos a través de una columna gaseosa llamada plasma

La temperatura aumenta debido a:

•El choque de electrones entre si

•El choque de iones entre si

•El choque de iones con electrones

•El choque de electrones en el ánodo

•El choque de iones en el cátodo

Si aumenta la temperatura es mas fácil el desprendimiento de electrones y la ionización del

gas, lo cual disminuye la resistencia eléctrica


Electrodo al ánodo (+)

70% del calor se concentra en el cátodo (-)

Alta penetración

Útil en pases de raíz

Efecto de granallado, limpieza de óxidos refractarios

Electrodo al cátodo (-)

70% del calor se concentra en el cátodo (-)

Fusión muy rápida del electrodo

Baja penetración

Láminas delgadas

Láminas gruesas con abertura de raíz muy grande

No útil para electrodos de bajo hidrógeno

Produce un arco más uniforme, más calmado, más fácil de sostener que la corriente alterna

Útil para soldar con arco corto y en posición vertical y sobrecabeza


Hay cambio de polaridad entre el electrodo y lapieza 120 veces/segundo, presentándose la mismatemperatura en ambos

A bajos amperajes el arco trata deapagarse, por lo tanto no se recomiendanelectrodos de pequeño diámetro

Sostener un arco corto no es fácil

El chisporroteo es abundante

No se recomienda para láminas delgadas

El revestimiento de los electrodos debe tenerelementos de bajo potencial de ionización paramejorar la estabilidad del arco


Igual o similar composición química al metal base

Aporta el metal para formar el cordón

Adiciona elementos aleantes para proporcionar las propiedades mecánicas deseadas

Ayuda a encender el arco y sostenerlo

Mal conductor de la corriente eléctrica

Crea una atmósfera inerte que protege al metal fundido del contacto con el oxígeno y el nitrógeno del aire

Aporta algunos elementos aleantes de bajo potencial de ionización para facilitar el encendido del arco, sales de sodio y sales de potasio

Forma un fundente alrededor de la gota de metal fundido del electrodo, este fundente cae al charco de soldadura recogiendo las

impurezas y formando la escoria

Protege al cordón durante el enfriamiento y disminuye la velocidad de enfriamiento evitando estructuras duras

Produce humos que evita que el aire penetre al cordón, en especial el oxígeno y el nitrógeno y produzcan grietas


Último digito

Tipo de revestimiento Tipo de corriente

0 Celulosa CDEP

1 Celulosa, sales de K CDEP, CA

2 Óxido de Ti, sales de Na CDEN, CA

3 Óxido de Ti, sales de KCDEP, CDEN, CA

4 Óxido de Ti, polvo de Fe

5 Bajo hidrogeno, óxido de Fe CDEP

6 Bajo hidrogeno, óxido de K CDEP, CA

7 Bajo hidrogeno, polvo de Fe CDEP, CDEN, CA

8 Bajo hidrogeno, polvo de Fe CDEP, CA

Tercer digito Posición para soldar

1 Todas las posiciones

2 Plana y horizontal

3 Plana

4Plana, horizontal, vertical

descendente


Tercer digito Posición para soldar

L Low carbon, máximo 0.04%

H High carbon

CbColumbio, Niobio, evita la

formación de carburos de Cr

Mo De 2.0 a 3.0 %


ClasificaciónAWS

Normales Horno Secado

6010, 6011De (3 a 7)% de humedad

Temperatura ambiente No recomendable

6012, 6013, 6020, 6022, 6027, 7014, 7024 Entre (20 a 40) °C

Humedad relativa menor al 50%

22 °C por encima de la temperatura

ambiente

(120 a 150) °Ct= 1 hora

7015, 7016, 7018, 7028, 70480,6 % de humedad

139 °C por encima de la temperatura

ambiente

(230 a 260) °Ct= 2 horas


Son los parámetros que influyen en la geometría del cordón

Posición vertical y sobrecabeza. Utilizar electrodos con diámetros pequeños para controlar el tamaño del charco

Pases de raíz. Utilizar electrodos con diámetros pequeños para controlar la penetración y el exceso de fusión

Pases de relleno. Utilizar electrodos con diámetros grandes para aumentar la producción.

Es función del tipo de revestimiento y diámetro del electrodo

Se recomienda en las soldaduras verticales y sobrecabeza utilizar

bajos amperajes

Es función de:

•El amperaje

•La posición

•El espesor del material

•Diseño de la junta

Si aumenta la velocidad, disminuye

•El calor introducido. Implica menos ZAT

•La penetración

•El ancho del cordón

Igual al diámetro del núcleo del electrodo


El arco esta dirigido hacia el charco

Mayor convexidad

Mayor penetración

El arco esta dirigido hacia la pieza

Menor convexidad

Menor penetración


Gas inerte, noble, raro

No se combina con otros elementos

Helio, Neón, Argón

Generalidades

CDEP

(50 a 600) A

(15 a 32) V

GMAW

MIG

Metal Inert Gas

Argón

Aluminio

MAG

Metal Active Gas

CO2


•Se pueden soldar todos los metales comerciales

•Grandes cordones sin interrupción

•Velocidades de deposición y de soldadura mayores que con SMAW

•Eficiencia del electrodo del 98%

•No produce escoria, mayor productividad

•Se puede soldar en todas las posiciones

•Láminas delgadas

•Equipo complejo y de alto costo

•Dificultad de soldar a la intemperie

•Mano de obra más calificada que para el proceso SMAW


CO2

El diámetro de la gota es mayor que el diámetro del electrodo

Las gotas son desprendidas por acción de la fuerza de la gravedad, por lo cual es adecuado para posición plana y horizontal únicamente

Mínimo 90% de argón

La corriente necesaria es superior a la corriente de transición

El metal del electrodo se transfiere en forma de finas gotas (moltens) que viajan axialmente a través del

charco

Las gotas son desprendidas por fuerzas electromagnéticas

No hay puente entre las gotas del electrodo, el metal base y el electrodo, evitando el chisporroteo

Útil para altos espesores

Por las altas corrientes se produce un charco muy fluido, inconveniente en posición vertical y sobrecabeza

Corriente de soldadura

Diámetro del alambre

Longitud del arco (voltaje)

Tipo de gas

Equipo


CO2

Helio

Bajo amperaje

Bajo calor de entrada

Falta de penetración

Falta de fusión

Platinas delgadas, 1mm

Posición vertical y sobrecabeza

Etapas

a) Inicio de la gota

b) avance de la gota hacia el charco

c) Formación del cortocircuito

d) Se rompe el cortocircuito y se inicia otra gota


Tipo de electrodo

DiámetroGas

CorrienteAPulgadas mm

Acero al carbono

0,030 0,8

98% Ar + 2% O2

150

0,035 0,9 165

0,045 1,1 220

0,062 1,6 275

Acero inoxidable0,035 0,9 170

0,045 1,1 225

Aluminio

0,030 0,8

Argón

95

0,045 1,1 135

0,062 1,6 180


Aislar el charco de soldadura del aire que rodea el arco y formar el plasma para permitir el paso de la corriente y formar así el arco

Determinar el tipo de transferencia del metal

•La penetración y en la geometría del cordón

•La limpieza de óxidos refractarios

•La velocidad de soldadura

•La socavación

•Las propiedades mecánicas

•Potencial de ionización adecuado a los voltajes usados en el arco

•No tener afinidad química con los metales a soldar para evitar que se formen compuestos indeseables

•No presentar peligros para el operario


argón= 1,4 aire

Bajo costo (destilado del aire)

Posición plana y horizontal

Potencial de ionización de 15,76 ev

Baja penetración

Menor chisporroteo

Puro para No ferrosos

Argón + CO2 (O2) para ferrosos

Baja conductividad térmica

Globular y spray (corriente mayor que la de transición)

Eliminación de los óxidos del aluminio y del magnesio

helio= 0,14 aire

Alto costo (gas natural)

Posición vertical y sobrecabeza

Potencial de ionización de 24,58 ev

Alta penetración

Mayor chisporroteo

Alta conductividad térmica

Transferencia globular

No spray


Gas reactivo

Bajo costo

Electrodo que tenga elementos desoxidantes como aluminio, titanio y silicio

Transferencia globular

Transferencia por cortocircuito

Buena penetración

Cordones más abultados

Aumento de salpicaduras

Mejor penetración

Mayor velocidad

Inestabilidad del arco

Para metales conductores (cobre)

Máximo 5% oxígeno

Transferencia spray

Menor chisporroteo

Arco muy estable

Menor socavación

Máximo 10% CO2

Transferencia spray arco muy estable

Mejor penetración

Menor socavación


Si se aumenta tiende a incrementar la fluidez y las salpicaduras, reducen la penetración, y causan la pérdida de elementos aleantes

Para una misma longitud del arco, si se aumenta la corriente, aumenta el voltaje

A mayor corriente mayor penetración

Para conservar la longitud del arco constante, debe existir una relación directa entre la

velocidad de alimentación del electrodo y su velocidad de fusión

Un arco más estable

Una transferencia del metal más suave

Mínimo chisporroteo

Alta penetración

Arco de argón con electrodo de aluminio


Es la rapidez a la cual se mueve el arco a lo largo de la junta de soldadura

Cordón ancho

Baja penetración ya que el arco actúa sobre el charco más que sobre el material

Menor calor introducido

Cordón angosto

Socavación porque el electrodo no alcanza a llenar la ranura en el metal base

dejada por el arco

Distancia entre la boquilla y el extremo del electrodo

Si se aumenta se aumenta el metal fundido, menos penetración

Cortocircuito : ¼” a ½”

Otras : ½” a 1”


no se combina con otros elementos

Argón, helio

Soldadura al arco eléctrico con electrodo de tungsteno (no consumible) y con

protección gaseosa con un gas inerte

Tungsten Inert Gas

Temp fusión W = 3410 C

Dado que el área de soldadura está aislada 100% de la atmósfera y existe un control muy

fino y preciso de la aplicación de calor, las soldaduras mediante este proceso son más fuertes, mas dúctiles y más resistentes a la

corrosión que con el proceso SMAW

Cátodo (-) a alta temperatura

Emisión de electrones

Sólo cátodos de tungsteno o de carbono lo pueden hacer

Titanio, magnesio

Aluminio, cobre y aceros inoxidables de muy bajo espesor

Esquema pistola GTAW


70% del calor generado en el electrodo, ánodo (+)

30% del calor generado en la pieza, cátodo (-)

Corrientes hasta de 100 A

Espesores máximo hasta de 2.4 mm

Cuando el gas de protección es argón se genera una limpieza de óxidos refractarios, debido a un bombardeo de electrones, útil en la

soldadura del aluminio y del magnesio

70% del calor generado en la pieza

30% del calor generado en el electrodo

Nube de electrones que enfría al electrodo y calienta el ánodo

Útil para el acero inoxidable

Alta penetración

Corrientes hasta de 1000 A

•Todos los metales y sus aleaciones

•Metales diferentes

•No requiere fundentes ni decapantes

•Fuente de calor concentrada

•Charco de fusión muy calmado

•Alta calidad

•No hay humos ni vapores nocivos

•Baja velocidad de deposición

•Alta habilidad del operario

•Para láminas con espesores mayores a 9 mm es un proceso demasiado costoso

•No útil a la intemperie


* CA. Aluminio, magnesio, buena estabilidad del arco

** Torio, alta radioactividad, mayor amperaje que EWP, fácil encendido del arco

Función de trabajo termoiónico

AWS Color Elemento aleante Óxido aleante % en peso

EWP Verde ---

EWCe-2 Naranja Cerio CeO2 2,00

EWLa-1 Negro Lantano La2O31,00

EWTh-1** AmarilloTorio ThO2

EWTh-2 Rojo 2,00

EWZr-1 Café Circonio ZrO2 0,25

EWG Gris No especificado ---

Elemento e.v.

Tungsteno 4,4

Circonio 4,2

Torio 3,4

Lantano 3,3

Cerio 2,6


Diámetro del electrodo Diámetro tobera

pulgadas

Amperaje

Pulgadas mm CDEN CDEP

0,01 0,2541/4

Hasta 15

No aplica0,02 0,508 5 a 20

0,04 1,0163/8

15 a 80

1/16 1,588 70 a 150 10 a 20

3/32 2,381

1/2

150 a 250 15 a 30

1/8 3,175 250 a 400 25 a 40

5/32 3,969 400 a 500 40 a 55

3/16 4,763 5/8 500 a 750 55 a 80

1/4 6,350 3/4 750 a 1100 80 a 125


•Permitir el encendido del arco

•Proteger el charco, al electrodo y al material de aporte

•15 a 35 cfh (cubic feet hour)

•Potencial de ionización de 16 ev

•Fácil iniciación del arco

•Arco tranquilo

•Fácil control del charco

•Limpieza de óxidos

•Bajo costo

•Baja penetración, útil para platinas delgadas

•Posición plana

•30 a 50 cfh (cubic feet hour)

•Potencial de ionización de 25 ev

•Alto voltaje en el arco para iguales condiciones de soldadura comparándolo con el argón, alta penetración

•Metales de alta conductividad, cobre y sus aleaciones

•Difícil encender el arco con bajos amperajes

•CDEN. Aluminio pero con limpieza mecánica de los óxidos

•Máximo 7% de H2

•Potencial de ionización del H2 de 15,4 ev

•Alta temperatura en el arco

•Útil para platinas muy delgadas de acero inoxidable

•Puede causar grietas en los aceros ferríticos

•Puede causar porosidad en el aluminio y en el cobre

•Buen arranque del arco, argón

•Buena estabilidad del arco, argón

•Buena penetración, helio

•Buena velocidad, helio


•Alta calidad

•Altos amperajes

•Mínima preparación de junta, dependiendo de la capacidad del equipo, espesores de 25

mm con un solo cordón

•Bajo riesgo de grietas por hidrogeno

•Alta velocidad de avance

•Alta velocidad de fusión

•Mínima protección del operario

•Eficiencia del electrodo del 99%

•Equipos muy costosos

•Fundente granular, no adecuado para posición vertical ni sobre cabeza

•Espesor mínimo de 3/16 pulgada

•Fundentes higroscópicos

El electrodo, el arco y el charco de soldadura están sumergidos en un fundente granular que además de protegerlos de la atmósfera limpia el metal fundido de elementos

indeseables, aporta elementos desoxidantes y de aleación y es formador de la escoria.

El fundente que no se funde se puede reutilizar

El fundente está separado del electrodo permitiendo diferentes combinaciones, modificando propiedades mecánicas y químicas del cordón


Viga en “I”

Cilindro, acero al carbono, posición plana


Sílice + óxidos metálicos + sales haloideas (combinación de metales y metaloides)

Se funde y forma silicatos metálicos

Enfriado, molido y tamizado en diferentes granulometrías

Alta velocidad de avance

Ventajas.

•Buena homogeneidad química

•No son higroscópicos

Desventajas

•Bajo contenido de desoxidantes y de aleantes debido a las altas temperaturas de fabricación

Óxidos de metales alcalinotérreos (MnO2, Al2O3, SiO2) + agentes desoxidantes (silicio manganeso,

ferromanganeso, ferro silicio) + sales halógenas

Ventajas

•Permite gruesas capas debido a su baja densidad

•Escoria fácil de remover

Desventajas

•Absorben humedad

•Alta probabilidad de formar gases

•Proteger la soldadura fundida de la interacción con la atmósfera

•Limpia y desoxida la soldadura fundida

•Ayuda a controlar las propiedades químicas y mecánicas del metal de aporte en la soldadura


MnO2, CaO, SiO2

Aumentan el % de Mn y de Si del depósito con respecto al metal base, incrementando la resistencia, pero cuando se hace una

soldadura multipases, puede ocurrir una excesiva acumulación de estos componentes generando una soldadura muy vulnerable a las

grietas y a las fracturas

Causan un cambio sustancial en la composición química final del metal de soldadura cuando el voltaje y el espesor de la capa de

fundente son cambiados

Para laminas de menos de 25 mm de espesor. Para cordones simples

No tienen efecto (o es muy pequeño) en las propiedades mecánicas del cordón de

soldadura

Varios cordones

Contienen ferroaleantes para producir depósitos aleados

Aplicación

Aceros de baja aleación

Reparaciones


Mínima temperatura a la cual se realizó el ensayo de impacto para cumplir con una energía

de impacto de 20 lbf – ft

0: 0 F

2: -20 F

4: -40 F

5: -50 F

6: -60 F

8: -80 F

Z: Sin requerimientos

L: low Mn, máx. 0,60%

M: mid Mn, máx. 1,40%

H: high Mn, máx. 2,25%

% de carbono/100

K: killed, acero calmado al silicio, no efervescente

Aleación presente

Electrodo

Alambre sólido

Electrodo compuesto (alambre tubular con fundente + elementos aleantes)

Los electrodos están recubiertos de cobre para

•Aumentar la resistencia a la corrosión

•Aumentar la conductividad eléctrica

•Disminuir el rozamiento con la guaya


Clasificación AWS A5.17Fundente - Electrodo

F7A0-EL12 F7A2-EM12

psi MPa psi MPa

Resistencia a la tracción 83100 570 91300 629

Limite de fluencia 70300 484 79000 544

Alargamiento en 2 pulgadas 30% 29%

Espesor del material, mm

Diámetro del electrodo, mm

Amperaje VoltajeVelocidad de

avance, cm/min

42,4

375 30100

5 42535

63,2

480 90

7550

30 88

84,0

3590

10 600

12

4,8

750 80

16 800 36 55

20

925

3845

25

6,436

30 35

35 1000 34 28

Parámetros parasoldar aceros alcarbono


De ella depende

•La velocidad de fusión del electrodo y del metal base

•La penetración

Igual que para SMAW

CDEN, Polaridad directa : alta velocidad de fusión, baja penetración

CDEP, Polaridad invertida : alta penetración

CA, cuando se usan dos electrodos

Alto. Disminuye el refuerzo, aumenta el consumo

del fundente

Muy alto. Se generan grietas

Alta velocidad

•Cordón angosto

•Alto socavado

•Alta porosidad

Baja velocidad

•Posibilidad de formar grietas

•Aumenta el calor introducido, aumenta la ZAT


Si se aumenta la longitud libre

Aumenta su temperatura

Aumenta la velocidad de fusión

Disminuye la penetración

•Delgada. Poros, aspecto desagradable, se ve destellos del arco

•Gruesa. Alta penetración

•Muy gruesa. Atrapamiento de gases, mala apariencia

ArrastreEmpuje


SALES HALOIDEAS O HALUROS se forman por la combinaciónde un hidrácido con una base

Un hidrácido es un ácido que no contiene oxígeno

Una base se forma cuando un óxido de un metal reaccionacon agua

Los metales alcalinotérreos son un grupo de elementos quese encuentran situados en el grupo 2 de la tabla periódica yson los siguientes: berilio(Be), magnesio(Mg), calcio(Ca),estroncio(Sr), bario(Ba) y radio(Ra).

Los elementos halógenos, son los el grupo VIIAF, Cl, Br, I, At

Metaloide: elemento que tiene propiedades metálicas y no metálicasB, Si, Ge, As, Sb, Te, At

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido

http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido

http://es.wikipedia.org/wiki/Metal

http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos



http://es.wikipedia.org/wiki/Berilio

http://es.wikipedia.org/wiki/Magnesio

http://es.wikipedia.org/wiki/Calcio

http://es.wikipedia.org/wiki/Estroncio

http://es.wikipedia.org/wiki/Bario

http://es.wikipedia.org/wiki/Radio_(elemento)


Se funden las piezas de trabajo con el calor de una llama, sin electricidad. La llama es producida por la

combustión de un gas combustible con aire u oxígeno

Gases combustibles, compuestos por carbono y por hidrógeno

Acetileno

Metil acetileno propadieno

Etileno

Propileno

Hidrógeno

Propano

Butano

Gas natural (metano)

Los gases combustibles son hidrocarburos con la excepción del hidrógeno y el monóxido de carbono

Oxigas


Generalmente se queman estos gases con oxígeno porque el nitrógeno del aire genera una

temperatura baja de llama, inferior a la temperatura de fusión de la mayoría de los

metales

Cuando se usa material de aporte, su composición debe ser similar a la de los metales base

Con frecuencia se recubre el aporte con un fundente, lo cual ayuda a limpiar las

superficies, evita la oxidación y se produce una mejor unión soldada

Desventajas

La combustión del combustible con el oxígeno produce bióxido de carbono y agua, los cuales

son perjudiciales para algunos materiales

Titanio


El oxígeno

Es en general perjudicial, y un metal que se oxide fácilmente resultará difícil de soldar. Las soldaduras oxidadas son indeseables, y pueden ser fácilmente identificadas porque la apariencia de su superficie

es irregular, y está picada. Estas soldaduras carecen de resistencia y de ductilidad

El nitrógeno

Se disuelve en muchos metales líquidos, y puede reaccionar con algunos de sus constituyentes. Si se

permite que el nitrógeno entre en el punto de fusión al llevar a cabo la soldadura de ciertos aceros, la

soldadura que se obtenga será quebradiza, porosa y de baja ductilidad

El hidrógeno

Puede dar lugar a problemas indeseables con muchos de los metales de aporte, en particular el acero, el aluminio y el cobre duro. La presencia de hidrógeno ocasiona porosidad gaseosa, lo

que hace débiles e inadecuadas las uniones

La reacción del hidrógeno con cualquier óxido presente en el metal fundido de aporte dará por resultado la producción de

vapor de agua, agente que ocasiona porosidad y debilidad. Este hidrógeno proviene de los productos de la combustión

Vapor de agua

Tiende a separarse en H2 y O2, cuando se pone en contacto con la superficie del metal de aporte. Una

parte del hidrógeno liberado se disolverá en el metal, y una parte del oxígeno liberado reaccionará

con el metal


Acetileno, etino

Gas incoloro

No tóxico

Ligeramente anestesiante

Inoloro

Olor a ajo (seguridad)

Formado a partir de carburo de calcio y agua

Disuelto en acetona (absorbida por una masa porosa dentro del cilindro)

Produce la llama primaria más caliente y más concentrada de todos los gases combustibles

Etileno

Gas incoloro

Olor dulce y rancio

Ligeramente anestesiante

El poder calorífico es similar al del acetileno, pero una sola cantidad se genera en la llama primaria

Gas natural (metano)

Compuesto básicamente por metano

Gas incoloro, e inoloro, no tóxico

Se le adiciona olor para facilitar su detección

Tiene bajo valor calorífico


Materiales y equipo para la soldadura aplicada con gas combustible

El sopleteMezcla y controla el paso de los gases

para producir la llama requerida

Los reguladores

Reducen la presión del cilindro a un nivel aceptable para los sopletes y mantienen una

presión constante en los sopletes

Oxígeno: verdes, rosca derecha

Acetileno: rojos, rosca izquierda

Cilindro de oxígeno contiene entre 20 a 300 pies3

de capacidad, con presiones de hasta 2200 psi

Cilindro de acetileno tiene una presión de 250 psi. La presión de almacenaje es de 15 psi debido a

una acetona disuelta en su interior


Tipos de llama

Llama premezclada

La más usada en la soldadura manual

El gas combustible y el oxígeno se mezclan en la cámara del soplete, y generalmente quedan mezclados antes de

que ocurra la combustión en la boquilla

Concentran el calor en un cono con la muy elevada temperatura para soldar

Es de color azul o casi invisible

Llama mezclada en boquilla

La combustión y la mezcla ocurren inmediatamente fuera de la boquilla

Es una llama larga y de color amarillo

Es una llama radiadora de calor

Cono

Es una llama premezclada

Envolvente

Puede extraer aire de la atmósfera, convirtiéndose en una llama

mezclada


Llama neutra

Igual cantidad de oxígeno y acetileno

Uso general

Cono interior blanco y claramente definido

La reacción primaria produce monóxido de carbono e hidrógeno, ambos gases reductores

La reacción secundaria para una combustión completa absorbe algún oxígeno adicional de la atmósfera que rodea la llama, produciendo bióxido de carbono y vapor de agua. Por tanto hay

pocas posibilidades que el oxígeno atmosférico se combine con el metal fundido

Con una combustión completa no hay carbono libre que resulte absorbido por el metal fundido, y por lo tanto no se producirá cambio alguno en la estructura del metal fundido

cuando se utiliza una llama neutra


Llama oxidante

Se obtiene a partir de una llama neutra reduciendo el suministro de acetileno mediante la válvula de control del soplete

Cono interior corto y muy cónico

La llama tiende a rugir

Hay oxígeno en exceso proveniente del cilindro

El metal fundido y caliente se oxidará rápidamente por estar expuesto al oxígeno atmosférico

Es la más caliente de todas, sin embargo puede ocasionar oxidación en el metal base

No es conveniente para soldar

En los aceros al carbono, el exceso de oxígeno tiende a combinarse con el carbono en el metal para formar monóxido de carbono, apareciendo burbujas en el metal líquido. Generando una perdida de carbono en el

metal y una presencia de porosidad gaseosa

Los óxidos de hierro quedarán atrapados como inclusiones generando una pérdida de resistencia

Oxidación en los límites de los granos

Útil para soldar latones, bronces y aleaciones de aluminio


Llama carburizante (reductora)

Se obtiene a partir de una llama neutra aumentando el suministro de acetileno mediante la válvula de control del soplete

Hay gas combustible en exceso, generando partículas de carbono incandescente que aparecen entre el cono interior y la envoltura exterior

El exceso de acetileno da lugar a una combustión incompleta que genera carbono libre. El metal de aporte queda fuertemente carburizado, lo que se traduce en un cambio mayor en la dureza y

ductilidad de la estructura soldada (difusión del carbono en la superficie, cementación)

Útil para agregar carbono al metal base

Tiene menor temperatura que la oxidante


Soldadura hacia la izquierda (empuje)

La llama se dirige hacia fuera de la soldadura ya hecha, es decir hacia la parte no soldada de la unión

Si se utiliza varilla de aporte se dirige hacia la parte soldada de la unión

Útil para soldar aceros de bajo carbono

Soldadura hacia la derecha (arrastre)

La dirección de la llama se orienta hacia el metal depositado

Útil para altos espesores

El cono de la llama se debe mantener separado de la varilla de relleno y del metal fundido

depositado


Ventajas de la soldadura a derechas (arrastre)

Con placas hasta 8.0 mm de espesor, no es necesario el biselado. Ahorro de costo y tiempo

Si se necesita el biselado de los bordes de las placas, el ángulo de la V será de 60 para la soldadura a derechas y 80 para la soldadura a izquierdas

Se pueden utilizar boquillas de mayor tamaño. Mayor rapidez de soldadura

No hay obstrucción del punto de fusión y los lados de la V. Mejor control del metal fundido. Adecuada penetración

El metal fundido está protegido por la envoltura de la llama, lo que disminuye la velocidad de enfriamiento y protege al metal fundido de la oxidación atmosférica

Hay menos depósito de metal fundido. Disminuye la distorsión

Menos consumo de material de relleno y menos tiempo de trabajo. Más económico


Eficiencia de la llama

La capacidad de un gas combustible de permitir calentamientos localizados rápidos está determinada

por la temperatura de la llama

Temperatura de la llama

Descomposición del gas combustible en la llama primaria a carbono e hidrógeno. Dependiendo de si el

calor de formación del gas es positivo o negativo, se producirá un aumento o disminución de la temperatura

La combustión en la llama primaria genera calor, el cual aumenta la temperatura de la llama

A mayor temperatura, más rápido se producirá el calentamiento y antes se podrá comenzar el proceso en

si


Seguridad

Manejo

Todos los gases son seguros si son manejados correctamente

Tener en cuenta las instrucciones dadas por el proveedor

Límites de explosivos

Si se produce una fuga de gas combustible en el aire, se puede

formar una mezcla explosiva

Retroceso de la llama

La llama se devuelve hacia el soplete, escuchándose el sonido de pequeñas explosiones.

La llama se extingue o se reenciende en la punta de la boquilla.

Es un indicativo de que algo está funcionando mal

Retroceso total de la llama

La llama se retrae hacia dentro del soplete y continúa ardiendo en el punto de mezcla de los gases.

El sonido al comienzo es de pequeñas explosiones, en la medida que la combustión prosigue, se produce un

siseo

Si no se detiene el retroceso el soplete se podrá dañar o peor aún el operario sufrir lesiones


Retroceso total y sostenido de la llama

Se retrae por el soplete hasta alcanzar el sistema de alimentación del gas

Si la llama alcanza el recipiente de gas combustible puede producirse un grave accidente

Una medida de seguridad es colocar un bloqueador de retroceso de la llama en ambos cilindros

Riesgos para la salud

El mayor peligro lo representa el riesgo de asfixia

Este riesgo es mayor cuando se trabaja con gases combustibles más pesados que el aire

De producirse una fuga, el gas se acumulará en los lugares bajos, desplazando al aire y causando deficiencia de

oxígeno

Los gases nitrosos a partir del nitrógeno de la atmósfera como consecuencia de la alta temperatura de la llama.

Son formados cuando la llama arde libremente

Monóxido de carbono

La llama secundaria consume oxígeno atmosférico en la combustión

Si el oxígeno disminuye, generará una deficiencia de oxígeno, así como una combustión incompleta

produciéndose así monóxido de carbono (tóxico) en vez de dióxido de carbono


Ventajas de la llama oxiacetilénica

Una temperatura de 3100 C por combustión con un volumen de oxígeno (en la práctica de 1.1 a 1.3 volúmenes)

Una composición de la llama que corresponde a propiedades reductoras muy marcadas

Una llama dócil, fácilmente regulable, bien con exceso de oxígeno (llama oxidante) o de acetileno (llama carburante), según los metales o

aleaciones que se trate de unir

Estas propiedades son debidas al elevado contenido de carbono de la molécula C2H2 (contiene en peso 92.3% de C y 7.7% de H2)


Originadas cuando se interrumpe el arco

Propagación de una grieta de cráter en una soldadura

de aluminio


Se presentan generalmente en el centro del cordón de soldadura

Pueden originarse a partir de grietas de cráter formadas al final

de la soldadura o debido a una grieta formada en el depósito


Pueden extenderse hasta el metal base

Se pueden encontrar en juntas muy rígidas


Juntas muy rígidas

Diseño inadecuado de la junta


Falta de precalentamiento

Falta de postcalentamiento

Alto amperaje

Electrodos de NO bajo hidrógeno


Abertura de raíz muy pequeña

Angulo de bisel muy pequeño

Altura de raíz muy grande

Diámetro de electrodo muy grande

Velocidad de avance muy alta

Bajo amperaje


Bajo amperaje

Materiales extraños en la zona del cordón de soldadura tales como óxidos, escoria


Diámetro inadecuado del electrodo

Deficiente preparación de la junta

Bajo caudal de gas


Inclusión de escoria alargadaInclusión de escoria aislada

Inadecuada limpieza de la escoria antes del cordón siguiente

Óxidos u otros sólidos no metálicos, provenientes del revestimiento del electrodo atrapados dentro del cordón de

soldadura o entre el cordón de soldadura y el metal base

Metal base sucio

Técnicas inadecuadas del movimiento del electrodo


Disminuyen el área de aplicación de carga

Concentradores de esfuerzo

Generar grietas


Porosidad agrupada

Poros lineales unidos por una grieta

Es un gas (O2, H2, N2 ) que queda atrapado en el cordón de soldadura durante la

solidificación

Alto amperaje

Arco muy corto o muy largo

Material base sucio

Velocidad de avance muy alta

Electrodo húmedo

Bajo caudal de gas

Alta velocidad de solidificación



Manipulación incorrecta del electrodo

Alto amperaje


Diámetro del electrodo muy grande


Gotas pequeñas de metal fundido que caen en la superficie del metal base adyacente al depósito

Alto amperaje

Electrodo inadecuado

Polaridad incorrecta

Electrodo y/o metal base sucio

Inclusión de tungsteno

Debido al contacto del electrodo con el charco de soldadura


Función de la soldadura

Unir los elementos estructurales y transmitir los esfuerzos generados por las cargas de servicio

La estabilidad de una estructura está directamente relacionada con la calidad de sus soldaduras

Garantizar que la estructura es capaz de desempeñar la función para la cual fue proyectada de manera confiable y segura, sin arriesgar la salud

de las personas, o sus bienes económicos

Diseñador

Determinar la geometría y dimensiones (tolerancias) de los elementos

Selección de los materiales y sus propiedades mecánicas, químicas y físicas

Códigos internacionales

AISC: American Institute of Steel Contruction

CCCSR: Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes

AWS: American Welding Society


Etapas

Elaboración de planos de fabricación y de montaje

Especificaciones técnicas: materiales, dimensiones, tolerancias, procesos de soldadura, tipos de uniones, tamaños

de soldadura, END

Objetivo

Inspeccionar todas las características físicas de la estructura y confrontarlas con las especificaciones técnicas, planos de fabricación y

códigos de diseño y de soldadura aplicables, para determinar si la estructura o parte de ella es aceptada, se debe reparar ó, en última

instancia rechazar

Garantizar que:

Los procesos de fabricación

La técnica de aplicación de las soldaduras

El personal de trabajo

Los equipos y accesorios

En general, todos los aspectos que puedan influir en la calidad total de la estructura sean los adecuados


Nivel de calidad

Determinado por el departamento de diseño

Características físicas

Propiedades mecánicas

Composición química

Personal de inspección

Inspector de calidad

Empresa o externo

Planos de fabricación

Especificaciones técnicas

Códigos de diseño y de soldadura


Inspector de calidad

Requisitos esenciales

Buena condición física

Buena visión, natural o corregida

Conocimientos de soldadura

Interpretar planos, especificaciones y procedimientos

Ensayos destructivos y no destructivos

Realizar informes técnicos

Requisitos éticos

Honesto

Responsable

Objetivo


Controles previos a la fabricación

Materiales base y de aporte

ASTM: American Society for Testing and Materials

AWS: American Welding Society

Certificados de pruebas de los materiales MTR: Material (or Mill) Test Report, MTC: Material (or Mill) Test

Certificate

Composición química

Propiedades mecánicas

Ensayos de control realizados

Especificación que cumple

Tipo o grado

Número de colada

Verificación del estampe

Corrosión

Deformaciones inadmisibles

Dimensiones

Defectos metalúrgicos

Condiciones de almacenamiento


Especificaciones de procedimientos de soldadura

WPS: Welding Procedure Specification

Descripción de las variables que se deben utilizar para efectuar una soldadura con cierto nivel de calidad

Es una herramienta para comunicarle al operario y al inspector la forma de hacer los cordones de soldadura

Verificar

Equipos de soldadura

Hornos de almacenamiento de los consumibles

Seguridad industrial

Calificación de los WPS

Cupón de prueba

Inspección visual

Radiografía

Ensayos mecánicos

Metalografía


Calificación del procedimiento de soldadura

PQR: Procedure Qualification Record

Soporte técnico que asegura que con determinado WPS se obtienen soldaduras con la sanidad y propiedades mecánicas requeridas por

cierto código de soldadura

Cada WPS debe tener un PQR de respaldo

Una vez aprobado el WPS, se puede utilizar en la producción, casi siempre de forma indefinida

Calificación de soldadores

WPQR: Welder Performance Qualification Record

Determinar la habilidad para realizar las soldaduras sanas utilizando un WPS calificado

Realizar un cupón

Radiografía

Ensayo de doblez

Macro ataque


Criterios de aceptación

Discontinuidad (imperfecciones)

Una interrupción de la estructura típica de un elemento soldado, puede consistir en una falta de

homogeneidad en las propiedades mecánicas, físicas o metalúrgica del metal base o del metal soldado

Poros

Inclusiones de escoria

Socavado

Desgarre laminar

Convexidad

Concavidad

Falta de penetración

Falta de fusión

Grietas

Tipo

Tamaño

Distribución y localización de las discontinuidades

Defecto

Es una discontinuidad que ha sobrepasado los requisitos indicados en los códigos

Reducen la resistencia de las juntas soldadas

Concentradores de esfuerzos

Reducen el área transversal, incrementado el esfuerzo


Métodos de inspección

Ensayos no destructivos

Procedimiento escrito

Formatos adecuados

Inspección visual

Discontinuidades superficiales

Es el más simple de todos

Menos costoso

Rápido

Inspección base

Líquidos penetrantes

Para detectar discontinuidades abiertas a la superficie

Económico

Resultados fáciles de interpretar

Equipo portátil

No energía eléctrica

Partículas magnéticas

Discontinuidades abiertas a la superficie

Subsuperficiales

Económico y rápido

Energía eléctrica

Materiales ferromagnéticos

Radiografía industrial

Discontinuidades superficiales e internas

Registro permanente

Fuentes radioactivas

Alto costo

Personal calificado

Ultrasonido

Discontinuidades internas

Equipo de alto costo

Personal calificado


Controles durante la fabricación

Antes

WPS, PQR, WPQR

Certificados de los materiales utilizados

Establecer un plan de inspección según el tipo de estructura

Revisar defectos del material base

Verificar: ensambles, juntas de soldadura, limpieza de las superficies, precalentamientos

Almacenamiento de los consumibles de soldadura

Durante

Condiciones de aplicación de la soldadura

Manipulación de los consumibles de soldadura

Calidad de los cordones de raíz

Inspección visual y END

Limpieza entre los cordones de soldadura

Después

Apariencia final de los cordones de soldadura

Tamaño y longitud de los cordones

Verificación del cumplimiento de los planos y sus especificaciones

Ensayos no destructivos (destructivos)

Determinar posibles distorsiones

Supervisar tareas de reparación

Efectuar tratamientos térmicos

Registros


Es la variación de la temperatura con el tiempo en cada punto del cordón

de soldadura o del metal base


Se mezcla homogéneamente el metal de aporte fundido con una porción fundida del metal base

Es una porción del metal base que se funde pero no se mezcla con el metal fundido de la zona mezclada

Presenta igual composición del metal base

Altas velocidades de enfriamiento

Debido a su rápida solidificación puede tener estructuras totalmente diferentes

Espesor entre 1,27 a 2,54 mm


La zona del metal base adyacente a la línea de fusión (solo se puede observar al microscopio en soldaduras con metal de aporte muy diferentes)

Puede alcanzar temperaturas muy próximas a la del Liquidus, por lo tanto se puede presentar fusión de algunas impurezas o inclusiones de bajo punto de

fusión o la fusión parcial de los limites de grano

En los aceros de alta resistencia baja aleación (HSLA) se cree como la causante del agrietamiento

El espesor depende de la temperatura entre el solido y el liquido

Ocurren cambios microestructurales

Crecimiento de grano

Esferoidización de la cementita en la perlita de los aceros laminados en caliente

Recristalización de los aceros laminados en frio

El tamaño depende del ciclo térmico

Se puede presentar

Distorsiones

Esfuerzos residuales


Zonas de un cordón de soldadura

a Zona fundida

b.1 Zona de grano grueso

b.2 Zona de grano fino (recristalización)

b.3 Zona de austenización parcial

b.4 Zona revenida

c Metal base no afectado térmicamente


En un proceso de soldadura, la zona fundida, tanto como la zona adyacente sufren una variación de temperatura que va, en el caso de la zona adyacente desde la temperatura ambiente hasta temperaturas que

causen transformaciones importantes como:

•Crecimiento de grano

•Precipitaciones

•Cambios en la micro estructura

•Recristalización

Todas estas transformaciones generan cambios en las propiedades mecánicas de la junta soldada. Por lo tanto es importante conocer el ciclo térmico para hacer la modificaciones que sean necesarias para prevenir la perdida de las propiedades mecánicas

Interesa conocer:

•La velocidad de enfriamiento

•El tiempo de permanencia sobre una temperatura en particular, por ejemplo, la temperatura de austenización, lo

cual puede implicar un crecimiento del grano


•Las temperaturas máximas disminuyen a medida que el punto esta mas alejado del centro del cordón de soldadura

•Las velocidades de enfriamiento son mayores para los puntos mas cercanos al cordón de soldadura. Se debe utilizar el diagrama de enfriamiento continuo

•Temperaturas máximas

•Velocidad de enfriamiento a una temperatura dada


Variable Unidades

Tm Temperatura máxima C

To Temperatura ambiente o de precalentamiento C

ρcCalor especifico volumétrico J/(mm3 * C)

K Conductividad térmica J/(mm * s * C)

t: Espesor de la platina mm

X Distancia a la cual se calcula la temperatura máxima mm

Hn Calor neto introducido J/mm

Tf Temperatura de fusión o temperatura Liquidus del metal base C

Ti Temperatura de interés C

ts Tiempo de permanencia a una temperatura determinada s

θ Coeficiente de temperatura ___

f2 y f3 Coeficientes que dependen del coeficiente de temperatura θ


Diferencia entre platina gruesa y platina delgada

Es función de la energía del proceso utilizado y de la forma en que el calor es evacuado de la masa de la pieza

τ : Coeficiente para determinar si la platina se considera delgada o gruesa

< 0,75 > 0,75

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Para una platina delgadaPara una platina gruesa

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Procesos de Manufactura

Mauricio Gaviria González 185


WPS: Welding Procedure Specification

PQR: Procedure Qualification Record

WPQR: Welder Performance Qualification Record

Procesos de Manufactura 187Mauricio Gaviria González


Soldadura WPS Producción

Platina a tope

Groove (G)

Plana 1G F (flat)

Horizontal 2G H (horizontal)

Vertical 3G V (vertical)

Sobrecabeza 4G OH (overhead)

Platinas a filete

Fillet (F)

Plana 1F F (flat)

Horizontal 2F H (horizontal)

Vertical 3F V (vertical)

Sobrecabeza 4F OH (overhead)

fundición y soldadura 2010 02

Documents