Soldadura: Tipos, Procesos y Materiales, Diapositivas de Edificacion y prefabricacion

¡Descarga Soldadura: Tipos, Procesos y Materiales y más Diapositivas en PDF de Edificacion y prefabricacion solo en Docsity! Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación Departamento de Ingeniería Mecánica y Minera Escuela Politécnica Superior de Jaén Profesor D. Gustavo Medina Sánchez Curso Académico 2016-2017 (Segundo Cuatrimestre) Ingeniería de Fabricación Grado en Ingeniería Mecánica Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Grado en Ingeniería Eléctrica Grado en Ingeniería de Organización Industrial Tema 5.2 Procesos de soldadura TEMA 13. SOLDADURA II 2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. SOLDADURA CON GAS 3. SOLDADURA POR RESISTENCIA 4. SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO 5. SOLDADURA POR ARCOS ESPECIALES 6. SOLDADURA EN ESTADO SÓLIDO 2. SOLDADURA CON GAS 5 Pequeñas producciones y pequeños espesores Reparaciones Soldaduras con cambios bruscos de dirección No aplicable a metales refractarios (W) ni activos (Ti) De bajo coste, portátil Se puede utilizar en otras aplicaciones Control independiente del M.A. y la Fuente de calor Se producen grandes deformaciones Proceso lento, de baja productividad Destinado a espesores pequeños Ventajas e inconvenientes Aplicaciones 2. SOLDADURA CON GAS EQUIPO DE SOLDEO 6 Suministrar la mezcla de gases a una velocidad, presión y proporción adecuadas 2. SOLDADURA CON GAS EQUIPO DE SOLDEO 7 Botellas de Oxígeno y Acetileno Recipientes cilíndricos, de acero, de una pieza, sin soldaduras, con tratamiento normalizado. Destinados a transportar gases a alta presión o gases licuados.  Acetileno  se transporta disuelto con acetona, junto con un material poroso porque es peligroso comprimirlo. Cuerpo rojo y ojiva marrón  Oxígeno  en estado líquido o gaseoso (P = 150 Kg / cm2). Cuerpo negro y ojiva blanca 2. SOLDADURA CON GAS EQUIPO DE SOLDEO 10 SOPLETE Asegurar la correcta mezcla de los dos gases según su cantidad, de manera que exista un equilibrio entre la velocidad de salida y la velocidad de inflamación 2. SOLDADURA CON GAS EQUIPO DE SOLDEO 11 VÁLVULAS ANTIRETROCESO Evitar: • La entrada de O2 o aire en el conducto y cilindro de acetileno  Riesgo de explosión • El retroceso de llama dentro del soplete, manguera, tubería, cilindros, o depósitos • El suministro durante o después de un retroceso de llama 2. SOLDADURA CON GAS CARACTERÍSTICAS DE LA LLAMA OXIACETILÉNICA 12 Se produce en el extremo de la boquilla, por la combustión de 1 volumen de acetileno con 1 volumen de oxígeno (en la práctica de 1,1 a 1,3 dependiendo de la potencia del soplete). a.- Mezcla b.- Cono o dardo c.- Zona de trabajo d.- Penacho Neutra  misma cantidad de oxígeno que de acetileno Penacho acetilénico desaparece Soldeo de acero Oxidante  Exceso de oxígeno La llama se estrecha en la salida del soplete Reducción en el dardo; Penacho más corto. Sonido áspero Soldeo de latón Carburante  Exceso de acetileno Dardo visible Penacho acetilénico de color verde pálido Tº Baja  Soldeo de metales con bajo punto de fusión (Al) 3. SOLDADURA POR RESISTENCIA DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 15 G Relectrodo Rcontacto e-m Rmetal Rcontacto m-m Rmetal Rcontacto m-e Relectrodo Electrodo Electrodo Piezas a soldar 3. SOLDADURA POR RESISTENCIA CICLO DE SOLDEO 16 P [N/m2] I [A] t [s] Posicionamiento Fase 1 P1 Fase 2 Soldadura P2 Forja Fase 3 P3 P3 > P1 > P2 Cadencia Fase 4 3. SOLDADURA POR RESISTENCIA EQUIPOS 17  Un circuito eléctrico  transformador y circuito secundario  Un sistema mecánico  sujeta la pieza y se aprietan los electrodos  Un sistema de control  para regular tiempos y magnitudes  Corriente  Presión  Tiempo ELECTRODOS Conducir la corriente eléctrica Fijar y soportar los materiales a soldar alineados Transmitir la presión Retirar el calor que se produce en la zona soldada Pueden ir refrigerados por agua interiormente 3. SOLDADURA POR RESISTENCIA PROCEDIMIENTOS 20 Soldadura por Resistencia A tope A solape Por puntos Por resaltes • El soldeo por roldanas en una variante del soldeo por puntos, en la que se obtienen una serie de puntos solapados • El objetivo es producir soldaduras lineales que dan una gran estanqueidad (caso de fabricación de bidones, depósitos,…) Por roldanas 3. SOLDADURA POR RESISTENCIA PROCEDIMIENTOS 21 Soldadura por Resistencia A tope A solape Por puntos Por resaltes Por roldanas A tope • Los MB se sitúan mediante mordazas con los extremos a soldar enfrentados a tope • Las mordazas son los electrodos • Superficies de contacto deben ser paralelas y estar muy limpias • La presión se aplica antes del calentamiento y se mantiene durante todo el proceso. 3. SOLDADURA POR RESISTENCIA PROCEDIMIENTOS 22 Soldadura por Resistencia A tope A solape Por puntos Por resaltes • Fuerza aplicada durante la fase de posicionamiento muy pequeña • Contacto de superficies a soldar sólo en determinados puntos • La corriente de soldadura se concentra en estos puntos provocando su rápida fusión • Se establecen multitud de arcos eléctricos, que calientan más rápidamente los materiales (consumo de energía mucho menor) • No es necesario superficies paralelas y limpias Por roldanas A tope Por chispas 4. SOLDADURA POR ARCO FUENTES DE ALIMENTACIÓN 25 ─ ─ ─ + + + Pieza + - Cátodo Ánodo CORRIENTE ALTERNA Tª pieza = Tª electrodo Arco menos estable penetración y deformac. Intermedios Equipos más baratos ─ ─ ─ + + + Electrodo Pieza ~ CORRIENTE ALTERNA 4. SOLDADURA POR ARCO DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS ELECTRODOS 26 Varilla de metal metálico usada en la soldadura para producir el arco eléctrico Defectos más importantes: • Dificultad de cebado y mala estabilidad del arco (sólo con c.c.) • Su fusión  Favorece absorción de gases, oxíg y nitr  porosidades y compuestos Reducción flexibilidad de la soldadura • Su fusión  pérdida de oxidación de los elementos del acero  ↓ prop mecánicas Electrodos Desnudos  Varilla metálica de sección circular y composición química definida (grandes inconvenientes) A. Electrodos desnudos 4. SOLDADURA POR ARCO DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS ELECTRODOS 27 B. Electrodos revestidos Forma cilíndrica Alma Revestimiento Composición química variable, mezcla de materias orgánicas y minerales Cada sustancia tiene un papel determinado: - estabilizadores del arco - depuradores del metal - constituyentes de escorias - aportadores de elementos,… 5. SOLDADURA POR ARCOS ESPECIALES 5. 1. SOLDADURA TIG 30 SOLDADURA POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO NO CONSUMIBLE (TIG): Soldadura por fusión mediante el calor generado por un arco eléctrico entre un electrodo no consumible y el material base, empleando gas como medio de protección 5. SOLDADURA POR ARCOS ESPECIALES 5. 1. SOLDADURA TIG 31 VENTAJAS Adecuado para la mayoría de materiales Ni proyecciones ni escoria Soldeo regular, lineal y de gran calidad Todo tipo de uniones y posiciones Control independiente Energía – M.A.  Proceso manual  habilidad del operario  Menos deposición  No económico para espesores > 10 mm LIMITACIONES SOLDADURA POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO NO CONSUMIBLE (TIG): Soldadura por fusión mediante el calor generado por un arco eléctrico entre un electrodo no consumible y el material base, empleando gas como medio de protección 5. SOLDADURA POR ARCOS ESPECIALES 32 todo tipo de uniones o posiciones materiales diversos (aceros al C, inoxidables, férreos,…) soldadura de alta calidad y elevada pureza metalúrgica exenta de defectos y buen acabado superficial soldaduras de responsabilidad en la industria del petróleo, química, alimentación, de generación de energía, nuclear,… Aplicaciones: no consumible mantiene el arco sin aportar material al baño posee alta Tª de fusión W Con c.c en polaridad directa Electrodo: No necesario para espesores < 3 mm Varillas de composición similar al MB, con distintos Ø Material de aportación: 5. 1. SOLDADURA TIG 5. SOLDADURA POR ARCOS ESPECIALES 5. 2. SOLDADURA MIG / MAG 35 consumible hilo macizo o tubular continuo de Ø = 0,8-1,6 mm composición similar a la del MB seleccionar pareja hilo/gas Electrodo: Limitaciones Ventajas  Equipo costoso, complejo y menos transportable  Sensible a las corrientes de aire  Adecuado para cualquier material y cualquier posición  Soldaduras largas, sin empalmes  Alta productividad, alta tasa de deposición  Automatizable 5. SOLDADURA POR ARCOS ESPECIALES 5. 2. SOLDADURA MIG / MAG 36 Procedimiento GAS Características MIG Argón - Bajo potencial de ionización - Idóneo para pequeños espesores - No se utiliza en acero - Se usa en Al, Cu, Ni, Ti Ar + O2 - El O2 actúa sobre la tensión superficial - Mejor penetración Helio - Elevada conductividad - Poca penetración - Cordones amplios MAG CO2 - Más barato que el Ar - Carácter oxidante - Mayor penetración - Arcos energéticos Ar + CO2 - Se usa en chapas finas - Mejor visibilidad del baño - Mejor aspecto del cordón - Menos proyecciones - Fácil de regular 5. SOLDADURA POR ARCOS ESPECIALES 5. 3. SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW) 37 Procedimiento de soldadura por fusión con generación de calor mediante un arco eléctrico entre un electrodo continuo y desnudo y el M.B., protegido por la escoria generada por un fundente suministrado a parte  A veces no necesita preparación de bordes  El arco actúa bajo una capa de flux  evita salpicaduras  El flux actúa como desoxidante  Almacenamiento, alimentación y recogida del flux  No adecuado para unir metales e < 5 mm  Posiciones plana y horizontal 5. SOLDADURA POR ARCOS ESPECIALES 5. 5. SOLDADURA POR PLASMA (PAW) 40 • Arco excepcionalmente muy estable • Concentración de la energía en una zona muy reducida (2 o 3 veces < TIG) • Deformación mínima de la pieza a soldar por la concentración de energía térmica • Posibilidad de soldar espesores muy pequeños VENTAJAS • Industria aeroespacial • Industria nuclear • Industria Petroquímica • Instrumentación y control • Equipamiento en acero inoxidable APLICACIONES 6. SOLDADURA EN ESTADO SÓLIDO 41 So ld ad ur a Heterogénea Fuerte Blanda Homogénea Con Fusión Sin Fusión Oxigas Arco eléctrico Resistencia Partículas alta energía Otros • Con soplete • Horno • Por inducción • Por resistencia • Por fluencia • Por arco doble de carbón • Por inmersión • Forja • Presión en caliente • Presión en frío • Fricción • Explosión • Por inducción • Por alta frecuencia • Por ultrasonidos • Oxiacetilénica • Aire-Acetileno • Oxhídrica • Otros gases combustibles • Electrodo de carbono • Arco doble de carbono • Electrodo de carbono en atmósfera inerte • Hidrógeno atómico • Electrodo metálico • Electrodo metálico revestido • Arco sumergido • TIG • MIG • MAG • Unión Arc • Soldadura de espárragos • Soldadura por plasma • Por puntos • Por costura • Por protuberancias • Por chispa • Por recalcado • Rayo electrónico • Rayo láser • Bajo electroescoria • Aluminotérmica Entre materiales (MB) de distinta naturaleza o cuando se utiliza un MA diferente al del MB El MA tiene un pto de fusión alto Tª de trabajo > 450 ºC El MA tiene un pto de fusión bajo Tª de trabajo < 450 ºC Unión de metales mediante la adherencia del MA líquido a las superficies de MB (éste no se funde); unión por capilaridad. La unión de metales se efectúa a una temperatura superior a la de fusión del MB y MA. Presencia de fase líquida Ausencia de fase líquida, sólo se alcanza el estado plástico; unión mediante atracción interatómica. Tanto los MB como el MA son de idéntica o semejante composición 6. SOLDADURA EN ESTADO SÓLIDO FORJA 42 DEFINICIÓN Procedimiento de soldadura consistente en: calentar los extremos de los metales a unir en una fragua, horno u otros, hasta alcanzar el estado plástico sacarlos fuera de la fuente de calor, colocarlos uno encima de otro y aplicar presión CARACTERÍSTICAS En este procedimiento, las superficies a soldar se calientan para favorecer el proceso Procedimiento diferente al de fusión la soldadura se consigue mediante la difusión y unión de granos en la superficie por recalcado. 6. SOLDADURA EN ESTADO SÓLIDO Soldadura II 45 DEFINICIÓN Calentamiento Debe realizarse lo más rápidamente posible para evitar posteriores deformaciones  Mediante oxi-gás o Mediante corrientes inducidas Metales a soldar Una amplia gama de aceros al C, bajo y alto aleadosMetales y aleaciones no férreas Solo soldadura a tope Procedimiento Procedimiento 1  En contactoProcedimiento 2  Con una ligera separación SOLDADURA POR PRESIÓN EN CALIENTE Se colocan los extremos perfectamente alineados bajo una ligera presión Se inicia el calentamiento y se mantiene hasta alcanzar la Tª adecuada Se aumenta la presión hasta conseguir el recalcado 6. SOLDADURA EN ESTADO SÓLIDO Soldadura II 46 PROCEDIMIENTO 1 Consideraciones: El calentamiento debe ser igual en toda la superficie Puede ser necesario el uso de varios sopletes En caso de piezas circulares  el soplete gira alrededor de la unión a una determinada distancia Preparación de las superficies: Limpieza de superficie  mecanizado o cepillado Aceros de bajo contenido en C  chaflán (6-10º) SOLDADURA POR PRESIÓN EN CALIENTE Las superficies están separadas. Se coloca en medio sopletes de llama múltiple que calientan las superficies hasta el Punto de Fusión. Después se realiza el recalcado aplicando P (280 – 350 kg/cm2). 6. SOLDADURA EN ESTADO SÓLIDO Soldadura II 47 PROCEDIMIENTO 2 Material a soldar: Aceros al C; metales no férreos (mónel (Ni-Cu), Cr-Ni, Cu-Si) Se pueden soldar metales diferentes No requiere limpieza especial  suficiente corte por sierra y cepillado SOLDADURA POR PRESIÓN EN CALIENTE 6. SOLDADURA EN ESTADO SÓLIDO SOLDADURA POR FRICCIÓN Soldadura II 50 CARACTERÍSTICAS Aplicable a la mayoría de los metales de uso industrial Se pueden unir metales similares o diferentes Económico, coeficiente de eficiencia muy elevado  Limitaciones:  Diámetros de las piezas a soldar < 80 mm  Forma de las piezas Ventajas e inconvenientes Aplicaciones INSTALACIONES TÍPICAS 6. SOLDADURA EN ESTADO SÓLIDO SOLDADURA POR EXPLOSIÓN Soldadura II 51 DEFINICIÓN Proceso que utiliza la energía de la detonación de un explosivo para unir dos piezas de metal. La explosión origina el desplazamiento de una de las piezas sobre la otra, originando la unión metálica en el punto de colisión. Tres componentes principales  1. Componente base 2. Componente primario 3. Explosivo  bolitas de nitrato de amonio con 6- 12 % de combustible diesel 6. SOLDADURA EN ESTADO SÓLIDO SOLDADURA POR EXPLOSIÓN Soldadura II 52 ACCIONES QUE OCURREN DURANTE EL PROCESO VARIABLES  Velocidad de colisión  Detonación progresiva  Desplazamiento de la detonación  ángulo de colisión  Aceleración del Componente primario trozo a trozo  velocidad del componente primario La soldadura se produce cuando dos de las tres variables alcanzan un valor crítico Apariencia de la unión: Plana: v. de colisión por debajo Ondulada: por encima del valor crítico  Se forman pequeños núcleos de metal fundido en la parte frontal y posterior a la onda