Aceros, Metales y aleaciones empleadas en la soldadura., Monografías, Ensayos de Ingeniería Civil

¡Descarga Aceros, Metales y aleaciones empleadas en la soldadura. y más Monografías, Ensayos en PDF de Ingeniería Civil solo en Docsity! Aceros, Metales y aleaciones empleadas en la soldadura 1. Resumen 2. Clasificación de los aceros por su soldabilidad 3. Aceros de alta aleación: el acero inoxidable 4. El aluminio y sus aleaciones 5. Energía de aportación 6. Balance térmico de los procesos de soldeo 7. Zonas en una junta soldada 8. Defectos de soldaduras 9. Bibliografía Resumen Existen disimiles clasificaciones, tecnologías y procesos para efectuar una soldadura, en seste sentido es importantes tener en presente, los objetivos y finalidades de cada una de ellas, para determinar los distintos aceros, metales y aleaciones a emplear de acuerdo a sus propiedades, características metalográficas y de soldabilidad. Summary. There are dissimilar classifications, technologies and processes to carry out a welding, in this sense it is important to bear in mind the objectives and purposes of each of them, to determine the different steels, metals and alloys to be used according to their properties, metallographic characteristics and of weldability. Palabras claves. Aceros, Metales, Aleaciones, Soldeo, Balance Térmico, fase sigma. Aceros inoxidables martensiticos, ferriticos, austeníticos, latones, bronces, energía de aportación energía neta aportada Keywords. Steels, Metals, Alloys, Soldering, Heat Balance, sigma phase. Stainless steels, martensitic, ferritic, austenitic, brass, bronze, energy input, net energy contributed Clasificación de los aceros por su soldabilidad Atendiendo a la soldabilidad de los aceros, estos se pueden clasificar en: 1-Soldables: su contenido en carbono no excede del 0,25%. 2 -Medianamente soldables: su contenido en carbono varía entre 0,25% y 0,4%. 3 -Poco soldables: contienen carbono en porcentaje que va de 0,4% a 0,6%. 4 -No soldables: son aquellos que tienen porcentajes de carbono superiores al 6%. Al igual que el carbono, los elementos aleantes y las impurezas juegan un papel muy importante en la soldabilidad del acero, así como en la aparición de grietas en el cordón de soldadura. Para evitar que la soldadura fisure, se recurre al precalentamiento. Para determinar la temperatura de precalentamiento, existen varias fórmulas; una de ellas es la realizada por Seferian, que tiene en cuenta no solamente la composición del material sino también el espesor. Para ello, se calcula el llamado CARBONO EQUIVALENTE, que no es más que la suma del porcentaje de carbono y de la influencia, expresada en porcentajes, de los demás elementos aleantes. De esta manera, el carbono equivalente debido a la composición será: Espesor: Siendo: E: espesor de la chapa El carbono equivalente total será la suma de los dos: El cálculo de la temperatura de calentamiento se realiza mediante la siguiente fórmula: Aceros de alta aleación: el acero inoxidable El acero inoxidable es un acero con contenido de Cromo suficiente (mínimo 11%) para que la aleación sea resistente a la corrosión. Esta resistencia a la corrosión es debida a la formación de una película impermeable de óxido de cromo que impide que la acción del medio ambiente siga oxidando el metal. Los elementos de aleación más comunes en el acero inoxidable (además del carbono y el cromo, por supuesto) son el níquel, el manganeso, el silicio, el molibdeno, el titanio y el niobio. Algunas de las influencias que estos elementos confieren al acero, son las siguientes: • Níquel: es antimagnético, no se endurece y es maleable. • Molibdeno: aumenta la resistencia a ciertos medios corrosivos y mejora la resistencia a la tracción. • Titanio y niobio: impiden la formación de ciertos compuestos perjudiciales para los aceros inoxidables. El cobre fue uno de los primeros metales utilizados por el hombre, ya que debió existir con relativa abundancia en la naturaleza en estado nativo. Sin embargo, actualmente, la casi totalidad de la producción de cobre se obtiene de minerales, en forma de sulfures, óxidos y carbonates. El cobre es un metal de color rojo más o menos oscuro que funde a los 1083 °C. Después de la plata, es el mejor conductor del calor y la electricidad: su alta conductividad calorífica es precisamente la que hace difícil su soldadura, ya que resulta muy difícil concentrar el calor en un punto determinado. Es muy dúctil y maleable, pero aumenta mucho su resistencia y dureza al deformarlo en frío. Los agentes atmosféricos forman en su superficie una delgada película de color verde grisácea que reduce la posterior oxidación. APLICACIONES DEL COBRE. Por su conductividad eléctrica, es muy útil para la fabricación de conductores. Por su conductividad calorífica, es idóneo para la fabricación de serpentines de refrigeración. Por su resistencia a la corrosión, se emplea en la fabricación de tuberías para la industria química. Por su ductilidad y color, se emplea para trabajos artísticos. ALEACIONES DEL COBRE. Las aleaciones del cobre que cabe destacar son: LATONES: contienen un 50% de zinc como máximo. Esta adición de zinc aumenta simultáneamente la resistencia mecánica y la ductilidad de la aleación, cosa extraña en metalurgia ya que lo habitual es que cuando aumenta la resistencia mecánica disminuya la ductilidad y viceversa. El zinc es un metal de bajo punto de ebullición, por lo que para evitar pérdidas de zinc en los latones durante la soldadura, ésta debe ser oxiacetilénica. Presentan las propiedades esenciales del cobre, pero con un precio de costo más bajo y una mayor facilidad de trabajo. Los latones tienen muchas aplicaciones: por su aspecto, en imitaciones de oro para joyería; por su ductilidad, para la fabricación de piezas por embutición; por su resistencia a la corrosión, en fabricación de maquinaria marina; por su menor precio que los bronces, sustituyen a estos en muchas fabricaciones. LATONES ESPECIALES: además de zinc, contienen otros elementos tales como plomo, manganeso, estaño,... BRONCES: son aleaciones de cobre y estaño (últimamente, se vienen llamando bronces a las aleaciones de cobre con cualquier otro metal, a excepción del zinc). El estaño en los bronces tiene una influencia parecida al zinc en los latones, aunque más enérgica. Los bronces dan productos moldeados más sanos que los latones, y se trabajan más fácilmente. El color depende también del porcentaje de estaño, y varía del rojo pálido hasta el blanco. Su resistencia al agua de mar es menor que la de ciertos latones. Las aplicaciones más típicas de los bronces son: por sus buenas calidades para el rozamiento, se utilizan para la fabricación de cojinetes; por su excelente resistencia a la corrosión, para la fabricación de hélices; por su bello y permanente aspecto, para la fabricación de monedas, medallas y adornos en general. Los bronces más importantes son los fosforosos, los al aluminio, los al plomo y el cuproníquel. Soldabilidad. Un acero se considera soldable en un grado prefijado, por un procedimiento determinado y para una aplicación especifica, cuando mediante una técnica adecuada se pueda conseguir la continuidad metálica de la unión, de tal manera que ésta cumpla con las exigencias prescritas con respecto a sus propiedades locales y a su influencia en la construcción de que forma parte integrante. Energía de aportación Se denomina energía de aportación o Heat Input al calor puesto en juego en el proceso de soldeo. Esta energía, también llamada Energía Bruta Aportada EBA, se expresa en función de los parámetros del arco en julios por unidad de longitud de soldadura: En donde: U.- tensión del arco en voltios I: intensidad de la corriente en amperios T: tiempo de fusión del electrodo durante el cual se aporta calor a la pieza, en segundos v.- velocidad de avance de la soldadura en cm/min Como puede observarse, la EBA es independiente del diámetro del electrodo. En realidad, esta influencia va implícita en la intensidad de la corriente y el tiempo necesario para su fusión. Balance térmico de los procesos de soldeo El calor puesto en juego en el proceso de soldeo se transmite a la pieza: - por los procesos iónicos o electrónicos que tienen lugar en la zona de contacto de la columna del arco con la pieza; • por el choque del chorro caliente de plasma; • por la recombinación de todos los gases disociados en la columna del arco. El calor se pierde en el arco: • por conducción en flujo de retroceso a través del propio electrodo, con mayor razón si no es consumible y está refrigerado; - por radiación; - por convección, a través de los gases que se separan de la columna del arco. El calor se pierde en el baño de fusión: - por la formación de cualquier tipo de escoria originada por fundentes presentes en el arco; - por convección; — por conducción, a través de la pieza. Así, pues, puede verse que no toda la energía generada en el arco llega a la pieza, puesto que parte de ella se disipa en pérdidas que son función en su mayor parte de la naturaleza del proceso de soldadura y en bastante menor medida de la posición del soldeo. Se denomina Energía Neta Aportada ENA a la energía real que recibe la pieza durante la operación de soldadura. Por tanto: ENA = p1 • EBA Siendo p1 el rendimiento del proceso de soldeo. Se consideran normales los siguientes rendimientos •Arco sumergido : 0,9-1 •Electrodo recubierto : 0,75 - 0,80 - MIG: 0,70 - MAG: 0,85 - TIG: 0,65 Se entiende fácilmente la diferencia de rendimientos. El mayor de ellos, corresponde en buena lógica a la soldadura por arco sumergido, debido a la protección térmica que produce sobre el baño de fusión la manta de escoria y el flux no consumido. En cuanto a procesos de soldeo MIG/MAG, el gas de protección produce un efecto refrigerante sobre el baño de fusión, que resulta mayor en el inerte porque, como su nombre indica, al no descomponerse en el arco no aporta calor a la pieza. La influencia de la posición de soldeo es muchísimo menor y aunque globalmente resulta insignificante, es fácil deducir que en cuanto a pérdidas de calor por convección se pueden clasificar por este orden: bajo techo, vertical descendente, vertical ascendente, horizontal y sobremesa. En la siguiente figura se muestra la sección de un cordón de soldadura: El área del cordón de soldadura es: As = AA. + Am La cantidad teórica de calor necesaria Q para fundir un material es igual a la suma de los calores parciales requeridos para elevar la temperatura desde la inicial a la temperatura de fusión (q1) y el necesario para transformarlo de sólido a líquido a esa temperatura (q2). Este último se denomina calor latente de fusión. El calor teórico viene dado por la expresión: La fisuración en caliente o de solidificación está causada por impurezas de bajo punto de fusión en el baño de fusión que permanecen liquidas cuando el metal restante se está solidificando y, por lo tanto, contrayendo. Depende de: -Alta densidad de corriente. -Distribución de calor y tensiones. -Embridamiento y severidad térmica. -Dilución. -Impurezas (azufre, níquel, carbono). -Precalentamiento. - Alta velocidad soldeo y arco largo. Rotura frágil Por debajo de cierta temperatura llamada de transición, el comportamiento dúctil-elástico de los metales se convierte en plástico frágil. Para que se de rotura frágil, deben coincidir tres factores: •Temperaturas bajas. •Entallas. •Tensiones residuales. Precipitación de carburos. En el caso de aceros inoxidables, para que se produzca la precipitación de carburos de cromo es necesario que haya un mantenimiento prolongado a temperaturas entre 600 y 850 'C. En ese caso, ocurre una decromización y el material se hace sensible a la corrosión electrolítica (las zonas empobrecidas en cromo actúan de cátodos y el cromo de ánodo). Se acostumbra a producir no en el cordón de soldadura, sino en la zona de transición que es la que está mayor tiempo a temperaturas de 600-850 °C. Algunos de los remedios para evitarlo, pueden ser: Material base con carbono inferior a 0,03%. Adición de titanio (atención: cantidades superiores al 0,06% pueden producir corrosión en hoja de cuchillo). Adición de niobio (en contrapartida, aumenta el riesgo de fisuración en caliente). Adición de molibdeno. Tratamiento térmico de solubi1ización de carburos (calentar a 1000-1100 °C y enfriar rápidamente). Fase sigma. Los aceros inoxidables austeníticos con elevada cantidad de ferrita en el intervalo de temperaturas de 450-900 °C, pueden perder ductilidad y resilencia debido a la transformación de la ferrita en la fase sigma frágil (compuesto intermetálico hierro-cromo). La ferrita proporciona resistencia a la fisuración en caliente pero no debe exceder de ciertos límites. Desgarre laminar. Ocurre en estructuras grandes con muchas tensiones, y son grietas que aparecen generalmente en metal base o zona de transición paralelamente a la superficie de la chapa. Es consecuencia de tensiones elevadas y pobre ductilidad, debido a la presencia de inclusiones no metálicas paralelas a la superficie de la chapa. Algunas uniones como en T, rincón o en cruz son las más susceptibles. Si ocurre este fenómeno, debe cambiarse el diseño. Bibliografía GARCIA PERAZA, CASTO MANUEL. Metodología para la Enseñanza Práctica de Soldadura por Arco Eléctrico. —Ciudad de la Habana: Pueblo y Educación, 1980. —256 p. PIÑERO CALDERON, JUAN JOSE. Tecnología y Cálculo de la Soldadura. —Ciudad de la Habana: Pueblo y Educación, 1990. —227 p. COMPLEMENTARIA: GLIZMANENKO, DL. Soldadura y Corte de los Metales. —La Habana: Científico Técnica, 1962. —474 p. GUTIERREZ LOPEZ, RICARDO. Construcciones Soldadas. —Ciudad de la Habana: Científico Técnica, 1980. —218 p. ZUÑIGA LOPEZ, RICARDO. Tecnología de Soldadura Eléctrica por Fusión. —Ciudad de La Habana: Pueblo y Educación, 1982. —261 p. Metalografía de la soldadura DOC. PDF Soldadura con electrodo recubierto. DOC. PDF Clasificación de las soldaduras. DOC. PDF Gases para soldadura. DOC. PDF Física del arco eléctrico DOC. PDF. Equipos y accesorios para soldadura. DOC. PDF Gases de protección para la soldadura. DOC. PDF 10 reglas de seguridad oxiacetilénica. DOC. PDF Autor: Msc: Emilio Cutiño Blanco Email ecblanco@ucf.edu.cu Coautorres Msc: Noldis Felipe Hernández Cáceres Email nfhcaceres@ucf.edu.cu Msc: Orlando Fernández Barrera. Email ofbarrera@ucf.edu.cu UNIVERSIDAD DE CIENFUEGOS Carlos Rafael Rodríguez Facultad de Ingeniería Departamento Mecánica