Libro - Soldadura, corte e inspeccion

3a edición r Francisco Carrillo Olivares Elena López Torres Servicio de Publicaciones de la Universidad de Cádiz Francisco CARRILLO OLIVARES Elena LÓPEZ TORRES SOLDADURA, CORTE E INSPECCION DE OBRA SOLDADA SERVICIO DE PUBLICACIONES UNIVERSIDAD DE CADIZ CADIZ, 1998 Tercera edición © Francisco Carrillo Olivares y Elena López Torres Edita: Servicio de Publicaciones de la Universidad de Cádiz I.S.B.N.: 84-7786-328-8 Depósito Legal: CA-658/93 Diseño portada: CREASUR, S.L. Imprime: Jiménez-Mena, artes gráficas, s.l. Polígono Industrial Zona Franca. Cádiz Printed in Spain INDICE Página CAPITULO I. DESCRIPCION EDUCATIVA DE LA TECNICA DE LA SOLDADURA ............................. 1. - DEFINICION ...................................................................................................................................................... 2. - EVOLUCION HISTORICA ................................................................................................................................ 3. - LA SOLDADURA EN LA CONSTRUCCION NAVAL ..................................................................................... 4. - ESTADO ACTUAL DE LA ENSEÑANZA DE LA SOLDADURA .................................................................... 5- METODOS DE SOLDADURA........................................................................................................................... 6.- CLASIFICACION DE LOS METODOS DE SOLDADURA .............................................................................. 7- DESCRIPCION DE LOS METODOS DE SOLDADURA MAS USADOS ...................................................... 7.1. Soldadura con oxígeno y gas combustible (OFW) .............................................................................. 7.2. Soldadura manual con protección de escoria y gas o electrodo revestido...................................... 7.3. Soldadura con proteción de gas (MIG-MAG) ...................................................................................... 7.4. Soldadura con protección de gas (TIG) ............................................................................................... 7.5. Soldadura con protección de escoria (arco-sumergido) .................................................................... 7.6. Soldadura con protección de escoria (electroescoria) ....................................................................... 7.7. Soldadura con Rayo Láser ..................................................................................................................... 7.8. Soldadura a tope con resistencia (FW) .................................................................................................. 7.9. Soldadura blanda y fuerte ...................................................................................................................... 8.- DESIGNACION DE LOS PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA EN ABREVIATURAS EN INGLES ......... 19 19 19 21 21 23 23 24 24 24 25 25 25 26 26 26 27 27 CAPITULO II. METALURGIA. AUTOR: ANTONIO GOMEZ MORENO .................................................................................. 1. - ESTRUCTURA DE LOS SOLIDOS .................................................................................................................. 1.1. Estructura de los metales puros............................................................................................................. 1.2. Influencia del tipo de estructura cristalina en las propiedades de los metales................................ 1.3. Las estructuras cristalinas en las aleaciones........................................................................................ 1.4. Clases de cristales en el acero................................................................................................................ 1.5. Crecimiento de los metales durante la solidificación en los metales puros ................................... 1.6. Formación de las segregaciones en un metal aleado ......................................................................... 1.7. Granos metalúrgicos ............................................................................................................................... 1.8. Movimiento de los átomos dentro de un sólido.................................................................................. 1.9. Dislocaciones en las estructuras cristalinas ......................................................................................... 1.10. Fuerzas de enlaces entre los átomos de una unidad cristalina ....................................................... 1.11. Medición de la distancia entre los átomos de una unidad cristalina o celda unitaria ................... 1.12. Cálculo de la densidad de un metal a partir de las dimensiones de la celda unitaria................... 1.13. Cálculo del radio atómico de un metal ................................................................................................ 2. - DIAGRAMA DE FASES ................................................................................................................................... 2.1. Descripción................................................................................................................................................ 2.2. Utilidad de los diagramas de fases ........................................................................................................ 2.3. Cálculo de las cantidades existentes en cada fase .............................................................................. 2.4. Diagrama de equilibrio hierro-carbono ................................................................................................ 3. - TRATAMIENTOS TERMICOS ......................................................................................................................... 3.1. Consecuencias del enfriamiento rápido ................................................................................................ 3.2. Curva de Transformación-Tiempo-Temperatura (TTT) ....................................................................... 3.3. Principales tratamientos térmicos ......................................................................................................... 29 29 29 30 31 32 33 36 37 38 39 40 42 43 44 44 44 45 46 47 49 49 50 53 CAPITULO III. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO EN SOLDADURA....................................................... 1.- TEORIA ATOMICA ........................................................................................................................................... 1.1. Carga eléctrica .......................................................................................................................................... 1.2. Ley de Coulomb......................................................................................................................................... 55 55 56 56 5 2.- MAGNITUDES ELECTRICAS .......................................................................................................................... 2.1. Resistencia eléctrica ................................................................................................................................ 2.2. Cálculo de la resistencia de un conductor............................................................................................ 2.3. Efecto Joule............................................................................................................................................... 2.4. Potencia eléctrica ..................................................................................................................................... 2.5. Variación de la resistencia en función de la temperatura ................................................................... 2.6. Intensidad eléctrica.................................................................................................................................. 2.7. Diferencia de potencial............................................................................................................................ 2.8. Ley de Ohm ............................................................................................................................................... 3. - CORRIENTES ELECTRICAS ............................................................................................................................ 3.1. Corriente continua ................................................................................................................................... 3.2. Corriente pulsatoria................................................................................................................................. 3.3. Corriente alterna ....................................................................................................................................... 4. - ELECTROMAGNETISMO................................................................................................................................ 4.1. Campo creado en un conductor rectilíneo ........................................................................................... 4.2. Ley de Biot-Savart ................................................................................................................................... 4.3. Campo magnético en una bobina (solenoide) ..................................................................................... 5. - MAQUINAS ELECTRICAS USADAS EN LA SOLDADURA.......................................................................... 5.1. Transformadores ..................................................................................................................................... 5.2. Tensión de cebado .................................................................................................................................. 5.3. Tensión de vacío....................................................................................................................................... 5.4. Semiconductores (diodos de selenio y silicio)..................................................................................... 5.5. Generadores.............................................................................................................................................. 5.6. Rectificadores:........................................................................................................................................... 5.6.1. Rectificador de media onda .......................................................................................................... 5.6.2. Rectificador de onda completa..................................................................................................... 5.6.3. Rectificador puente........................................................................................................................ 5.6.4. Funcionamiento de un inversor ................................................................................................... 6- PROTECCIONES CONTRA CONTACTOS INDIRECTOS. INTERRUPTORES DIFERENCIALES.................. 6.1. Aplicaciones .............................................................................................................................................. 6.2. Funcionamiento ........................................................................................................................................ 6.3. Protección del interruptor diferencial .................................................................................................... 7.- PUESTA A TIERRA........................................................................................................................................... 8- PEQUEÑOS INTERRUPTORES AUTOMATICOS ......................................................................................... 57 57 57 58 59 60 60 60 61 61 61 62 62 63 63 63 64 64 64 65 65 65 67 68 68 68 69 69 70 70 71 71 71 72 CAPITULO IV. JUNTAS DE SOLDADURA NORMA UNE Y AWS ............................................................ 1- INTRODUCCION............................................................................................................................................... 2. - TIPOS DE JUNTAS .......................................................................................................................................... 3- NOMENCLATURA DE LOS CORDONES DE SOLDADURA......................................................................... 4- NORMA UNE 14009 DE REPRESENTACION SIMBOLICA DE LA SOLDADURA........................................ 4.1. Simbolización............................................................................................................................................ 4.2. Símbolos elementales y símbolos suplementarios............................................................................. 4.3. Posición de los símbolos en los dibujos................................................................................................ 4.3.1. Posición de la línea de marca....................................................................................................... 4.3.2. Posición de la línea de referencia ............................................................................................... 4.3.3. Posición del símbolo con relación a la línea de referencia....................................................... 4.4. Dimensiones de las soldaduras y su inscripción ................................................................................. 4.5. Indicaciones complementarias............................................................................................................... 5- NORMA ANSI/AWSA2.4................................................................................................................................ 5.1. Simbolización............................................................................................................................................ 5.2. Símbolos suplementarios ....................................................................................................................... 5.3. Tipos de junta e identificación del lado que indica la unión soldada ............................................... 5.4. Símbolos básicos de preparación de bordes........................................................................................ 5.5. Símbolos básicos de soldadura ............................................................................................................. 5.6. Símbolos típicos de soldadura ............................................................................................................... 73 73 73 75 76 76 76 77 78 78 78 78 78 79 79 80 81 82 82 83 CAPITULO V. OXICORTE .................................................................................................................................... 1.- PROCEDIMIENTOS DE CORTE........................................................................................................................ 1.1. Introducción .............................................................................................................................................. 1.2. Procedimientos de corte de tipo térmico ............................................................................................ 1.3. Procedimientos de corte de tipo mecánico ......................................................................................... 2- FUNDAMENTOS DEL OXICORTE .................................................................................................................. 3.- CONDICIONES PARA QUE SE PUEDA LLEVAR A CABO EL OXICORTE............................................................... 4. - APLICACIONES Y LIMITACIONES DEL OXICORTE ..................................................................................... 5. - INFLUENCIA DE LOS COMPONENTES DEL ACERO EN EL OXICORTE ................................................... 6. - GASES EMPLEADOS EN EL OXICORTE ....................................................................................................... 7 - PROPANO ......................................................................................................................................................... 8- COMPARACIONES ENTRE EL PROPANO Y EL ACETILENO ...................................................................... 9.- PARAMETROS A ESTABLECER Y DEFECTOS QUE SE PRODUCEN EN EL OXICORTE ......................... 10. - SOPLETE DE CORTE ........................................................................................................................................ 11. - BOQUILLA CON PANTALLA DE OXIGENO .................................................................................................. 85 85 85 85 87 87 88 88 89 90 90 91 91 94 95 6 4.- CLASIFICACION Y SIMBOLIZACION DE ELECTRODOS ............................................................................. 4.1. Introducción............................................................................................................................................... 4.2. Norma UNE 14-003-86 ............................................................................................................................. 4.3. Material de consumo en soldadura manual con electrodos revestidos (MMA) según las normas AWS, ASTMyBSI .................................................................................................................................... 4.4. Adición de polvo férrico .......................................................................................................................... 4.5. Electrodos celulósicos............................................................................................................................. 4.6. Clasificación AWS A5.1 Y Clasificación ASTM A233 ........................................................................... 4.7. Clasificación de electrodos AWS para soldadurade aceros aleados ............................................... 158 159 159 159 161 CAPITULO X. METODOS OPERATORIOS EN SOLDADURA ELECTRICA MANUAL........................... 1. - INTRODUCCION............................................................................................................................................... 1.1. Operaciones a realizar para soldar piezas metálicas............................................................................ 1.2. Posición del electrodo ............................................................................................................................. 2. - TECNICAS OPERATORIAS DEL SOLDEO DE LOS TIPOS DE JUNTAS MAS USUALES......................... 2.1. Soldadura de planchas a tope con chaflán en V, posición horizontal .............................................. 2.2. Soldadura en ángulo interior, posición horizontal ............................................................................. 2.3. Soldadura en ángulo exterior, posición horizontal ............................................................................ 2.4. Soldadura en ángulo interior, posición vertical.................................................................................. 2.5. Soldadura en ángulo exterior, posición bajo techo............................................................................ 2.6. Recargues de planchas o ejes ................................................................................................................ 3. - SOLDADURA DE TUBERIAS .......................................................................................................................... 167 167 168 169 169 169 171 172 173 174 174 176 CAPITULO XI. SOLDADURA MIG / MAG......................................................................................................... 1. - INTRODUCCION ............................................................................................................................................... 1.1. Razones de la implantación del procedimiento MIG/MAG ................................................................. 2. - FUNDAMENTOS DEL PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 3. - EQUIPO DE SOLDEO ....................................................................................................................................... 3.1. Generador. Fuente de corriente continua............................................................................................. 3.2. Transformador y rectificador.................................................................................................................. 3.3. Fuentes de arco pulsado ......................................................................................................................... 3.4. Unidad de alimentación de alambre...................................................................................................... 3.5. Pistola de soldadura ................................................................................................................................ 3.6. Equipo del gas de protección ................................................................................................................. 4. - GASES DE PROTECCION ............................................................................................................................... 4.1. Necesidad de protección de la soldadura MIG/MAG .......................................................................... 4.2. Función y propiedades de los gases...................................................................................................... 4.3. Selección del gas de protección ............................................................................................................. 4.4. Tipos de gases. Mezclas.......................................................................................................................... 4.5. Gases y mezclas. Clasificación según DIN 32526 ................................................................................ 4.6. Caudal del gas protector......................................................................................................................... 4.7. Factores que influyen sobre el gas de protección ............................................................................... 4.8. Gas de protección en la raíz.................................................................................................................... 4.9. Formación de ozono.................................................................................................................................. 5. - PARAMETROS OPERATORIOS..................................................................................................................... 5.1. Parámetros a regular............................................................................................................................... 5.2. Tipo de corriente y polaridad ................................................................................................................. 5.3. Tensión ...................................................................................................................................................... 5.4. Intensidad y velocidad de alimentación del hilo.................................................................................. 5.5. Longitud libre de la varilla ...................................................................................................................... 5.6. Naturaleza y cantidad de gas.................................................................................................................. 5.7. Diámetro del electrodo............................................................................................................................ 5.8. Influencia de los parámetros en la transferencia ................................................................................. 6. - TRANSFERENCIA DEL METAL ...................................................................................................................... 6.1. Transferencia por pulverización (Arco SPRAY)..................................................................................... 6.2. Transferencia por arco pulsado............................................................................................................... 6.3. Transferencia globular. (GLOBULAR TRANSFERI................................................................................. 6.4. Transferencia por cortocircuito. Régimen de arco corto...................................................................... 7- MATERIAL DE APORTE ................................................................................................................................... 7.1. Introducción .............................................................................................................................................. 7.2. Hilo sólido ................................................................................................................................................. 7.3. Electrodos tubulares................................................................................................................................ 7.4. Tecnología de la producción .................................................................................................................. 7.5. Tipos de varillas tubulares...................................................................................................................... 7.6. Precauciones para soldar con varillas tubulares ................................. 7.7. Ventajas e inconvenientes de los hilos tubulares frente a los sólidos............................................... 7.8. Norma AWS de simbolización del alambre electrodo sólido.............................................................. 7.9. Designaciones AWS para electrodos con flux e hilos tubulares de metal.......................................... 8. - CONDICIONES OPERATORIAS PARA LA SOLDADURA SEMIAUTOMATICA BAJO CO2 EN LA CONSTRUCCION NAVAL ............................................................................................................................... 8.1. En uniones a tope sin respaldo .............................................................................................................. 181 181 181 183 184 186 186 190 191 192 193 193 193 194 196 198 200 200 200 201 203 204 204 204 204 204 205 206 206 206 207 208 209 210 210 211 211 212 213 214 214 215 215 216 217 8 155 155 155 219 220 12. - METODOS OPERATORIOS DEL OXICORTE................................................................................................. 13. - MAQUINAS EMPLEADAS EN EL OXICORTE ............................................................................................... 96 97 CAPITULO VI. CORTE POR PLASMA .............................................................................................................. 1. - INTRODUCCION HISTORICA ......................................................................................................................... 2. - APLICACIONES................................................................................................................................................. 3. - FUNDAMENTOS .............................................................................................................................................. 4. - EQUIPO DE CORTE POR PLASMA ................................................................................................................ 5. - FLUIDOS PLASMOGENOS............................................................................................................................. 6. - PROCEDIMIENTOS DE CORTE Y PARAMETROS A REGULAR .................................................................. 7. - TIPOS DE CORTE POR PLASMA.................................................................................................................... 8. - EFECTOS METALURGICOS ........................................................................................................................... 9. - VENTAJAS DEL CORTE POR PLASMA ......................................................................................................... 10.- DEFECTOS ........................................................................................................................................................ 11- POROSIDAD EN LAS SOLDADURAS DE JUNTAS CORTADAS CON PLASMA ...................................... 12.- SEGURIDAD ATENER EN CUENTA EN EL CORTE POR PLASMA ............................................................ 103 103 104 104 105 107 108 111 114 115 115 117 118 CAPITULO VIL CORTE LASER ........................................................................................................................... 1- INTRODUCCION............................................................................................................................................... 2.- LASERES MAS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA.......................................................................................... 3- LASERES DE CO¡ .............................................................................................................................................. 4. - LASERES DE Nds.............................................................................................................................................. 5. - EL CORTE POR LASER .................................................................................................................................... 6. - COMPARACION DE LOS DIFERENTES SISTEMAS DE CORTE .................................................................. 121 121 122 123 125 127 128 CAPITULO VIII. SOLDADURA OXIACETILENICA......................................................................................... 1. - FUNDAMENTO ................................................................................................................................................ 2. - ZONAS DE LA LLAMA OXIACETILENICA ..................................................................................................... 3- TIPOS DE LLAMA............................................................................................................................................. 4. - PROCESO DE COMBUSTION EN LA LLAMA OXIACETILENICA................................................................. 5. - EQUIPO DE SOLDADURA OXIACETILENICA, CORTE Y CALENTAMIENTO ............................................ 6- OXIGENO PARA SOLDADURA....................................................................................................................... 7. - BOTELLAS DE OXIGENO ................................................................................................................................ 8. - ACETILENO PARA SOLDADURA ................................................................................................................... 9. - BOTELLAS DE ACETILENO ............................................................................................................................ 10. - GRIFOS PARA BOTELLAS DE GASES........................................................................................................... 11. - MANORREDUCTORES .................................................................................................................................... 12. - BLOQUEADORES DE RETROCESO ............................................................................................................... 13- MANGUERAS PARA OXIGENO Y ACETILENO ........................................................................................... 14. - SOPLETE OXIACETILENICO........................................................................................................................... 15. - ENCENDIDO DEL SOPLETE ........................................................................................................................... 16. - FACTORES A TENER EN CUENTA ANTES DE SOLDAR ............................................................................ 17. - METODOS DE SOLDADURA OXIACETILENICA.......................................................................................... 17.1. Soldadura a la izquierda ..................................................................................................................... 17.2. Soldadura a la izquierda semiascendente......................................................................................... 17.3. Soldadura a la derecha ........................................................................................................................ 17.4. Soldadura en ángulo ............................................................................................................................ 17.5. Soldadura en cornisa ........................................................................................................................... 17.6. Soldadura en techo .............................................................................................................................. 18. - METAL DE APORTACION ............................................................................................................................... 19. - SOLDADURA FUERTE Y BLANDA................................................................................................................. 131 131 131 132 133 133 134 134 134 135 135 135 136 137 139 140 140 141 141 141 141 142 143 143 144 144 CAPITULO IX. ARCO ELECTRICO Y SOLDADURA MANUAL CON ELECTRODOS REVESTIDOS (SMAW) 1.- EL ARCO ELECTRICO..................................................................................................................................... 1.1. Definición .................................................................................................................................................. 1.2. Partes del arco .......................................................................................................................................... 1.3. Características delarco ............................................................................................................................. 1.4. Fuerzas que intervienen en el arco eléctrico ........................................................................................ 2- SOLDADURA MANUALCON ELECTRODOS REVESTIDOS ........................................................................ 3. - ELECTRODOS................................................................................................................................................. 3.1. Introducción .............................................................................................................................................. 3.2. Electrodos desnudos y electrodos revestidos...................................................................................... 3.3. Tipos de electrodos según su revestimiento ....................................................................................... 3.3.1. Electrodos oxidantes..................................................................................................................... 3.3.2. Electrodos ácidos .......................................................................................................................... 3.3.3. Electrodos ácidos de rutilo ........................................................................................................... 3.3.4. Electrodos básicos ........................................................................................................................ 3.3.5. Electrodos celulósicos .................................................................................................................. 3.3.6. Electrodos de gran rendimiento................................................................................................... 3.3.7. Electrodos bajos en hidrógeno .................................................................................................... 3.4. Funciones del revestimiento................................................................................................................... 147 147 147 148 149 150 150 151 151 151 153 153 153 153 154 154 154 154 155 7 8.2. En uniones en ángulo.............................................................................................................................. 8.3. En uniones a tope con soporte de respaldo ......................................................................................... 9. - METODOS OPERATORIOS ............................................................................................................................ 10.- SEGURIDAD E HIGIENE EN SOLDADURA MIG/MAG ................................................................................. 10.1. Introducción ............................................................................................................................................ 10.2. Precauciones eléctricas ......................................................................................................................... 10.3. Precauciones con gases comprimidos................................................................................................. 10.4. Ventilación en la zona de trabajo........................................................................................................... 10.5. Precauciones contra incendio y explosión........................................................................................... 10.6. Equipo personal de protección.............................................................................................................. 221 221 222 225 225 225 226 226 227 228 CAPITULO XII. SOLDADURA T.I.G.................................................................................................................... 1. - INTRODUCCION............................................................................................................................................... 2. - FUNDAMENTO DEL METODO ....................................................................................................................... 3. - EQUIPO DE SOLDADURA .............................................................................................................................. 3.1. Fuente de alimentación ........................................................................................................................... 3.1.1. De corriente continua.................................................................................................................... 3.1.2. De corriente alterna ....................................................................................................................... 3.2. Torcha de soldadura ............................................................................................................................... 3.3. Sistema de aporte de gas ....................................................................................................................... 3.4. Electrodo ................................................................................................................................................... 3.4.1. Electrodos detungsteno puro ....................................................................................................... 3.4.2. Electrodos de tungsteno - torio.................................................................................................... 3.4.3. Electrodos de tungsteno - circonio .............................................................................................. 4. - POLARIDAD ...................................................................................................................................................... 4.1. Corriente continua.................................................................................................................................... 4.2. Corriente alterna....................................................................................................................................... 5. - METODOS OPERATORIOS ............................................................................................................................ 5.1. Operaciones previas al soldeo ............................................................................................................... 5.2. Cebado del arco........................................................................................................................................ 5.3. Posicionamiento y ejecuciónde la soldadura........................................................................................ 6. - VARIANTES DEL PROCEDIMIENTO .............................................................................................................. 6.1. Soldadura T.I.G. automática................................................................................................................... 6.2. Soldadura T.I.G. arco pulsado................................................................................................................ 6.3. Soldadura T.I.G. por puntos ................................................................................................................... 6.4. Soldadura orbital ...................................................................................................................................... 6.5. Soldadura por hilo caliente .................................................................................................................... 7- SOLDADURA T.I.G. EN METALES Y ALEACIONES .................................................................................... 7.1. Aceros al carbono...................................................................................................................................... 7.2. Cobre y aleaciones.................................................................................................................................... 7.3. Magnesio.................................................................................................................................................... 8. - CONSUMIBLES ................................................................................................................................................ 8.1. Gases ......................................................................................................................................................... 8.1.1. Mezclas de gases........................................................................................................................... 8.1.2. Varillas de aportación ................................................................................................................... 9. - SOLDADURA EN ALUMINIO........................................................................................................................... 10. - VENTAJAS DE LA SOLDADURA T.I.G........................................................................................................... 233 233 234 235 235 235 236 236 237 237 237 237 238 239 239 239 240 240 240 241 242 242 242 242 243 243 243 243 244 245 246 246 246 246 249 249 CAPITULO XIII. SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW)............................................................... 1.- INTRODUCCION .............................................................................................................................................. 2- FUNDAMENTOS DEL PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 3. - EQUIPO ............................................................................................................................................................. 4. - CARACTERISTICAS DELA SOLDADURA BAJO FLUX ................................................................................. 5. - METAL BASE.................................................................................................................................................... 6- CONSUMIBLES ................................................................................................................................................ 6.1. Electrodos.................................................................................................................................................. 6.2. Flux de protección ................................................................................................................... 7 - FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SAW...................................................................................................... 8- DISEÑO DE JUNTAS YPARAMETROS DE SOLDEO EN PIEZAS A TOPE Y EN ANGULO ...................... 9.- DEFECTOS........................................................................................................................................................ 10. - NORMALIZACION ............................................................................................................................................ 11. - TECNICAS ESPECIALES .................................................................................................................................. 11.1. Soldadura con hilo caliente .................................................................................................................. 11.2. Soldadura conelectrodos múltiples ..................................................................................................... 11.3. Técnicas en juntas estrechas ................................................................................................................ 12. - VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL PROCESO ............................................................................................. 13. - SEGURIDAD E HIGIENE ................................................................................................................................. 251 251 252 253 253 254 254 254 255 256 259 260 261 261 261 262 263 263 264 CAPITULO XIV. SOLDADURA POR UNA CARA........................................................................................... 1.- INTRODUCCION............................................................................................................................................... 2 - TECNICAS DE SOLDADURA POR UNA CARA ............................................................................................ 3.- SOPORTES CERAMICOS................................................................................................................................ 265 265 266 268 9 CAPITULO XV. SOLDADURA DE LOS ACEROS INOXIDABLES.............................................................. 1.- INTRODUCCION ............................................................................................................................................... 2- SOLDADURAS DE ACEROS INOXIDABLES ............................................................................................... 3. - PROCEDIMIENTO MIG ................................................................................................................................... 3.1. Metal de aportación................................................................................................................................. 3.2. Gas de protección .................................................................................................................................... 3.3. Equipo de soldadura ............................................................................................................................... 3.4. Método operatorio .................................................................................................................................. 3.5. Tipos de arco............................................................................................................................................. 3.6. Acabado superficial ................................................................................................................................. 3.7. Técnicas más usadas de soldeo de las juntas, en distintas posiciones............................................ 4. - SOLDADURA TIG DE ACEROS INOXIDABLES ............................................................................................ 5. - UNION DE METALES DIFERENTES............................................................................................................... 273 273 274 274 274 275 275 275 275 276 276 279 280 CAPITULO XVI. SOLDADURA LASER.............................................................................................................. 1. - SOLDADURA LASER ...................................................................................................................................... 2. - COMPARACION DE LOS DIFERENTES SISTEMAS DE SOLDADURA Y CORTE ............................................. 3. - VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA SOLDADURA LASER ....................................................................... 4. - PERFORADO DE MATERIALES ...................................................................................................................... 283 283 286 288 288 CAPITULO XVII. SOLDABILIDAD ..................................................................................................................... 1.- CONCEPTO DE SOLDABILIDAD .................................................................................................................... 2- CALOR APORTADO EN LA SOLDADURA..................................................................................................... 3. - ZONAS EN LA JUNTA SOLDADA ................................................................................................................. 4. - INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION..................................................................................... 5. - TIPOS DE ACEROS. COMPOSICION QUIMICA ........................................................................................... 6- SOLDABILIDAD DE LOS DIVERSOS TIPOS DE ACEROS............................................................................ 6.1. Soldabilidad de los aceros de alta y baja aleación............................................................................... 6.2. Soldabilidad de aceros de alto límite elástico....................................................................................... 6.3. Soldabilidad de los aceros inoxidables.................................................................................................. 6.3.1. Aceros martensíticos...................................................................................................................... 6.3.2. Aceros terríficos............................................................................................................................... 6.3.3. Aceros austeníticos......................................................................................................................... 6.3.4. Aceros austeno-ferríticos............................................................................................................... 7- INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION EN LOS ACEROS INOXIDABLES ............................ 8. - CONOCIMIENTOS BASICOS PARA EL ESTUDIO DE LA SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS ................. 8.1. Precalentamiento y postcalentamiento.................................................................................................. 8.2. Influencia del espesor............................................................................................................................... 8.3. Influencia de las impurezas y de los elementos de aleación............................................................... 8.4. Riesgo de absorción de gases................................................................................................................. 8.5. Concepto de carbono equivalente........................................................................................................... 9. - ALGUNOS MECANISMOS DE ROTURA EN LAS UNIONES SOLDADAS ................................................ 9.1. Fisuración en frío....................................................................................................................................... 9.2. Fisuración en caliente............................................................................................................................... 9.3. Desgarre laminar....................................................................................................................................... 10- SOLDABILIDAD DE ALGUNOS MATERIALES NO FERREOS ..................................................................... 289 289 289 290 292 293 294 294 295 296 297 297 298 298 298 299 299 299 300 300 300 301 301 302 303 303 CAPITULO XVIII. TENSIONES Y DEFORMACIONES................................................................................... 1.- INTRODUCCION ............................................................................................................................................... 2- GENERACION DE CALOR EN EL ARCO ........................................................................................................ 3. - EFECTOS DEL CALOR APORTADO AL SOLDAR ......................................................................................... 3.1. Dilatación................................................................................................................................................... 3.2. Contracción ............................................................................................................................................... 3.3. Deformaciones.......................................................................................................................................... 3.4. Tensiones internas .................................................................................................................................. 3.5. Tensiones residuales ............................................................................................................................... 4. - METODOS DE LOCALIZACION DE TENSIONES RESIDUALES EN SOLDADURA ................................... 4.1. Técnicas de relajación de tensiones ...................................................................................................... 4.2. Técnica de Rayos X .................................................................................................................................. 4.3. Técnica de Ultrasonidos.......................................................................................................................... 5. - ATENUACION DE LAS TENSIONES RESIDUALES MEDIANTE TRATAMIENTOS POSTERIORES ....... 5.1. Método térmico ........................................................................................................................................ 5.2. Método termoplástico ............................................................................................................................. 5.3. Método mecánico ..................................................................................................................................... 6. - MEDIDAS A ADOPTAR EN EL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA PARA REDUCIR LAS TENSIONES RESIDUALES .................................................................................................................................................... 6.1. Simetría en la soldadura ......................................................................................................................... 6.2. Equilibrio de las contracciones............................................................................................................... 6.3. División de la estructura en unidades simples .................................................................................... 6.4. Calidad del metal depositado ................................................................................................................. 305 305 305 306 306 307 308 308 308 308 309 309 310 310 310 310 311 10 311 311 314 315 315 7. - TRATAMIENTOS TERMICOS PARA ATENUAR O ELIMINAR LAS TENSIONES EN LOS CORDONES DE SOLDADURA ............................................................................................................................................. 7.1. Normalizado.............................................................................................................................................. 7.2. Recocido .................................................................................................................................................... 7.3. Atenuación mediante el calentamiento a bajas temperaturas de dos franjas paralelas al cordón de soldadura de la pieza ................................................................................................................................ 8. - TECNICAS DE ENDEREZADO DE DEFORMACIONES ................................................................................. 8.1. Enderezado en frío................................................................................................................................... 8.2. Enderezado a la llama ............................................................................................................................. 8.3. Sistema por soplete de varias boquillas................................................................................................ 8.4. Sistema TAMPO........................................................................................................................................ 317 317 317 317 317 322 CAPITULO XIX. MECANIZACION Y ROBOTIZACION DE LOS PROCESOS DE CORTE Y SOLDADURA 1. - INTRODUCCION ............................................................................................................................................... 2. - MAQUINAS PROGRAMABLES DE SEGUIMIENTO DE JUNTAS DE SOLDADURA ................................ 3. - SEGUIDORES DE LA JUNTA A SOLDAR ...................................................................................................... 4. - CONTROL AUTOMATICO DE LA ALTURA DEL ARCO A LA PIEZA ........................................................... 5. - MECANIZACION CON OSCILADORES .......................................................................................................... 5.1. Partes de un oscilador............................................................................................................................. 5.2. Elementos de control del equipo ........................................................................................................... 6. - ROBOTS DE SOLDADURA ............................................................................................................................. 6.1. Introducción .............................................................................................................................................. 6.2. Tipos de robots ......................................................................................................................................... 6.3. Características del robot de soldadura .................................................................................................. 6.4. Equipo de control .................................................................................................................................... 6.5. Programación............................................................................................................................................ 6.6. Componentes externos al robot........................................................................................................... 6.7. Generador de corriente ........................................................................................................................... 323 323 323 324 327 327 328 328 331 331 331 332 333 333 334 335 CAPITULO XX. SEGURIDAD EN LOS TRABAJOS DE SOLDADURA Y CORTE................................... 1- INTRODUCCION............................................................................................................................................... 2- USO Y ALMACENAMIENTO DE GASES ....................................................................................................... 3. - HUMOS Y GASES PRODUCIDOS.................................................................................................................. 4. - ELECTRICIDAD ................................................................................................................................................. 5. - ARCO ELECTRICO............................................................................................................................................ 6. - EQUIPOS DE PROTECCION ........................................................................................................................... 7. - TRABAJOS REALIZADOS EN ZONAS INFLAMABLES O MAL VENTILADAS.......................................... 8. - MEDIDAS CONTRA INCENDIO ...................................................................................................................... 337 337 337 339 340 341 342 344 344 CAPITULO XXI. PRODUCTIVIDAD Y COSTES DE SOLDADURA. AUTOR: ANTONIO GOMEZ MORENO............................................................................. 1. - CONCEPTO DE LA PRODUCTIVIDAD EN LA SOLDADURA ....................................................................... 1.1. Introducción .............................................................................................................................................. 1.2. Costes de la soldadura ............................................................................................................................ 1.3. Medida de la productividad .................................................................................................................... 1.4. Métodos para determinar los costes de soldadura ............................................................................ 1.4.1. Factor de operación........................................................................................................................ 1.4.2. Costes de la mano de obra............................................................................................................ 347 347 347 347 347 348 348 348 *1 A Q C"'octpc Hp Ifyq 315 315 315 mstorialoc 2. - AUMENTO DE LA PRODUCTIVIDAD EN LA SOLDADURA MAG, MIG Y TIG ......................................... 2.1. Factores que influyen sobre la productividad en la soldadura semiautomàtica ............................. 2.2. Aumento de la productividad con la soldadura semiautomàtica bajo CO2 en un Astillero, con la utilización de la técnica vertical descendente ...................................................................................... 2.3. Aumento de la productividad de la soldadura semiautomàtica con la reducción de los tiempos auxiliares................................................................................................................................................... 2.4. Cálculo del coste de un kg de metal depositado en la soldadura semiautomàtica ......................... 3. - REDUCCION DE LOS COSTES DE SOLDADURA EN CONSTRUCCION NAVAL...................................... 3.1. Introducción .............................................................................................................................................. 3.2. Aumento de la productividad en la soldadura en el proyecto del buque........................................ 3.3. Aumento de la productividad de la soldadura con la reducción de los tiempos auxiliares ......... 3.4. Aumento de la productividad con la reducción de los tiempos específicos de soldadura ........... 349 349 CAPITULO XXII. INSPECCION DE CONSTRUCCIONES SOLDADAS..................................................... 1- INTRODUCCION ............................................................................................................................................... 2. - LAS FUNCIONES DE LA INSPECCION DE CONSTRUCCIONES SOLDADAS .......................................... 3. - ESPECIFICACIONES DE LOS PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA .............................................................. 4. - CALIFICACION DE LOS SOLDADORES Y OPERADORES DE MAQUINAS............................................... 5. - MATERIALES BASE Y DE APORTACION ...................................................................................................... 6. - EQUIPOS DE SOLDADURA............................................................................................................................ 7. - PIEZAS Y/O CONJUNTOS SOLDADOS......................................................................................................... 8. - ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS..................................................................................................................... 355 355 355 356 356 357 357 357 358 11 350 350 351 352 352 352 352 353 9.10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. - TRAZABILIDAD, CORTE Y MECANIZADO DE PROBETAS ......................................................................... ENSAYOS MECANICOS ................................................................................................................................. ELABORACION DE INFORMES Y DOCUMENTACION FINAL .................................................................... PRUEBAS DE PRODUCCION .......................................................................................................................... ESTABLECIMIENTO DE LAS RESPONSABILIDADES DE CADA ACTIVIDAD DE UN PROCEDIMIENTO LA NECESIDAD DE LA INSPECCION ............................................................................................................. INSPECCION Y VERIFICACION DE CONSTRUCCIONES SOLDADAS............................................................... NORMAS QUE REGULAN LA CALIFICACION Y VERIFICACION DE LAS CONSTRUCCIONES SOLDADAS....................................................................................................................................................... 358 358 358 359 359 360 360 361 CAPITULO XXIII. CALIFICACION STANDARD PARA SOLDADORES, OPERACIONES DE SOLDEO Y PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA SEGUN EL CODIGO A.S.M.E.............................. 1. - INTRODUCCION............................................................................................................................................... 2. - VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA CALIFICACION DEL PROCEDIMIENTO DESOLDADURA......... 3. - ESPECIFICACIONES DE UN PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS) ................................................. 3.1. Composición de un WPS ........................................................................................................................ 3.2. Ensayos no destructivos ......................................................................................................................... 3.3. Ensayos destructivos............................................................................................................................... 4- HOMOLOGACION DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (POR)........................................................... 4.1. Definición de PQR.................................................................................................................................... 4.2. Composición de un PQR ......................................................................................................................... 5.- HOMOLOGACION DE SOLDADORES (WPQ) .............................................................................................. 5.1. Introducción .............................................................................................................................................. 5.2. Operadores de soldadura ....................................................................................................................... 5.3. Posiciones de soldadura ......................................................................................................................... 5.4. Pruebas de homologación ...................................................................................................................... 5.5. Ensayos requeridos ................................................................................................................................. 5.6. Certificados de homologación de soldadores...................................................................................... 363 363 364 365 365 367 367 369 369 370 374 374 374 375 379 379 379 CAPITULO XXIV. DEFECTOLOGIA DE UNIONES SOLDADAS Y SU DETECCION E INTERPRETACION A TRAVES DE LOS DISTINTOS METODOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS 1- DEFECTOS DE LA SOLDADURA.................................................................................................................... 1.1. Fisuras ....................................................................................................................................................... 1.2. Poros.......................................................................................................................................................... 1.3. Inclusiones sólidas .................................................................................................................................. 1.4. Falta de fusión........................................................................................................................................... 1.5. Falta de penetración ................................................................................................................................ 1.6. Defectos de forma .................................................................................................................................... 1.7. Otros defectos........................................................................................................................................... 2.- METODOS NO DESTRUCTIVOS APLICADOS EN LA DETECCION DE LOS DEFECTOS ......................... 2.1. Inspección Visual ..................................................................................................................................... 2.2. Líquidos Penetrantes............................................................................................................................... 2.3. Partículas magnéticas ............................................................................................................................. 2.4. Ultrasonidos............................................................................................................................................... 2.5. Control radiográfico ................................................................................................................................ 383 383 383 386 389 391 392 393 397 397 398 398 399 399 400 CAPITULO XXV. ENSAYOS DE INSPECCION DE SOLDADURA. AUTOR: RAFAEL ERNESTO GONZALEZ PALMA ....................................................... 1.- INTRODUCCION............................................................................................................................................... 2- ENSAYOS MECANICOSO DESTRUCTIVOS ................................................................................................. 2.1. Ensayo de tracción .................................................................................................................................. 2.2. Ensayo de resiliencia ............................................................................................................................... 2.3. Ensayo de torsión .................................................................................................................................... 2.4. Ensayo de dureza..................................................................................................................................... 2.5. Ensayo de tenacidad a la rotura ............................................................................................................. 2.6. Ensayo C.O.D. (Crack Opening Displacement)..................................................................................... 2.7. Ensayo Drop Weight - N.D.T. (Nil Ductility Transition) ....................................................................... 2.8. Ensayos de doblado ................................................................................................................................ 2.9. Localización de las probetas en piezas de ensayo............................................................................... 3- ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS..................................................................................................................... 4. - INSPECCION VISUAL ..................................................................................................................................... 4.1. Introducción .............................................................................................................................................. 4.2. Comprobaciones a realizar en la inspección visual ............................................................................. 4.2.1. Comprobaciones antes de la soldadura..................................................................................... 4.2.2. Comprobaciones durante la soldadura ...................................................................................... 4.2.3. Comprobaciones después de la soldadura................................................................................ 4.3. Dispositivos visuales y ópticos............................................................................................................... 4.3.1. Boroscopio..................................................................................................................................... 4.3.2. Lupa................................................................................................................................................. 4.3.3. Cámara fotográfica ....................................................................................................................... 4.3.4. Cámara de televisión .................................................................................................................... 4.4. Otros instrumentos para la inspección visual ...................................................................................... 401 401 401 401 403 405 405 405 405 407 407 408 409 410 410 410 411 411 411 411 411 412 412 412 412 12 4.5. Ensayo macrográfico............................................................................................................................... 4.6. Códigos y especificaciones..................................................................................................................... 412 414 CAPITULO XXVI. INSPECCION DE UNIONES SOLDADAS POR LIQUIDOS PENETRANTES ........ 1. - INTRODUCCION............................................................................................................................................... 2. - FUNDAMENTO DEL MÉTODO....................................................................................................................... 3. - PENETRANTES ................................................................................................................................................ 3.1. Naturaleza y Propiedades ....................................................................................................................... 3.2. Estudio del fenómeno físico por el cual el penetrante actúa............................................................... 3.3. Sensibilidad de los penetrantes ............................................................................................................. 3.4. Tipos de Líquidos Penetrantes ............................................................................................................... 3.4.1. Penetrantes Coloreados................................................................................................................ 3.4.2. Penetrantes Fluorescentes ........................................................................................................... 3.5. Ventajas y limitaciones de los distintos tipos de penetrantes............................................................ 4. - REVELADORES ................................................................................................................................................ 4.1. Naturaleza y Propiedades ....................................................................................................................... 4.2. Tipos de Reveladores .............................................................................................................................. 4.2.1. Reveladores Secos......................................................................................................................... 4.2.2. Reveladores Húmedos .................................................................................................................. 4.3. Selección del Revelador apropiado ....................................................................................................... 5. - TECNICA DE ENSAYO POR LIQUIDOS PENETRANTES ............................................................................. 5.1. Limpieza y preparación de las superficies............................................................................................. 5.2. Aplicación del penetrante ....................................................................................................................... 5.3. Eliminación del exceso de penetrante ................................................................................................... 5.4. Secado ....................................................................................................................................................... 5.5. Revelado.................................................................................................................................................... 5.6. Inspección ................................................................................................................................................. 5.7. Registro de las indicaciones ................................................................................................................... 6. - LUZ NEGRA PARA LA INSPECCION POR PENETRANTES FLUORESCENTES ........................................ 6.1. Fuentes de luz negra ............................................................................................................................... 6.2. Filtro de luz negra ..................................................................................................................................... 7- INFORME DEL ENSAYO ................................................................................................................................. 417 417 417 418 418 420 420 421 421 421 422 423 423 424 424 425 426 426 426 427 427 427 427 428 429 429 429 429 429 CAPITULO XXVII. PARTICULAS MAGNETICAS.......................................................................................... 1. - INTRODUCCION ............................................................................................................................................... 2. - APLICACIONES DE LOS CAMPOS MAGNETICOS...................................................................................... 3- INDUCCION MAGNETICA .............................................................................................................................. 4- CAMPO MAGNETICO CREADO EN UN CONDUCTOR RECTILINEO, EN UNA ESPIRA Y EN UN ARROLLAMIENTO ........................................................................................................................................... 5. - FERROMAGNETISMO ..................................................................................................................................... 6. - METODOS DE MAGNETIZACION .................................................................................................................. 6.1. Magnetización circular ............................................................................................................................ 6.2. Magnetización longitudinal .................................................................................................................... 6.3. Magnetización local ................................................................................................................................. 7. - CORRIENTES USADAS EN LA MAGNETIZACION ...................................................................................... 7.1. Corriente alterna ....................................................................................................................................... 7.2. Corriente continua ................................................................................................................................... 8. - ENSAYOS DE PARTICULAS MAGNETICAS ................................................................................................. 9. - TIPOS DE PARTICULAS MAGNETICAS ........................................................................................................ 9.1. Partículas magnéticas por vía seca ........................................................................................................ 9.2. Partículas magnéticas por via húmeda.................................................................................................. 10. - VERIFICACION DE DEFECTOS ....................................................................................................................... 10.1. Defectos superficiales ........................................................................................................................... 10.2. Discontinuidades subsuperficiales....................................................................................................... 10.3. Grieta en cráter ....................................................................................................................................... 10.4. Falta en fusión......................................................................................................................................... 10.5. Porosidad superficial ............................................................................................................................. 10.6. Geometría................................................................................................................................................ 10.7. Falta de penetración .............................................................................................................................. 10.8. Inclusión de escoria ............................................................................................................................... 10.9. Soldadura de un metal magnético con otro no magnético .............................................................. 11. - ELIMINACION DE LA MAGNETIZACION EN LAS PIEZAS INSPECCIONADAS........................................ 433 433 433 434 CAPITULO XXVIII. INSPECCION POR ULTRASONIDOS ........................................................................... 1.- INTRODUCCION .............................................................................................................................................. 2- APLICACIONES DELMETODO DE ULTRASONIDOS A LA INSPECCION DE SOLDADURA .................... 3- FUNDAMENTO DEL METODO........................................................................................................................ 4.- PARAMETROS ................................................................................................................................................ 5 - TIPOS DE ONDAS .......................................................................................................................................... 5.1. Comportamiento de las ondas ultrasónicas en superficies límites................................................... 445 445 445 446 447 448 449 13 435 436 437 437 437 438 439 439 439 439 442 442 442 442 443 443 443 443 443 443 443 443 443 444 5.1.1. Incidencia perpendicular o normal ............................................................................................. 5.1.2. Incidencia angular......................................................................................................................... GEOMETRIA DEL HAZ ULTRASONICO....................................................................................................... 6.1. Campo cercano ......................................................................................................................................... 6.2. Campo lejano ............................................................................................................................................ PALPADORES................................................................................................................................................. CLASIFICACION DE LOS PALPADORES ..................................................................................................... 8.1. Palpador de haz normal .......................................................................................................................... 8.2. Palpador de haz oblicuo o angular......................................................................................................... 8.3. Palpadores SE ........................................................................................................................................... 8.4. Palpadores especiales ............................................................................................................................. EQUIPOS DE CONTROL POR ULTRASONIDOS .......................................................................................... 9.1. Modelos de equipos ................................................................................................................................ 9.2. Elementos del equipo.............................................................................................................................. CALIBRACION DEL EQUIPO........................................................................................................................... 10.1. Calibración con palpadores SE............................................................................................................. 10.2. Calibración con palpadores angulares ................................................................................................ TECNICAS DE DETECCION DE DEFECTOS................................................................................................... 11.1. Medición de las discontinuidades en pantalla ................................................................................... 11.2. Inspección de uniones soldadas .......................................................................................................... DATOS NECESARIOS PARA REALIZAR LA INSPECCION .......................................................................... 450 450 451 452 452 452 456 456 456 458 459 461 461 462 464 465 466 471 471 477 479 CAPITULO XXIX. INSPECCION RADIOGRAFICA........................................................................................ 1. - INTRODUCCION............................................................................................................................................... 2. - LAS RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS ............................................................................................... 2.1. Los Rayos X............................................................................................................................................... 2.2. Los Rayos Gamma.................................................................................................................................... 2.3. Calidad de los Rayos X y Rayos Gamma.............................................................................................. 2.4. Unidades de radiación ............................................................................................................................ 2.5. Instrumentos de medida de la radiación .............................................................................................. 2.5.1. El dosímetro................................................................................................................................... 2.5.2. Medidores de velocidad de dosificación .................................................................................... 3. - FUENTES DE RAYOS X ................................................................................................................................. 4. - FUENTES DE RAYOS GAMMA ..................................................................................................................... 5. - VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS FUENTES RADIACTIVAS ARTIFICIALES DE RAYOS GAMMA .... 6. - INTENSIDAD DE LAS RADIACIONES .......................................................................................................... 7 - ABSORCION DE LA RADIACIONPOR LA MATERIA ................................................................................... 7.1. Efecto Compton ........................................................................................................................................ 7.2. Efecto Fotoeléctrico ................................................................................................................................. 7.3. Formación de Pares................................................................................................................................. 8. - TECNICA RADIOGRAFICA Y FACTORES DE QUE DEPENDE LA CALIDAD DE LAS RADIOGRAFIAS.... 8.1. Introducción............................................................................................................................................... 8.2. Indicadores de calidad............................................................................................................................. 8.3. Tipos de películas radiográficas mas usuales....................................................................................... 8.4. Técnicas radiográficas.............................................................................................................................. 8.5. Marcas de identificación de lasplacas radiográficas............................................................................ 9. - INTERPRETACION DE LAS RADIOGRAFIAS. ARCHIVO.............................................................................. 9.1. Técnica para la observación y detección de defectos en las radiografías......................................... 9.2. Evaluación de los defectos...................................................................................................................... 9.3. Criterios de aceptación de radiografías en soldadura según el código A.S.M.E............................... 9.4. Elaboración de informes y registros: su archivo y conservación....................................................... 9.5. Normas nacionales e internacionales sobre radiografía...................................................................... 9.6. Referencias ASTM para la interpretación de radiografías de fundiciones........................................ 9.7. Norma UNE 14.011 sobre interpretación y clasificación de radiografías.......................................... 9.8. Norma UNE 14.040 sobre técnicas para la obtención de radiografías.............................................. 9.9. Norma ASME sobre calificación de radiografías.................................................................................. 9.10. Normas API sobre calificación de radiografías................................................................................... 10- PELIGROSIDAD DE LAS RADIACIONES........................................................................................................ 481 481 482 483 483 484 485 485 486 487 487 489 490 491 491 491 492 492 492 492 493 495 496 498 498 498 501 502 502 505 505 505 506 506 507 508- APENDICE.- DICCIONARIO INGLES-ESPAÑOL DE TERMINOS Y ACRONIMOS DE SOLDADURA ... 511 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................................................ 523 6. - 7. 8. - 9. - 10. - 11. - 12. - 14 PRÓLOGO A LA 1.a EDICIÓN El presente libro nace con una doble finalidad. En primer lugar, como instrumento de ayuda para la enseñanza y el aprendizaje de las técnicas de soldadura, corte e inspección de obra soldada. En segundo lugar, como libro de consulta y manual práctico, capaz de resolver muchas de las dudas que se plantean a los profesionales y personal especializado. En el aspecto pedagógico, el libro es el fruto de más de dieciocho años de experiencia docente. La amplitud y complejidad de las técnicas de soldadura plan tearon la conveniencia de ofrecer un libro claro y ameno, con abundancia de fotos y gráficos que faciliten la comprensión de los procedimientos de soldadura y cor te, fenómenos que se producen al soldar, técnicas, métodos operatorios, etc. Por otra parte, la rápida evolución de las técnicas de soldadura en los últimos años, y la incorporación a las mismas de la electrónica, la informáti ca, la robótica y otras técnicas, exigían la necesidad de una puesta al día. El libro que se ofrece al lector supone también un esfuerzo de recopilación y síntesis de la información actualizada de equipos de soldadura y corte, mate riales de aportación, gases de protección y corte, métodos de inspección y ensayos de piezas soldadas. Al mismo tiempo, y con objeto de dotar al texto de la finalidad consultiva a la que se ha hecho mención, se han incluido tablas con los parámetros a establecer en los sistemas de corte, técnicas operatorias para el soldeo de las juntas más usuales, tablas con los parámetros de soldeo, preparación de las juntas, metales de aportación y datos de los gases de protección a emplear en la unión de distintos metales para cada procedimiento descrito, así como modelos de impresos para la organización y control de los trabajos de solda dura, corte e inspeccción de obra soldada. Algunos de los datos que se facilitan han sido obtenidos en nuestros pro pios trabajos de investigación y experimentación práctica; otros son el resulta do de la generosa colaboración de empresas de Construcción Naval, fabrican tes de equipos de soldadura, gases y equipos de inspección de soldaduras. Se exponen asimismo de manera resumida las Normas para trabajos de Soldadura, nacionales e internacionales, más usuales, comentando su conteni do y forma de aplicación. Debido a la necesidad que tienen los profesionales de 15 la soldadura de conocer y aplicar las Normas Internacionales, hemos realizado un esfuerzo de traducción del inglés al español de los Códigos y Normas de mayor aplicación, de los impresos de trabajo (ofrecidos al lector en versión bilingüe), y de los estudios y ensayos realizados en Soldadura y aparecidos en textos y revistas de ámbito internacional. La abundante bibliografía manejada en lengua inglesa ha contribuido - o al menos así lo creemos -, a dotar al libro del carácter actualizado que se pretendía. Junto a la labor de traducción llevada a cabo, se incorpora como Apéndi ce un Diccionario inglés-español de términos y acrónimos de soldadu ra, que, en nuestra opinión, contribuye a resaltar de manera importante el valor práctico y consultivo del presente libro. No sería justo terminar esta breve presentación sin expresar nuestro agrade cimiento a todos aquellos que han contribuido a que este libro se haga realidad: A D. Antonio Gómez Moreno, Físico y responsable, durante muchos años, del Departamento de Soldadura y Metalurgia de Astilleros Españoles Factoría de Puerto Real, y experto de reconocido prestigio en estos temas, que ha realizado el capítulo dedicado a Metalurgia y nos ha facilitado su información, experiencia, datos y publicaciones, que nos han sido de gran ayuda para confeccionar otros temas. A D. José Ma de Ayerbe Mora, Doctor Ingeniero Industrial y a D. Rafael González Linares, Doctor Ingeniero Naval, compañeros en las tareas docentes en la Escuela de Ingeniería Técnica Naval de Cádiz y profesionales de gran experiencia en la Industria de Bienes de Equipo y de Construcción Naval que nos han prestado su apoyo y colaboración, aportándonos sus conocimientos de soldabilidad, electricidad y magnetismo. Al profesor D. Santiago Fernández Ares, por su ayuda y colaboración, y en general a todas aquellas personas que han participado en la elaboración del libro. A ESAB IBERICA S.A., que nos ha proporcionado una amplia información de sus equipos de soldadura, tablas de usos y regulación de parámetros, así como de los resultados de sus investigaciones sobre soldadura. A AGA S.A. por su aportación de datos sobre características y usos de gases de corte y protección de soldadura, facilitándonos documentación téc nica y material gráfico. A KRAUTKRÁMER-FÓRSTER por toda la documentación técnica y mate rial gráfico cedido para confeccionar los temas de ensayos no destructivos. A CARBUROS METALICOS, por su información y cesión de material grá fico de sus equipos. Asimismo agradecemos la valiosa colaboración de las empresas BUG-OSYSTEMS, SEO, TIEDE, OERLIKON, FILARC, MAGNAFLUX, y en general a todas las empresas e instituciones que nos han prestado su apoyo y colaboración. Cádiz, octubre 1993 LOS AUTORES 16 PRÓLOGO A LA 2.a EDICIÓN La primera vez que Francisco Carrillo se puso en contacto conmigo para exponerme la idea de participar en la elaboración de un libro de Soldadura que fuera práctico y actualizado para los alumnos de la Universidad de Cádiz y particularmente para los futuros Ingenieros Técnicos Navales, me alegré por dos razones: una por el entusiasmo con el que me lo proponía; otra por entender que si conseguía su objetivo haría un buen servicio a la industria en general y a la Construcción Naval en particular. Debido a mis ocupaciones no pude ayudarle como hubiera sido mi deseo, pero no me importó cuando leí el libro y comprobé que la literatura técnica de Soldadura, Corte e Inspección, ya disponía de un nuevo libro, práctico, actualizado, completo, expuesto de forma sencilla y clara, sin por ello perder el rigor científico necesario. Tengo la seguridad de que el libro ha sido una gran ayuda para estudian tes que en el futuro trabajen en este campo de la industria, y para los que ya están trabajando, como manual de consulta. Después del éxito conseguido en la primera edición, no dudo que está segunda edición, con las mejoras introducidas por los autores, será igual mente bien acogida por los lectores que quieran introducirse en este apasio nante mundo de la Soldadura o aquellos que, ya introducidos quieran poner se al día o resolver dudas del trabajo cotidiano en esta rama de la tecnología que avanza a gran velocidad, con cada vez nuevas y más atrayentes técnicas, procedimientos, consumibles y equipos. Antonio Gómez Moreno Licenciado en Ciencias Físicas Ingeniero de Soldadura por la C.E. Cádiz, Abril de 1996 17 Capítulo 1 DESCRIPCION EDUCATIVA DE LA TECNICA DE SOLDADURA 1. - DEFINICION Se define la soldadura como la unión de dos piezas de metal llevada a cabo por medio del calentamiento, el rozamiento o la presión de ellas y la aportación o no de metal, pudiendo ser las piezas del mismo material o materiales distintos. 2. - EVOLUCION HISTORICA La técnica de la soldadura es fundamental para el desarrollo y productividad de nuestras industrias y actualmente es uno de los principales medios de fabricación y reparación de productos metálicos, siendo un procedimiento eficaz, seguro y econó mico para la unión de metales. En breve reseña histórica, las primeras noticias que se tienen del empleo de la soldadura en la humanidad se remontan a la época de las Dinastías Egipcias, que usa ron técnicas de Soldadura para unir tubos de cobre con plata (muestras de ello se encontraron en la tumba de Herepheres). También emplearon láminas de oro para recubrir sus sarcófagos y elementos ornamentales. En la Edad de Bronce, se utilizaron métodos de Soldadura Fuerte, que consiste en la unión de piezas por medio de una aleación con un punto de fusión inferior al de estas; por este método fabricaban hachas, ornamentos y recipientes. También emple aron el oro, aprovechando su ductibilidad y que no forma óxidos en su superficie, martilleándolo a temperatura ambiente para soldarlo. En la Edad de Hierro, se usó la Soldadura por Forja para unir piezas de hierro,que puestas en estado pastoso, a una temperatura superior a los 10002C., eran unidas gol peándolas fuertemente hasta expulsar los óxidos de la unión y conseguir así una sol dadura duradera. Por este método los Romanos fabricaban clavos y herramientas para la construcción, espadas, carros y útiles de guerra. 19 En la Edad Media, se descubrieron muchas propiedades químicas de los metales, así como nuevas aleaciones y se mejoró la obtención del hierro y el acero, fabricándo se cañones, armas de guerra y elementos constructivos. En la Edad Moderna, la Metalurgia en Alemania e Inglaterra tuvo un gran desa rrollo, con el descubrimiento del ferromagnetismo y el comportamiento elástico de los metales, incrementándose su uso en la fabricación de herramientas para los artesa nos, depósitos, útiles agrícolas, etc., siendo la forja el método de unión más usado; no obstante, la forja presentaba la limitación del tamaño de las piezas a unir, ya que este no debía ser mayor que la zona de fuego de la fragua, por lo que no se podían unir grandes planchas. El gran desarrollo de la soldadura vino con la Revolución Industrial y los descu brimientos para la obtención de oxígeno y acetileno, así como los realizados en el campo de la electricidad y el magnetismo por Volta, Ohm, y Faraday. A principios del siglo XX la obtención industrial de estos gases y la implantación del uso de la electricidad dio el impulso definitivo a la Técnica de la Soldadura, naciendo la Soldadura por Fusión, que permitía soldar planchas de grandes dimensio nes, al disponerse de fuentes caloríficas suficientemente intensas como para producir una fusión localizada de los bordes a unir.Es en estas fechas cuando se empiezan a aplicar los tres procedimientos de soldadura que más se emplean en la actualidad: Soldadura por Arco Eléctrico, Soldadura por Resistencia y Soldadura por Llama de Gas. A partir de aquí, el desarrollo de la soldadura fue paralelo a los avances obteni dos en electricidad, magnetismo, química, metalurgia y mecánica, perfeccionándose los procedimientos con el uso de electrodos recubiertos, gases inertes, uso de la corriente alterna, hilos tubulares, fluxes, etc.., que permitieron la soldadura de los ace ros en sus diferentes espesores y dimensiones así como la de los metales más emple ados y sus aleaciones. En la actualidad la soldadura está incorporando importantes avances tecnológi cos en los campos de la microelectrónica y de la informática, configurándose como una técnica multidisciplinar, en la que participan las ramas siguientes: - Química, desarrollando desoxidantes, fundentes, explosivos, fluxes, recubri mientos, etc. - Metalurgia, investigando los procesos que se producen en los metales base y de aportación, estableciendo las condiciones de realización del soldeo y trata mientos térmicos. - Electricidad, desarrollando equipos de soldadura adaptados a las nuevas técni cas y nuevos materiales. - Electrónica, incorporando elementos que mejoren el control del arco. - Informática, uniendo microprocesadores a los equipos de soldadura que per miten establecer parámetros y regular el proceso de soldeo. - Automatismos, mecanizando y automatizando equipos y estableciendo secuen cias de soldeo. - Robótica, que permite la soldadura desasistida, mejorando la productividad, calidad y costo. - Ensayos no destructivos, controlando la calidad de la obra soldada y la seguri dad del elemento construido. 20 3. LA SOLDADURA EN LA CONSTRUCCION NAVAL Desde que comenzó la construcción de barcos con hierro forjado, a principios del siglo XIX, y la invención de la propulsión a vapor, sustituyó a los barcos de madera y a la navegación a vela, se ha producido una rápida evolución de la Construcción Naval. El acero se introdujo, imponiéndose al hierro forjado, sobre 1870, publicando en 1877 la Lloyd's Register of Shipping sus "Normas para Barcos de Acero", que regula ban los métodos de construcción naval con este material. Desde 1920 en que se construyó el primer barco totalmente soldado en Inglaterra, la Sol dadura ha sustituido con ventaja en fiabilidad y aligeramiento de peso al remachado y calafate ado en la Construcción Naval, quedando como la principal técnica de unión de metales en uso. Las dos Guerras Mundiales dieron el impulso definitivo a la implantación de la soldadura en la industria, mostrándola como una solución rápida, económica y fiable para la unión de metales, a la vez que pusieron de manifiesto los problemas que pre senta de rotura frágil por disolución del hidrógeno en el cordón, produciéndose gran des fracasos, especialmente en la construcción naval donde más de una cuarta parte de los 5000 barcos de la serie "Liberty", fabricados en Estados Unidos, presentaron roturas importantes que obligaron a desarrollar el conocimiento de la Metalurgia de la Soldadura y a aplicar métodos fiables de Inspección de la obra soldada. Actualmente, los Astilleros han incorporado las nuevas Técnicas de Soldadura que per miten obtener soldaduras de calidad, mejorando los métodos y tiempos de producción. En el corte de planchas y preparación de bordes, al clásico sistema de corte oxiacetilénico se han incorporado el corte por Plasma y corte por Láser, mejorándose los sistemas de traza do, incorporando a los equipos de corte los Lectores ópticos y los sistemas de Control Numéri co, que dan calidad al dimensionado y bajan los costos finales al automatizar el proceso. En los Procedimientos de Soldeo se aplican, además de la Soldadura Eléctrica Manual y Oxiacetilénica, la Soldadura Automática o por Arco Sumergido, Soldadura Semiautomàtica con protección de CO? o Argón, Soldadura T.I.G., Soldadura por Elec troescoria, por Plasma y por Resistencia. Estos procedimientos, unidos a sistemas de mecanización, automatización y robotización que se les adaptan, han conseguido que los Astilleros que los han incor porado plenamente hayan reducido tiempos y mejorado las prestaciones, siendo los más competitivos en el mercado. En el futuro es de esperar que se incorporen a la construcción naval nuevos materiales y nuevas técnicas de soldadura, dada la importancia que ésta tiene en el sector, así como se requerirá la creación de nuevos puestos de trabajo para técnicos que lleven a cabo la inspección y control de la misma, la programación de los equi pos, el estudio y diseño de nuevos procedimientos y métodos de trabajo, ya que el mercado exige una gran calidad en los trabajos a precios competitivos. 4. ESTADO ACTUAL DE LA ENSEÑANZA DE LA SOLDADURA La técnica de la Soldadura ha evolucionado de una forma continuada en los últi mos años, pues de ser empleada principalmente en la unión de planchas de acero y por los métodos clásicos de Soldadura Eléctrica Manual y Oxiacetilénica ha ¡do adap tándose a la soldadura de nuevas aleaciones, aluminio, aceros inoxidables, etc., a la vez que a las uniones soldadas se les exigen mayores prestaciones y fiabilidad, lo cual obliga a un estudio detallado de las condiciones de soldeo, métodos a emplear, ins pecciones y control de la soldadura, ensayos de la unión soldada para analizar resulta dos y un estudio metalúrgico de la zona soldada. 21 Los nuevos métodos de soldeo han cambiado la imagen del soldador, como operario de gran habilidad manual y buen pulso, por la de un profesional más técnico que debe manejar máquinas más complejas para establecer los parámetros adecuados, controlar los sistemas de arrastre automáticos, manejo de gases de protección, detección de defectos, etc. La complejidad de la Técnica y el nivel de calidad exigido a los trabajos de Solda dura requiere de diversos especialistas y técnicos que intervienen en las distintas fases de la ejecución de una obra soldada; la formación de estos operarios y técnicos es cada vez más especializada y completa. En lo que respecta a nuestro país, la enseñanza de la soldadura es impartida por los siguientes organismos: - Las Universidades: Incluyendo la soldadura como asignatura en los programas de formación de Técnicos superiores y medios Impartiendo seminarios y cursos monográficos sobre técnicas o especialida des - El Ministerio de Educación y Ciencia y consejerías de las Comunidades Autónomas: Mediante la Formación Profesional de 1Q y 2S grado en las especialidades de Construcciones Metálicas y Estructuras. - El Cenim: Dependiente del Centro Superior de Investigaciones Científicas, que imparte Seminarios y cursos monográficos para Técnicos y edita una revista de Solda dura donde se difunden las investigaciones, actualidad internacional y noveda des de la soldadura. - El Ministerio de Trabajo: Mediante la Formación Profesional Ocupacional imparte cursos adaptados a las necesidades de las empresas teniendo establecidas las siguientes especialidades: ESPECIALIDAD OCUPACION MODULOS FORMATIVOS CONTROL DE CALIDAD EN SOLDADURA Supervisor de soldadura 6 Módulos formativos en ensayos, ultrasonidos, radiografía, etc SOLDADURA Y CORTE CON PROCESOS AUTOMATIZADOS -Cortador con procesos automat. -Operador de robot de soldadura -Soldador con procesos automat. 8 Módulos formativos en robots, láser, plasma, T.I.G.. M.I.G.-M.A.G.r SOLDADURA EN TUBERIAS DE ACERO -Soldador de tubería con electrodo celulósico -Soldador de tubería de alta presión 6 Módulos formativos en T.I.G., tubos y bridas, T.I.G., Acero inox.,etc. SOLDADURA DE ESTRUCTURAS Y RECIPIENTES -Soldador de T.I.G. -Soldador de M.I.G.-M.A.G. -Soldador de elect. manual -Soldador de oxiacetilénica 21 Módulos formativos en estos tipos de soldadura en acero, aluminio, acero inoxidable. 22 - Las empresas: Imparten cursos de formación para sus trabajadores en las Escuelas de Apren dices y en módulos de recalificación y reconversión de sus puestos de trabajo. Como conclusión de este análisis de la enseñanza de la soldadura se deduce que la Construcción Naval y la Industria en general demandan una gran variedad de espe cialistas en Soldadura con una formación cada vez más completa y específica. La enseñanza Universitaria de la Soldadura está limitada por el poco tiempo que se le dedica en las carreras en que se imparte, ya que al ser una asignatura de un curso, las horas lectivas totales no son suficientes para conocer toda la materia, obligando al Técni co que trabaja en ella a una formación posterior para especializarse. No existe en España la figura del Ingeniero de Soldadura, ni es especialidad en ninguna carrera universitaria. En un futuro próximo, la figura del Ingeniero Soldador Europeo será el especia lista que realizará o controlará en la empresa los trabajos siguientes: - Diseño y cálculo de las soldaduras (actualmente realizado por los Ingenieros, en los trabajos de proyectos y Oficina Técnica) - Control de Materiales y su comportamiento durante el soldeo (actualmente reali zado por los Metalúrgicos, Físicos e Ingenieros en los laboratorios de ensayos) - Procesos de soldeo, y Equipos y Fabricación (actualmente realizados por los Ingenieros Técnicos) 5. METODOS DE SOLDADURA Se distinguen dos tipos: Soldadura con fusión y soldadura por presión.La solda dura con fusión consiste en el calentamiento de dos piezas de metal hasta conseguir su unión fundiendo los bordes de ambas. La soldadura por presión se puede realizar en frió o haciendo calentar los metales hasta llegar a una temperatura debajo del pun to de fusión, y ejerciendo una presión que obligue a las piezas a unirse. 6. CLASIFICACION DE LOS METODOS DE SOLDADURA Los dos cuadros siguientes ¡lustran la clasificación de los diferentes métodos de soldadura. -CON OXIGENO Y GAS COMBUSTIBLE ' -ARCO SUMERGICO -PROTEC. DE ESCORIA -SOLDADURA < CON FUSION ■CON ARCO , -ELECTROESCORIA -PROTEC. DE GAS ' -TIG -MIG 1 -MAG -CON PROTEC. DE ESCORIA Y GAS ' -ELECTRODO REVESTIDO -ELECTRODO CONTINUO < -DE ESPARRAGOS CON ARCO -OTRAS SOLDADURAS -CON HAZ DE ELECTRONES -CON RAYO LASER -ALUMINOTERMICA 23 A TOPE CON RESISTENCIA POR PROYECCION DE COSTURAS POR PUNTOS -POR RESISTENCIA -DE ESTADO SOLIDO < -EXPLOSIVA -POR FORJA „ -A ALTA PRESION -FUERTE < ' -CON ARCO -POR RESISTENCIA -CON SOPLETE -BLANDA f -POR RESISTENCIA 1 -CON SOPLETE -SOLDADURA SIN FUSION 7. DESCRIPCION DE LOS METODOS DE SOLDADURA MAS USADOS: 7.1. Soldadura con oxigeno y gas combustible(OFW) Se realiza con un soplete alimentado de un gas com bustible (acetileno, propano, etc) y oxigeno, la temperatura de la llama es de 3100a, funde todos los metales excepto el wolframio. Esta soldadura es muy poco usada como procedi miento de prefabricación teniendo el inconveniente de ser lenta y a veces ineficaz, limitándose su uso a piezas de poco espesor. 7.2. Soldadura manual con pro tección de escoria y gas o elec trodo revestido La fusión se produce por el calor producido al saltar el arco eléctrico entre un electrodo y la pie za, conectados a los polos de un cir cuito eléctrico. La formación del gas que se produce por la fusión del revestimiento del electrodo protege al cordón de soldadura del contacto con el aire. 24 7.3. Soldadura con proteción de gas (MIG-MAG) Se produce esta solda dura al saltar el arco entre la pieza y un electrodo conti nuo, estando protegida por el aporte de un gas inerte (MIG) ó activo (MAG). 7.4. Soldadura con protección de gas (TIG) Es la unión de piezas mediante la energía calorífica que proporciona un arco al saltar entre la pieza y un electrodo de tungsteno no consumible en una atmósfera de gas inerte. Se puede realizar con material de aportación ó sin el. Tiene la ventaja de soldar casi todos los metales obteniendo una soldadura de gran calidad. 7.5. Soldadura con protección de escoria (arco-sumergido) Consiste en hacer sal tar el arco eléctrico entre un electrodo continuo y la pie za bajo la protección de un flux que cubre el arco y el baño de fusión. Este procedimiento se usa cuando se desea conse guir una gran velocidad de aportación; además tiene las ventajas de su calidad, mayor productividad y menor tiempo invertido. 25 7.6. Soldadura con protección de escoria (electroescoria) Consiste en generar un calor al pasar una corriente eléctrica a través de una esco ria fundida. ?? ■/. & Se usa para la unión de chapas en ver tical y para grandes secciones. 7.7. Soldadura con Rayo Láser La soldadura con rayo láser se basa en la fusión del material en el punto del impac to del haz concentrado por el sistema ópti co. Tiene la ventaja de soldar materiales diferentes y de poder tra bajar en zonas de difícil acceso. 7.8. Soldadura a tope con resistencia (FW) Se sueldan las piezas alinea das haciendo pasar una alta intensidad de corriente por la unión con las superficies en con tacto; éstas se ablandan; a conti nuación se ejerce una fuerte pre sión que da lugar a la soldadura. Sin embargo, este procedimiento tiene el inconveniente de que es bastante caro. 26 7.9. Soldadura blanda y fuerte La soldadura blanda se realiza con una separación entre chapas, proporcionando unio nes muy débiles y haciendo uso de una llama oxidante o llama de soldadura neutra. La soldadura fuerte consiste en calentar el area a soldar a una temperatura apropiada y moviendo continuamente el soplete sobre el area. 8. DESIGNACION DE LOS PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA EN ABREVIATURAS EN INGLES AAC Corte con arco aire ESW " " electroescoria EGW " " electro-gas PAC " " plasma EBC Corte con haz de electrones AOC Corte con oxiarco OFC-A Oxicorte LBC Corte por láser RSEW Soldadura por resistencia OAW " oxiacetilénica SAW " arco sumergido " arco protegido mediante gas GMAW SMAW Soldadura con electrodos revestidos GTAW " " electrodo no fusible y protección de gas FCAW " " hilos tubulares LBW " por rayos láser " mediante haz de elctrones EBW PAW Soldadura por plasma 27 Capítulo 2 METALURGIA 1. ESTRUCTURA DE LOS SOLIDOS Para poder mejor entender la soldabilidad de los metales, será conveniente recordar algunos conceptos claves sobre la estructura de éstos, con objeto de facilitar la explicación de las causas de rotura que puede producir la soldadura. 1.1. Estructura de los metales puros Los materiales sólidos pueden tener dos tipos de estructuras, la cristalina y la amorfa . Si los átomos están situados de una forma ordenada, perfectamente prefijada, formando una red regular, en cuyos nudos se encuentran los átomos a una distancia que, en el caso de los metales, varía entre 25 y 5 Amstrons (1 A=108 cm.|, entonces el sólido tiene una "estructura cristalina". Si los átomos no están situados en una estructu ra regular, la estructura recibe el nombre de "amorfa". Los metales de más interés en el campo de la soldadura poseen una de las tres estructuras cristalinas siguientes: La estructura "cúbico centrado" (c.c.) tiene la célula unidad constituida por un átomo situado en cada vértice del cubo y otro en el centro del mismo. En la figura 1 la posición de cada átomo se representa por un círculo y las líneas que enlazan los áto mos simbolizan las fuerzas que obligan a los átomos a ocupar las posiciones de la red. En la red cristalina "cúbica centrada en las caras" (c.c.c) (fig.l.B y Foto B), la célu la unidad está constituida por un átomo en cada uno de los ocho vértices del cubo y otro en cada uno de los seis caras del mismo. La estructura "hexagonal compacta" (E.C.) tiene una ordenación hexagonal de átomos muy compleja. 29 Las principales estructuras cristalinas de los metales son: a) Cúbica de cara centrada b) Cúbica de cuerpo centrado c) Hexagonal de empaque compacto 1.2. Influencia del tipo de estructura cristalina en las propiedades de los metales Ahora bien ¿cómo influye el tipo de estructura cristalina en las propiedades de los metales? y ¿podríamos cambiar las estructuras para mejorar las características mecánicas de los metales?. El tipo de estructura cristalina define una de las propiedades más interesantes de los metales: la ductilidad. Así, los metales con estructura cúbica centrada en las caras (c.c.c) como el Aluminio, Cobre, Plomo, Níquel, Oro, Plata, etc., son más dúctiles que los meta les de estructura hexagonal compacta (e.c.) como el Berilio, Cobalto, Magnesio, Titanio, Cinc, Circonio, etc; los menos dúctiles son los metales de estructura cúbico centrada (c.c.), como el Cromo, Hierro, Molibdeno, Columbio, Tántalo, Wolframio, Vanadio, etc. Algunos metales pueden existir en dos estructuras cristalinas o fases.Es el caso de los metales radioactivos, y de una forma singular, el hierro y sus aleaciones, como el acero, de suma importancia en la fabricación del casco de los buques. A la temperatura ambiente el acero tiene una estructura cristalina cúbica centra da (c.c) con propiedades ferromagnéticas. A temperaturas elevadas (al rojo) la estruc tura cambia de C.C. a C.C.C. y adquiere propiedades paramagnéticas. La temperatura a la cual se produce ese cambio de estructura o de fase se llama "temperatura crítica o temperatura de transformación" y depende de la cantidad de carbono existente en el acero, y de otros aleantes. La temperatura de transformación tiene mucha importancia a la hora de mejorar las propiedades de los tratamientos térmicos. Cuando queremos endurecer el acero, se le calienta hasta que sobrepase la temperatura de transformación y adquiera una estructura c.c.c; después se enfría rápidamente hasta que su estructura sea del tipo c.c. y obtendremos un acero con mucha más dureza. 30 Si queremos que sea mas dúctil, calentaremos el acero por encima de la temperatu ra de transformación para obtener una estructura c.c.c. (que en los aceros recibe el nom bre de austenita) y después se le enfría lentamente hasta adquirir una estructura del tipo c.c (que recibe al nombre de ferrita). Esta cualidad de los aceros en donde pueden existir dos tipos de estructuras cris talinas diferentes, según la temperatura a que se encuentran, se llama polimorfismo y permite mejorar las características mecánicas deseadas del acero mediante los "trata mientos térmicos" adecuados. 1.3. Las estructuras cristalinas en las aleaciones La adición de elementos de aleación a los metales puros modifica las dimensio nes de la estructura reticular de un metal y puede también producir un cambio en el tipo de red. Podemos considerar la aleación, por tanto, como una solución en donde los elementos de aleación son los solutos y el metal puro el solvente. En algunos casos, los átomos disueltos ocupan en la estructura cristalina el lugar de ciertos áto mos del solvente, dando lugar a soluciones solidas de sustitución. Otras veces se pro duce un enlace entre átomos de soluto y solvente, lo cual suele llamarse compuesto intermetálico o fase intermedia. Hay otros casos en que los elementos de la aleación son insolubles entre sí dando lugar a una mezcla. Las soluciones sólidas se forman generalmente cuando los átomos de soluto y solvente son de tamaño parecido y los dos elementos son puros, y tienen el mismo tipo de estructura o red cristalina. Se produce una solución intersticial cuando los áto mos del soluto son mucho más pequeños que los del solvente y entonces los átomos del aleante (soluto) pueden introducirse en los intersticios de la red del solvente. El límite de solubilidad suele ser relativamente bajo, porque no muchos átomos de solu to son admitidos en la red del solvente, como por ejemplo ocurre en las soluciones de Carbono y Nitrógeno en el hierro. x z> > c 7—t x x c C r> Z Figura 2: Redes de sustitución e intersticial a) La aleación de sustitución tiene algunos átomos (en negro) sustituidos por átomos del soluto. Normalmen te, los átomos del solvente y los del soluto no tienen el mismo tamaño y la red se distorsiona. b) Las aleaciones intersticiales se forman cuando los átomos del soluto son mucho más pequeños que los del solvente y, por ello, se alojan en las intersticias de la red del solvente. 31 1.4. Clases de cristales en el acero ¿Cuáles son las clases de cristales más importantes que se pueden dar en el ace ro y cómo se forman? En el hierro puro existen dos estructuras cristalinas dependiendo de la tempera tura: la estructura c.c. llamada ferrita o cristales alfa (a), que existe por debajo de los 900e C, y la estructura cristalina c.c.c. llamada austenita o cristales gamma (y) que apa rece entre las temperaturas de 900Q C hasta los 1.400- C. Si aleamos el hierro con el carbono se forma un compuesto químico, el carburo de hierro, llamado cementita. Cuando los cristales de hierro dejan sueltos átomos de carbono, como éstos tienen un pequeño radio atómico, hay suficiente sitio para intro ducirse en las estructuras cristalinas de la ferrita o de la austenita formando parte de una solución intersticial. Hay que tener en cuenta que el cristal de ferrita (ot) puede tomar en disolución el 1,7 % de carbono como máximo. Explicaremos lo que ocurre en una solución hierro-carbono, cuando la calentamos, para dar a conocer las distintas estructuras metalúrgicas que pueden aparecer en el acero. Supongamos que calentamos una solución de hierro-carbono de 0,8 % de carbono a una temperatura superior a la de transformación (900- C). Veremos que aparecen, como ya dijimos, cristales de austenita que pueden tomar en solución el contenido de carbono existen te, pues es menor de 1,7 % que puede disolver la austenita. Si enfriamos por debajo de los 7002 C, la austenita se transforma en ferrita, para la cual es demasiado carbono el existente, por lo que separa el carbono sobrante y forma enseguida carburo de hierro o cementita. Así aparece un cristal que está constituido de distintas capas que constan alter nativamente de cementita y ferrita; este cristal se llama perlita. Según que el enfriamiento sea más o menos lento, las capas de cementita serán más o menos gruesas. Si aumentamos la velocidad de enfriamiento entonces la cementita se reparte en capas muy finas y forma un cristal que se llama sorbita. Si seguimos aumentando la velocidad de enfriamiento y las finas capas de cementita ya no se ven con el microscopio, entonces llamamos a ese cristal troostita. La disminu ción del espesor de las capas está unida a un aumento de resistencia y la disminución correspondiente a la capacidad de deformación. Aumentando más la velocidad de enfriamiento, el tiempo disponible para la segregación del carbono ya no es suficiente y el proceso de difusión se ve parado apa reciendo un cristal semejante a la ferrita, sobresaturado de carbono,que se llama martensita: la martensita es una estructura de temple, la más dura de los derivados de la transformación de la austenita. En resumen, los microconstituyentes de los aceros al carbono más importantes que nos vamos a encontrar en soldadura son: Ferrita: Solución sólida, cuyo solvente es el hierro alfa (la forma alotrópica del hierro cúbica centrada) y el soluto es normalmente el carbono en cantidades inferiores al 0.-04 %. Es blanda y dúctil. Cementita: Es carburo de hierro FesC. Es muy dura (650 Brinell) y muy frágil. Perlita: Estructura laminar formada por placas alternadas de ferritas y cementita. Es más blanda y dúctil que la cementita pero mas dura y resistente que la ferrita. Austenita: Es una fase compuesta por hierro gamma (y), de estructura cristalina cúbica de caras centradas que tiene disuelto carbono hasta un 1,7 %. La austenita es estable a temperaturas elevadas, pero en aceros suficientemente aleados la tempera tura de transformación puede bajar hasta la temperatura ambiente y por tanto puede permanecer estable a esta temperatura. 32 Martensita: Es una solución sobresaturada de carbono en hierro alfa, en la que el exceso de carbono distorsiona la estructura cúbica centrada y la convierte en una tetragonal sujeta a tensiones. Se produce cuando al enfriamiento es muy rápido e impide la transformación de la austenita por encima de unos 300° C. Es muy resisten te, dura pero frágil y causa muchos problemas de fisuración en las soldaduras. 1.5. Crecimiento de los metales durante la solidificación en los metales puros Si el metal es puro, el mecanismo por el que se produce el cambio de líquido a sólido puede comenzar en muchos puntos del líquido y podemos suponer que, puesto que en el líquido los átomos se mueven al azar y están muy próximos unos a otros, de cuando en cuando un grupo de ellos toma la configuración cristalina exacta de su estado sólido. Si la temperatura del líquido es superior a la de solidificación, tal agrupación es inestable y los átomos se desbaratan pronto, pero si la temperatura es inferior a la de solidificación, la agrupación de átomos con configuración geométrica es estable y arrastra a otros átomos a tomar la misma configuración. A partir de este primer cristal o germen de sólido, va creciendo el cristal hasta la total solidificación. Antes se creía que este germen o núcleo de crecimiento debería ser una célula unidad perfecta, formándose las células unidas una tras otra y capa tras capa de áto mos. Hoy se sabe que las primeras unidades cristalinas que sirven de núcleo de creci miento, no necesariamente deben ser totalmente perfectas puesto que ciertos defec tos reticulares (llamados dislocación) favorecen también el crecimiento de los cristales, y desempeñan un papel decisivo en la deformación plástica. La curva de enfriamiento de un metal puro se representa en la FIGURA 3: el tra mo horizontal indica que el metal puro solidifica a temperaturas constante. Figura 3: Curva de enfriamiento del cobre puro. La meseta indica que la temperatura de solidificación es de 10842 C. 33 Si el metal se pudiera enfriar unifor memente, sin ningu na inclusión y otras impurezas (que pro vocarían una hetero geneidad), la cristali zación se produciría a partir de gérmenes o núcleos dispersos al azar en el seno del líquido. Grupos de átomos alcanzarían la configuración cristali na del sólido, otros se unirían a estos grupos y los pequeños crista les continuarían cre ciendo en todas las direcciones hasta establecer contacto con los cristales veci nos o las paredes del recipiente tal como se indica en la figura 4. "HT Solidificación completa FIGURA 4. Este sería un caso ideal que no es posible en la realidad, puesto que, aunque la for mación de los cristales se realizara al azar y se pudiéra enfriar el líquido uniformemente, el crecimiento de los nuevos cristales formados no sería igual en todas las direcciones. Los frentes de solidificación tienden a desplazarse de tal forma que se producen ramifi caciones, y dan lugar a una estructura arborescente. Este crecimiento se llama dendriti co y los cristales así formados, dendritas. Varias ramas de las dendritas crecen en las tres dimensiones y se entrelazan con las de otros gérmenes de crecimiento. Figura 5: Formación de las dendritas El metal líquido que rodea cada rama de la dendrita continúa solificándose engrosando la rama a la vez que forma otras nuevas más pequeñas. En la FIGURA 6 se observa la formación progresiva de dendritas columnares durante la solidificación en un cordón de soldadura. Esta comienza en las paredes del recipiente, por ser la 34 superficie más fría; el crecimiento lateral es impedido por las dendritas vecinas y el gradiente de temperatura desde el centro a las paredes favorece el crecimiento colum nar; el nivel del metal líquido va descendiendo por la contracción de solidificación y cuando ésta es completa se forma un rechupe en el centro del metal sólido. Metal del cordón líquido El calor fluye principalmente a través del metal adyacente Las dentritas empiezan a formarse en el límite del metal líquido El metal del cordón ha solidificado Progresa la solidificación Figura 6: Progreso de la solidificación en una soldadura de una sola pasada con arco de electrodo metálico. Las pérdi das principales de calor ocurren por transmisión a través del metal soldado, y la solidificación del cordón comienza en las superficies de contacto.Las dentritas crecen hacia el interior. 35 1.6. Formación de las segregaciones en un metal aleado ¿ Cómo se forman las segregaciones en un metal aleado? Figura 7: Curva de enfriamiento de una solución sólida. Los cambios discontinuos de pendiente durante el enfriamiento indican cambios de fase. En primer lugar, la temperatura de solidificación no es constante como en los metales puros, puesto que un metal aleado está formado por elementos con puntos de fusión diferentes. Por tanto al principio solidificarán los componentes de mayor punto de fusión y al final los de menor punto de fusión. La curva de solidificación será como se indica en la FIGURA 7, en donde se observa que la solidificación se produce a través de un intervalo de temperaturas. Este fenómeno se denomina segregación y cuando ocurre dentro de un solo cristal recibe el nombre de segregación intracristalina y consiste en que el metal sólido que se separa de la fusión al principio de la solidi ficación, o sea, a la temperatura del "Liquidus", tiene un mayor contenido de aleación que el contenido medio del metal aleado (por ejemplo del acero). Cuando termina la solidificación, los cristales que solidificaron primero y con mayor contenido de aleación quedan incrustados en los límites de los granos o núcle os primarios, que se formaron a partir del primer cristal que solidificó, produciendo una falta de homogeneidad que se denomina segregación y tiene una gran importan cia en la soldabilidad de los metales, sobre todo en los aceros inoxidables. 36 1.7. Granos metalúrgicos Llamamos granos metalúrgicos a los cristales que se forman en el metal sólido. Hemos visto que a partir de un cristal unidad o germen éste va creciendo hasta que llega a ponerse en contacto con otro cristal vecino formando un límite del grano que, a excepción de los compuestos intermetálicos, no está limitado por caras cristalinas. Los límites de grano son regiones de transición entre las dos redes continuas. La naturaleza de los límites o bordes de grano y su superficie son muy importantes pues influyen propiedades de ductilidad o fragilidad en los metales soldados, de acuerdo Ilustración del tamaño de los granos en una soldadura. Si el tamaño de grano es grueso, las superficies de los límites de grano son gran des y favorecen el agrietamiento, mientras que en una estructura de grano fino los límites de grano no tienen direcciones privilegiadas, ni grandes superficies y en con secuencia su ductilidad mejora. En los aceros inoxidables, los carburos de cromo pre cipitan en los límites de grano, disminuyendo la cantidad de cromo disuelto hasta el punto en que el acero pierde sus propiedades de inoxidable en estas regiones. Carburos precipitados regiones empobrecidas en cromo que rodean las partículas de carburo SENSIBILIDAD Figura 9: Influencia del limite de grano en las precipitaciones. 37 Un material de grano fino presenta una resistencia mayor, lo cual se da en la relación de Petch: o = o0+ K-d" en donde o es el límite de fluencia, d el tamaño del grano, o0 y K son constantes del material dado. 1.8. Movimiento de los átomos dentro de un sólido El mecanismo del movimiento de los átomos dentro de una sustancia gaseosa, líquida o sólida, se llama difusión y depende del tiempo y de la temperatura. Hay dos tipos de difusión: la intersticial y la substitucional. En la difusión intersticial están involucrados átomos pequeños, tales como los de Nitrógeno, Hidrógeno y Carbono, y éstos van saltando de una posición intersticial a otra como se indica en la FIGURA 10. Este es el tipo más rápido de difusión ya que la mayor parte de las posiciones insterticiales están vacías. La difusión de átomos substitucionales es más lenta ya que los átomos tienen que esperar a que exista una vacante a la cual puedan saltar. Aún en el cristal simple más cuidadosamente pre parado, hay un número de equilibrio de vacan cias que aumenta con la temperatura. Además, los límites de los granos y las dislocaciones pro veen caminos de difusión. Existen muchos casos prácticos de difusión en los metales como por ejemplo las piezas bimetálicas acero-aluminio. Otro caso son las monedas americanas de 25 centavos, donde es posible laminar un emparedado de metal, tal como una capa de Níquel, sobre una capa de aleación de cobre-Níquel. A causa de la difusión la unión entre las capas no es mecánica sino un verdadero enlace metalúrgico, en la cual la composición cambia gradualmente a través de la interfase. Figura 10: Difusión del Nitrógeno a través de una pared de acero. Cuando endurecemos un engra naje por carburización, hay un cambio gradual de alta concentración de car bono en la superficie de acero y bajo contenido en el interior. Esto produce alta dureza en la superficie y buena resistencia al desgaste, soportado por el acero tenaz, bajo en carbono. Los átomos de carbono, cuando se calien ta una pieza en un ambiente rico de carbono, se disuelven y se acumulan en las capas superficiales y una posi ción se difunde a las capas inferiores. También la difusión desempeña un importante papel en los cambios inter nos de estructura, como en el caso de los aceros, en el cambio de fases, en Figura 11: Diagrama de interfase en un bimetral 38 la precipitación de carburos de hierro que depende del movimiento de los átomos por difusión. La difusión se regula por las ecuaciones de difusión o leyes de Fick. Por ejemplo si queremos saber el flujo del Nitrógeno que pasa a través de una chapa de acero de espesor E, FIGURA 10, en donde existe una variación de concentra ción de Nitrógeno entre una y la otra cara AC teniendo en cuenta que el coeficiente de difusividad del acero D, se aplica la fórmula: FLUJO DE NITROGENO N2=-D-^ AE El signo (-) indica que la difusión va en sentido opuesto al gradiente de concen tración, es decir, de mayor concentración hacia menor concentración. Si en la carbura ción de un engranaje, cuyo contenido de carbono alcance una profundidad X, para dar resistencia a la capa endurecida necesitamos esperar un tiempo t, de acuerdo con la temperatura del horno que estamos usando. La segunda ley de Fick regula estas con diciones a través de la fórmula: Cs - C¡< = Cs-Co y x TDT En donde: Cs = Concentración superficial de carbono producida de forma inmediata (una constante) Co = Concentración inicial de carbono a través del acero Cx = Concentración de carbono a una distancia X de la superficie D = Coeficiente de difusividad T = Tiempo X = Función de error que viene en tablas El coeficiente D de difusividad varía con la temperatura de acuerdo con la fórmu la: LnD = LnA—QR-T Donde: A = Constante Q = Constante de la sustancia difundiendo R = Constante de los gases T = Temperatura absoluta 1.9. Dislocaciones en las estructuras cristalinas De acuerdo con los cálculos teóricos de resistencia, los aceros pueden llegar a tener una carga de rotura a la tracción del orden de 600 Kg/mm2; sin embargo los metalurgistas no consiguen aceros de mas de 200 Kg/mm2 y consideran imposible llegar a las resisten cias teóricas calculadas por los físicos. Durante mucho tiempo se creyó que las diferencias entre los valores reales y teóricos se debían a la presencia de microdefectos. Griffith ya lo había demostrado ensayando fibras de vidrio de diámetros muy finos (donde la probabili dad de defectos eran bajos) y podían obtener resistencias del orden de 300 Kg/mm2. Estos microdefectos pueden ser: - Defectos puntuales o átomos faltantes (vacíos) lo cual es importante para la difusión como hemos visto. 39 - Defectos lineales o hileras faltantes de átomos que se llaman dislocaciones. Figura 12: Empaque atómico cerca a la dislocación del borde. La dislocación B se ha encerrado en un círculo. Los áto mos en A tienen una configuración normal. Para entender mejor el efecto de las dislocaciones, supongamos un blo que de metal que posee un plano extra de átomos que se extiende por la mitad de éste. Como se observa en la FIGURA 12, el empaque atómico rodea la dislo cación de borde, señalada con un círcu lo. Los átomos en el extremo tienen una configuración normal. Vemos que ello da como resultado un núcleo de mate rial inestable que se reintroduce dentro del bloque, como lo muestran los cinco átomos encerrados en el círculo. Este núcleo es un defecto lineal llamado dis locación de borde. Una característica importante es que los átomos en la par te superior están en comprensión y los de la parte inferior en tracción. Es evi dente que las fuerzas de enlace no son tan fuertes como en una red perfecta. Si aplicamos un esfuerzo en cizalla como se muestra en la FIGURA 13, en la zona externa necesitamos un esfuer zo elevado que sería el límite de fluen cia teórica. Sin embargo, donde tene mos una dislocación, los átomos cercanos a esta zona no están firme mente enlazados y la dislocación se desplaza fácilmente hacia la derecha. En otras palabras, obtenemos una menor resistencia a la fluencia. Figura 13: Correlación del deslizamiento con una dislocación en línea. En realidad existen millones de dislocaciones que son producto de la fundición, laminación, soldaduras, etc y aunque se encuentren a nivel atómico, la evidencia de su presencia y movi miento se puede observar en un microscopio electrónico. Es difícil encontrar estructuras cristalinas sin dislocaciones aunque se han probado muestras (Whiskeres) de algunos materiales y se han encontrado resistencias excepcio nales, como las del zafiro que se utiliza como refuerzo en materiales compuestos. El concepto de dislocación y los movimientos de dislocación son de gran utilidad para entender diversos fenómenos de roturas y problemas de soldabilidad, así como el endurecimiento o acritud de los metales a ser sometidos a una carga a tracción en frío, debido a que los átomos se mueven con el esfuerzo y producen nudos de dislocación. 1.10. Fuerzas de enlaces entre los átomos de una unidad cristalina Los átomos de una unidad o célula cristalina se ordenan de forma regular y se mantienen unidos en sus posiciones gracias a las fuerzas de enlace interatómicas, las 40 cuales definen al grupo a que pertenece un material. Los tres grupos principales en que podemos dividir los materiales son: Metales (como el acero, hierro, cobre, etc.), plásticos y otros polímeros (como el polietileno, caucho, etc.), y cerámicos. La diferencia entre un grupo y otro está en el tipo de enlace entre átomos y gru pos de átomos, el cual influye en las principales características de estos materiales. Así, en los metales el enlace es de tipo metálico, el cual favorece la conductividad eléctrica, la ductilidad, etc. En los cerámicos, los enlaces entre sus átomos son del tipo iónico y covalentes que conllevan una gran dureza, fractura frágil y alta resistencia eléctrica. En los plásticos el enlace es del tipo Van der Waals, que da lugar a la varie dad de las propiedades de estos. A nosotros nos interesan las fuerzas de enlace entre los átomos de un cristal uni dad o célula de los metales, o en otras palabras, el enlace metálico. La estructura atómica de cualquier elemento está compuesta por un núcleo car gado positivamente y por electrones que giran alrededor del núcleo a diferentes dis tancias, localizados en distintas capas o niveles de energía. Una característica común de los metales es que tienen solamente uno, dos o tres electrones en la capa más externa. Esta es la clave para la formación del enlace metálico, puesto que estos elec trones externos están enlazados en forma relativamente libre del núcleo. Núcleos•de iones de Mg2+ Nube de electrones a partir de los electrones de valencia Figura 14: Fuerzas de enlace electrostático. Cuando colocamos juntos un cierto número de átomos de un metal con, (por ejemplo,) dos electrones externos, éstos abandonan los átomos individuales, es decir, los núcleos a los que pertenecen, y pasan a formar una " nube " de electrones común. Los átomos se convierten en iones, los cuales se ordenan de forma regular, formando la unidad o celda cristalina. Esto lo podemos representar como indica la FIGURA 14, donde se observa el empaque más compacto que se puede formar con un grupo de esferas de igual tamaño, igual que el que se formaría si sacudimos una caja de bolas de billar. La propiedad de la conductividad eléctrica se explica fácilmente debido a la movilidad de los electrones libres que se trasladan al aplicar una diferencia de poten cial, produciendo una corriente. 41 ------- •- Figuráis. Desplazamiento entre planos atómicos por un esfuerzo a ciza- K La propiedad de la ductili dad se entiende fácilmente: si aplicamos un esfuerzo de cizalla, un plano se deslizará sobre el otro y no se presentará fractura porque las mismas fuerzas inte ratómicas operan aún después de que se desplace un diámetro atómico, como se observa en la FIGURA 15. Las fuerzas de enlace son x x _j u u i x ■- por tanto debidas a la atracción de los iones positivos sobre las nubes electrónicas y sobre los electrones de los átomos vecinos, por ser mayor que las fuerzas de repulsión de los electrones entre sí. |laH K 1.11. Medición de la distancia entre los átomos de una unidad cristalina o celda unitaria Para conocer el tipo de microestructura de un metal y sus dimensiones se utili za el método de difracción de Rayos X, con el cual no se mide la distancia entre los átomos de un cristal unitario, sino que se miden las distancias entre planos de áto mos. Para entenderlo mejor, consideremos una celda cúbica sencilla; si determinamos la distancia entre los planos AB y CD, habremos determinado las dimensiones del cubo. La forma para realizar dicha medida se basa en que si proyectamos una luz de rayos X sobre un metal, cuando éste llegue a los átomos éstos remiten la radiación con la misma longitud de onda. Sin embargo, si las radiaciones emitidas no están todas en fase, se anularán mutuamente y no habrá rayo difractado. En la FIGURA 16 vemos que el camino recorrido por el haz de rayos X, 1, que penetra en el metal a una distancia entre los planos interatómicos por debajo de la superficie, es más largo que el rayo, 2, difractado por los átomos de la superficie. La Difracción de rayos X de los planos de los átomos. 42 diferencia entre los recorridos de los dos rayos es igual a 2.d.seno, donde d es la dis tancia entre planos, O el ángulo de incidencia entre los planos. Para que los dos rayos no se interfieran y den en la pantalla obscuridad, los dos rayos deben estar en fase, es decir que la diferencia de recorrido de los dos rayos debe ser al menos una longitud de onda o un múltiplo de ésta es decir que h-X = 2dsen0 Como conocemos el ángulo de incidencia de los rayos 0 y la longitud de onda de rayos X ( =1,54 Á), podremos calcular la distancia entre los planos de los átomos interatómicos aplicando la fórmula: n-X 2sen0 Si los planos de los cristales perte necen a las caras de las celdas unitarias, la distancia d corresponderá a la dimen sión de una arista de la estructura crista lina. Si los planos corresponden a un pla no diagonal de una estructura cristalina cúbica ( c.c. ó c.c.c.), la arista del cubo sería como indica la FIGURA 17 a2o= d2+d2 = 2-d2 a2= d-VT Figura 17: Número de átomos (4) en una celda unitaria c.c.c. 1.12. Cálculo de la densidad de un metal a partir de las dimensiones de la celda unitaria Una vez calculada la arista a de una celda unitaria, por difracción de R-X se pue de calcular la densidad teórica de un metal. Calculemos por ejemplo la densidad del cobre sabiendo que su estructura es C.C.C. Arista de la celda: Q»= 3,61 Á Peso atómico del cobre : P»= 63,5 Volumen de un cristal o celda unitaria: V = a3 = (3,6)3x1024cm3 Número de átomos en un mol = 6,02x1023 Número de átomos contenido en una celda = 4 en un cristal del tipo c.c.c. como se observa en la FIGURA 18 Aplicando la fórmula: densidad = Masa Volumen = NQ de átomos por celda ■ Peso de un átomo Volumen de una celda En el caso del Cobre: 43 El peso de un àtomo =-------2¿3----6,02x1023 = 10,55x1023 Por tanto: densidad = 4x10,55x1023 gr _ —422— _ 3,97 gr/cm3 3,613x1024cm3 47,04 Si lo comparamos con el valor reai (8,96), vemos que es muy aproximado. La explicación de ser algo menor es la presencia de la falta de átomos o vacíos que siem pre existen en los cristales unitarios. Por la presencia de estos huecos vacíos explicá bamos el proceso de difusión. 1.13. Cálculo del radio atómico de un metal Considerando los átomos como si fueran esferas, buscamos alguna dimensión del cristal unitario o celda a lo largo de la cual las esferas están en contacto, como por ejemplo la diagonal de la cara del cubo en una estructura ir=a0-j2=longi tud de la C.C.C., pudiendo calcular la longitud de la diagonal a partir diagonal de la cara de "a" y el radio atómico en función de la diagonal. El radio atómico sería en este caso la cuarta parte de la diagonal, puesto que esta tiene una longitud de 4 radios, como se observa en la figura 18. En el caso de un cristal di ferrita o hierro, en donde si estructura cristalina es cùbici centrada, C.C., su radio atomice sería: ir=aaip=longitud de la diagonal La diagonal de una cara: cP= ao+a¿= 2aS d = a«\ 2 Figura 18: Cálculo de la diagonal en fun ción del radio atómico. La diagonal del cubo: O2 = ao+d2 = ao+2aí = 3a<, Como se observa en la figura 19 D = <3-a« = 4r Como a = 2,86 Á en el hierro El radio atómico = ^~a° = 1,24Á 4 2.- Figura 19: Cálculo del radio atómico de una estructura cristalina c.c. DIAGRAMA DE FASES 2.1. Descripción Anteriormente hemos visto la diferencia que existía, en un diagrama, cuya abeisa es el tiempo y la ordenada la temperatura, en curva de solidificación de un metal puro y de una aleación. En el primer caso, al pasar de la fase líquida a la fase sólida, la transformación se realizaba a temperatura constante, mientras que en la aleación la solidificación empezará por el compuesto que tenga mayor proporción de aleante con el punto de fusión más alto. Bajando la temperatura irán solidificando las composicio nes aleantes hasta que todo el metal esté solidificado. Hay metales como el hierro, que presentan cambios polimórficos. El hierro líquido soli difica a 1.5352 C con una estructura cristalina centrada llamada hierro delta; al seguir enfrian- 44 do se transforma a los 1.400- C en una estructura cúbica centrada en las caras, llamada fase gamma; al seguir enfriando hasta los 910e C vuelve a transformarse a la fase cúbica centrada, que se denomina hierro alfa. Llamaremos fase a un conglomerado homogéneo de materia. En los metales sólidos, los granos compuestos de átomos de la misma estructura cristalina son de la misma fase. Como ya dijimos, la solución sólida se forma cuando la adición de uno o más elementos nuevos da como resultado una estructura de una sola fase. El diagrama de fases o diagrama de equilibrio es un gráfico que indica, para una aleación determinada, las fases que existen a cualquier temperatura en función de la composición. En los diagramas de fases, la ordenada es la temperatura. Para cada composición de la aleación se representan las temperaturas a que ocurren los cam bios de fase, y cuando se han obtenido un número suficiente de puntos experimenta les, se obtienen líneas que representan la situación de todos los cambios de fase y los límites en que existen las fases. 2.2. Utilidad de los diagramas de fases Los diagramas de fases sirven para conocer la fase o fases existentes para una determinada composición, los cambios de fase que se producen al variar la tempera tura, o también para determinar la proporción de una de las fases. Para entender mejor los dia gramas de fase, dibujaremos uno sencillo, correspondiente a una aleación formada por soluciones sólidas, es decir, completamente soluble un elemento en el otro, por ejemplo las aleaciones de cobre y níquel. Los átomos de cobre y níquel son de tamaño parecido, cristalizan ambos en el sistema cúbico centrado en las caras y pueden sustituirse los átomos mutuamente sin modifi car el parámetro de la red, es decir, es un sistema típico de miscibilidad completa. En el diagrama de fase de la FIGURA 20, si observamos la ale ación compuesta por un 67% de níquel y 33% de cobre (Metal Monel), la línea superior llamada liquidus que separa el metal completamente líquido del parcialmente líquido, corta a la línea vertical de esta com posición en el punto a. Los primeros cristales formados al bajar la temperatura tienen la composición correspondiente al punto b, y son más ricos en níquel que en el caso de la aleación de Monel. El punto b se define trazando una horizontal hasta que corte a la línea de solidus, que divide la solución solidificada, con la parcialmente solidificada. La composición de b se obtiene fácilmente trazando una vertical hasta la coordenada de abcisas. Bajando la temperatura desde el punto a, va solidificando más cantidad de la aleación que la correspondiente al punto t y la parte aún líquida tiene una composición correspon diente al punto P. A la temperatura del punto c solidifica el último líquido con la com 45 posición del punto d, y el sólido lógicamente a la del c. Seguimos enfriando sin produ cirse más cambios. 2.3. Cálculo de las cantidades existentes en cada fase Si queremos conocer las fracciones de cada fase existentes a una temperatura, a partir de una composición dada, gráficamente con diagrama de fases se podrán calcu lar aplicando la ley de mezclas, llamada ley de la palanca, que expresaremos obser vando la FIGURA 21: % Sólido = -^-x100 AB % Líquido =-£B-x100 Supongamos un caso práctico del diagrama de fases Aluminio-Silicio de la FIGURA 21: podemos calcular las cantidades relativas de sólido y líqui do de una aleación de 97% de Aluminio y 3% de Silicio a una temperatura de 600a C. 3% Si L >638° ’ \ 1.20 \A l\ al\~ ■ 7 ' 1 ’ 1 1 J 1 1 1 . 1 ..I » B \.Xs.30 P a+L 1 i ■1.65 1 1 1 1 / / / X/ H+ L 577° z 99 1 1.6 a+0 1 1 1 1 Tracemos a partir del punto P, una horizontal que cortará a las líneas del liquidus, o iniciación de solidificación en A y B, lineas que separan el cam po de cristales, alfa del campo de cristales alfa+L y de L (la nomenclatura del abecedario griego, a, B, y, indica fases en estado sóli do y L1, L2, L3 las fases en il J 1 1 1 1 L estado líquido) y observa i i l—L. J 1------- 1----- 1---- L— mos que a estos puntos le corresponden composicio Porcentaje en peso, silicio nes de A=1,2% de silicio y B=8,3% respectivamente. Figura 21 Para 100 gramos de alea ción, si llamamos X a los gramos de la fase a, los gramos de la fase líquida son 100-X. Es decir que el 3% de silicio se repartirá proporcionalmente entre la fase a y L, por tanto: 1 1 0,012x+(100-x)0,083 = 3 0,012x+8,3-0,083 = 3 0,071x = 5,3 x= 5-3 = 74,6gr. 0,071 46 Luego si tiene 74,6 gramos de cristales sólidos a, de cristales L tendrá 10074,6=25,4 gr. Aplicando la regla anterior o de la palanca: %a = -!^-x100 = —8-3~3 AB 8,3-1,2 x100 = 74,6 gr. Que da el mismo resultado que por el método algebraico. 2.4. Diagrama de equilibrio hierro-carbono Comenzamos por definir lo que es una composición eutèctica. El eutèctico es una mezcla mecánica de cristales que tienen la mínima temperatura de solidificación y se comporta como un metal puro porque solidifica a temperatura constante. Lo explicaremos a partir del diagrama más conocido, el de hierro-carbono, repre sentado en la figura 22, donde se indican los cambios de fase que ocurren en el calen tamiento, así como las cantidades de componentes para las distintas temperaturas. DIAGRAMA DE EQUILIBRIO HIERRO-CARBONO Figura 22 47 Este diagrama parece bastante complicado, sin embargo no lo es si lo estudia mos por partes. Comenzando por la parte izquierda del diagrama, en donde práctica mente se trata de hierro puro, observamos tres fases sólidas: hierro alfa (Fe a), hierro gamma (Fe y) y hierro delta (Fe S). A temperatura ambiente es estable el hierro alfa, calentando lentamente la fase alfa o ferrita se transforma en gamma o austenita a par tir de los 910a C. Cuando elevamos la temperatura a 1390a C, la austenita se transfor ma en hierro delta y a 1540a C se funde el hierro delta. Entre los 760a C y los 910a C, el hierro a pierde sus propiedades magnéticas pero no su estructura. Es interesante observar, como ya dijimos anteriormente, que la solución sólida de carbono en hierro delta (Fe 5), sólo puede tener hasta una máxima solubilidad de 0,025% de carbono, mientras que la solubilidad de la cementita (carburo de hierro) en el hierro, es del 2% a una temperatura de 1130a C. El punto E, donde la solidificación se hace a la menor temperatura, se llama punto eutèctico, a dicha temperatura (1130a C) temperatura eutèctica, y a la composición de 1,7% de carbono y 98,3% de hierro composición eutèctica, que en este caso es la ledeburita. En la línea A, correspondiente a la temperatura de 710a C del punto S, se aprecia el eutectoide llamado perlita, de composición 0,8% de carbono y 99,2% de hierro. Los aceros con contenido menor de 0,8% de carbono se denominan hipoeutectoide y a los de contenido mayor a 0,8%, hipereutectoides. En el caso de un acero hipoeutectoide, con un contenido del 0,20% de carbono a 900a C, el acero es completamente austenítico (FOTO E). Al enfriarse se empieza a for mar ferrita (FOTO F). Cuando llega a la temperatura de la línea A3, en la aleación coe xisten juntos la austenita y la ferrita, como se puede ir siguiendo por el diagrama; al Contenido de carbono en % Estructura hasta 0,04% Ferrita y cementita terciaria 0,04 a 0,09 Ferrita, perlita y cementita terciaria 0,9 Perlita 0,9 a 1,7 Cementita secundaria y perlita 1,7 a 4,3 Ledeburita, cementita secundaria y perlita 4,3 Ledeburita 4,3 a 6,67 Cementita primaria y ledeburita 6,67 Cementita primaria 48 continuar el descenso de temperatura se va formando más ferrita, y al alcanzarse la temperatura A1 se descompone toda la austenita restante en una mezcla de ferrita y cementita llamada perlita, como se observa en la FOTO G. Los aceros hipereutectoides, de más de 0,8% de carbono, están representados en el diagrama de equilibrio en la zona más a la derecha. Supongamos que estamos ana lizando un acero de 1,2% de carbono. Calentándolo a una temperatura superior a la de la línea Acm, entramos en la zona en la que el acero se transforma completamente en austenita. Al enfriar a una temperatura por debajo de la línea Acm la austenita se des compone y empieza a formarse cementita en los bordes del grano, aumentando según desciende la temperatura. Cuando la temperatura llega a la línea A1, la austenita restante se transforma en perlita, quedando una mezcla de perlita y cementita. En resumen observamos en el diagrama hierro-carbono que en los aceros con poco carbono se forma poca cementita, casi todo es ferrita y por tanto son aceros dúc tiles. Cuanto mayor es el contenido de carbono se forma más cementita y menos ferri ta y por tanto esto hace que aumente la dureza y disminuya la ductilidad, todo esto enfriando lentamente para mantener las condiciones de equilibrio. En la tabla anterior se describen todas las estructuras de las diferentes aleaciones hierro-carbono, que aparecen en el diagrama de acuerdo con el contenido de carbono. 3. TRATAMIENTOS TERMICOS 3.1. Consecuencias del enfriamiento rápido Las transformaciones de los aceros, de acuerdo con el diagrama hierro-carbono, no se limitan a estructuras en equilibrio, y no se podría hacer gran parte de la maqui naria, donde se requiere dureza y resistencia, o resistencia al desgaste, como herra mientas, engranajes, cojinetes, etc. a no ser por la técnica del enfriamiento rápido. Haciendo enfriamientos fuera del equilibrio, podemos conseguir de los aceros las pro piedades que más nos interesen, por medio de los tratamientos térmicos adecuados. En el diagrama hierro-carbono, cuando la austenita se transforma en ferrita y cementita, requiere un cierto tiempo para que se desplacen los átomos de carbono a través de distancias relativamente largas y para que se realicen las modificaciones en la red cristalina, puesto que los átomos se mueven de forma lenta en estado sólido. La velocidades de transformación dependen de la temperatura debido a la nucleación y a la difusión. La nucleación es el desarrollo de núcleos que actúan como cen tros de cristalización para una nueva fase. Por ejemplo, si la transformación de austenita en perlita se hace a una tempera tura alta (muy por debajo de la temperatura de transformación), la nucleación es muy lenta, se producen pocos núcleos de cementita y el carbono tiene que recorrer largas distancias y por tanto el crecimiento de la perlita es lento. Si la transformación la hacemos a temperaturas bajas, la cementita se nuclea en muchos puntos pero la velo cidad de difusión del carbono es muy lenta y la perlita no puede crecer. Sin embargo, a temperaturas intermedias la velocidad de transformación de la perlita es más rápida. Ahora bien, si se enfría rápidamente, a los átomos no les da tiempo a formar una estructura perlítica a partir de la austenita y se forma una estructura nueva como la bainita y la martensita. La perlita que se forma como consecuencia de un enfriamiento rápido, como ya dijimos, es una perlita de láminas finas de cementita en la ferrita. Si aumenta el enfria 49 miento aumenta el números de láminas producidas en la nucleación, son más nume rosas y pueden llegar a formar láminas tan finas que para observarse hace falta el microscopio. A esta estructura se le llama Troostita o perlita fina. La martensita se forma cuando el enfriamiento es tan rápido que impide cual quier transformación de la austenita por encima de unos 215e C. La estructura resul tante es una solución sobresaturada de carbono en hierro alfa, o ferrita. La martensita va apareciendo instantáneamente a partir de la temperatura de 215-C con cada disminución de la temperatura hasta los 82a C. Si paramos el enfriamiento, no se produce más martensita hasta que la reiniciamos. La temperatura a la cual se inicia la transformación se denomina temperatura de comienzo de la martensita "Ms", y a la tem peratura a la cual termina se denomina temperatura final de la martensita "Mg". El mecanismo de formación de la martensita, se realiza en placas debido a esfuerzos de cizallamiento a lo largo de los planos cristalográficos, es decir, no se hace por difusión como en el caso de la perlita. La martensita es una estructura no deseable en la soldadura por su alta dureza, que aumenta el riesgo de roturas. La bainita se forma en el intervalo de temperaturas en las que se puede formar perlita y martensita. La bainita se produce por nucleación, como la perlita, a la tempe ratura de 538a C, en el acero eutectoide (0,8% de carbono). La estructura de la bainita tiene forma circular o forma de plumas. Los tiempos de difusión son largos, por lo tanto los tiempos desde el comienzo de la transformación al final son mayores que en el caso de la perlita. Con estos datos, en donde intervienen tiempos de transformación para cada tem peratura o isoterma y tipos de estructura que se van formando, podemos hacer una curva Transformación-Tiempo-Temperatura (TTT). 3.2. Curva de Transformación-Tiempo-Temperatura (TTT) La curva T.T.T. es la curva que relaciona el tipo de estructura que se forma duran te las transformaciones de la austenita con una cierta composición, con el tiempo que dura dicha transformación hasta la formación de perlita o martensita a diferente tem peratura, isotérmicamente. La curva tiene una zona que se acerca más al eje de las temperaturas e indica la gama de temperaturas en la cual la transformación isotérmica es más rápida y se lla ma nariz de la curva T.T.T. Otro factor a tener en cuenta en la templabilidad de un ace ro, es la facilidad de evitar la transformación de la perlita a bainita de modo que pueda producirse martensita. En la FIGURA 23 se representa el diagrama T.T.T. para la transformación isoterma de un acero eutectoide modificado para incluir la región de formación de martensita. En la abcisa está colocado el tiempo en escala logarítmica. La primera curva da aproximadamente el principio de la transformación, y la segunda el final de esta. El diagrama hay que leerlo a una temperatura constante, es decir, de izquierda a derecha y ofrece la posibilidad de determinar a qué temperatura tiene lugar más rápidamente la transformación deseada, y qué tiempo en total es necesario para que se termine la transformación. Como en el tratamiento térmico se intentan lograr estructuras metalográficas, con las cuales podamos obtener las propiedades deseadas de los metales, es necesa rio por tanto poder predecir la estructura que se formará en un ciclo dado de trata miento. El diagrama hierro-carbono sólo nos informa de los tratamientos muy lentos. Los diagramas T.T.T. y los diagramas T.T.T. modificados o de enfriamiento continuo no sirven para saber cuál es la velocidad de enfriamiento adecuada y los tiempos de 50 1400 tiempo (escola logarítmica) Figura 23 permanencia a una temperatura, y así obtener la estructura cristalina deseada con la que lograremos tener las propiedades específicas del acero que necesitamos. Las cur vas de enfriamiento continuo son más prácticas pues se refieren a la descomposición de la austenita en un enfriamiento continuo y no a temperatura constante. Por ejemplo, si un acero se enfría rápidamente hasta los 600e C y se mantiene a esta temperatura durante unos 2,5 segundos, obtendremos los primeros cristales de ferrita como transformación de la austenita. A los 10 segundos toda la austenita se ha transformado en ferrita y comienza a formarse la perlita. A los 10 segundos termina la formación de la perlita. Si templamos el acero desde la temperatura A30cm (7902 C) hasta los 315B C, es decir enfriamos bruscamente el acero en su intervalo de tempera turas, entonces a la austenita no le da tiempo a transformarse en ferrita y comienza a formarse bainita a partir de los 20 segundos, completándose la transformación en bainita totalmente cuando hayan transcurrido 1000 segundos aproximadamente. A los 100 segundos tendremos 50% de austenita y 50% de bainita como se puede observar en el diagrama T.T.T. para transformaciones isotérmicas de la FIGURA 23. Cuando 51 templamos hasta la temperatura Ms, la austenita comenzará directamente a transformarse en martensita hasta que, a la temperatura de 80Q C, toda la austenita será martensita y a 160 C aproximadamente tendremos el 50% de austenita y el 50% de martensita. Es decir, por encima de la nariz de la curva T.T.T. tendremos perlita y por debajo de la nariz bainita. El diagrama T.T.T. sólo es válido para reacciones isotérmicas, pero no puede aplicarse a tratamientos térmicos en donde el enfriamiento es continuo, al menos de forma cuantitativa. Para enfriamiento continuo podemos conocer cualitativamente el tipo de estruc tura que vamos a obtener en función de la velocidad de enfriamiento modificando algo la curva del diagrama T.T.T. de transformaciones isotérmicas, de forma que, si queremos una pieza, la curva de enfriamiento debe estar más a la izquierda que la nariz para transformar directamente la austenita en martensita y por el contrario, si no queremos obtener estructuras martensíticas, la curva de velocidad de enfriamiento debe estar a la derecha de la nariz de la curva T.T.T. 1400 700 1200 600 1000 500 800 400 600 300 200 400 100 200 Mí I todo martensita 1 seg se completa la transfon lación a ferrita martensita 10 seg martensita y perlita y perlita 100 seg 1 000 seg tiempo (escolo logarítmica) Figura 24 52 10 000 seg 100 000 seg Por ejemplo el límite de la velocidad de enfriamiento para templar el acero de la curva de la FIGURA 24 es de 140s C por segundo. Con mayores velocidades de enfria miento con la curva de transformación completa de perlita entre las temperaturas de 550a C á 470a C, a partir de esta temperatura se detiene la formación de perlita hasta llegar a la temperatura Ms, a partir de la cual la austenita que quedó sin transformar se, se convertirá en martensita hasta la temperatura Mf. 3.3. Principales tratamientos térmicos Los tratamientos térmicos más conocidos son: Recocido, Revenido y Temple. El recocido es un proceso que se utiliza para el ablandamiento de la dureza del metal y puede llamarse también normalización, recocido completo o intermedio, globulización, etc. Por ejemplo para recocer un acero, se calienta hasta que rebase 25a C ó 50a C por encima de la temperatura crítica de transformación. Después se mantiene a esta tem peratura un tiempo aproximado de 1 hora por cada pulgada del menor espesor de la pieza, y luego se enfría lentamente dentro de un horno. El recocido produce los aceros hipereutectoides. La normalización lleva el mismo tratamiento que el recocido, con la sola diferen cia de que en vez de hacer el enfriamiento en horno, se hace al aire libre; tiene la venta ja de obtener estructuras de grano más finos y resistentes, y se puede dar a los aceros de alto contenido de carbono. La estructura de normalizado es la que usualmente se forma en las soldaduras constituidas por varios cordones, en donde la pasada que se da encima produce un normalizado sobre la que se ha depositado, afinando su grano. El revenido es un tratamiento térmico que se realiza en el acero después de que éste haya sido sometido a un tratamiento de temple. Las estructuras martensíticas formadas en el temple tienen poca tenacidad, es decir, aguantan poco los golpes. Para conseguir aumentar la tenacidad, aunque se sacrifique algo la dureza y resistencia, se hace un recocido al acero. El revenido se hace calentando hasta alcanzar una temperatura ligeramente infe rior a la temperatura de transformación, pudiendo variar entre 150a C y 650a C. Por ejemplo un revenido de un acero eutectoide (0,8% de carbono), si le hacemos un reco cido de 1 hora a 320a C, reduce la dureza desde 67 ROCKWELL a 56, mientras que si lo calentamos a 650a C la dureza para 1 hora baja a 53 ROCKWELL. Ya hemos dicho que el templado es un tratamiento térmico de endurecimiento, que consiste en calentar la pieza hasta que la estructura sea toda austenítica y des pués enfriar rápidamente en baño líquido (agua, aceite, etc.), hasta casi Ms; posterior mente se enfría al aire durante la transformación de la austenita en martensita. El agua produce un temple más rápido que la sal y que el aceite, pero este último produce menos deformaciones y riesgo de agrietamiento, sobre todo en espesores gruesos. Para mejorar la templabilidad (facilidad para evitar la transformación de la auste nita en perlita o bainita), se añaden al acero aleantes como el níquel, molibdeno, cro mo, manganeso, etc., puesto que las velocidades necesarias de enfriamiento son menores, para conseguir la transformación martensítica. La carburación o cementación es el proceso de endurecimiento superficial (2,5 mm de espesor máximo) por el enriquecimiento de carbono, con el fin de aumentar la solibilidad para el carbono, y con tiempo suficiente para que el carbono se funda hacia el interior. 53 Capitulo 3 ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO EN SOLDADURA 1. TEORIA ATOMICA Sabemos que un cuerpo está compuesto por moléculas, que son partículas muy pequeñas, y estas partículas, a su vez, las podemos dividir en átomos, que son la par te más pequeña en que se puede dividir un cuerpo. Los átomos están formados básicamente por los protones (de carga positiva) y neutrones que se agrupan formando el núcleo, y por los electrones (de carga negati va) que giran en torno al núcleo en diferentes órbitas concéntricas. Haremos mayor hincapié en el electrón ya que el desplazamiento de éste a través de un conductor es lo que conocemos como corriente eléctrica. La soldadura eléctrica prácticamente se basa en las aplicaciones y consecuencias de este desplazamiento, según se traslade el electrón de la pieza al electrodo o del electrodo a la pieza. El electrón es una partícula elemental de carga eléctrica negativa cuyo valor es 1,6x1019 culombios y con una masa de 9x1028 gramos. El número de electrones en un átomo suele ser igual al de protones, ya que el átomo tiende a estar en estado neutro. Existen varias formas de liberar a un electrón de un átomo, de las que enumera mos las siguientes: a) Calentando la materia (Emisión termo-eléctrica) b) Iluminándola (Emisión foto-eléctrica) c) Bombardeando mediante haces de electrones primarios. d) Poniendo el material en contacto con un cuerpo radiactivo capaz de emitir radiaciones. 55 1.1. Carga eléctrica Entendemos por carga eléctrica la canti dad de electricidad que posee un cuerpo, es decir, el exceso o defecto de electrones que tiene un cuerpo. Para determinar la cantidad de carga eléctrica que tiene un cuerpo podríamos utili zar como unidad al ELECTRON, pero este tie ne una carga demasiado pequeña, por lo que emplearemos el CULOMBIO como unidad de medida. El culombio equivale a 6,3x1018 elec trones. ATOMO 1.2. Ley de Coulomb La ley de Coulomb dice que la fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente pro porcional al cuadrado de la distancia que las separa. F= fuerza de atracción o repulsión en Nw. Q Q'= carga de los cuerpos en culombios. r= distancia entre las cargas en metros. K= coeficiente de proporcionalidad (Nw-nT/cul2). coeficiente que depende del medio en el que se encuentra (aire, vacío, aceite, madera, etc...) e=£o-£r= coeficiente dieléctrico del medio con relación al aire (NQ abstracto que, para el aire o vacío, vale 1) Er= £o= coeficiente dieléctrico del aire o vacío r2 En el sistema SI racionalizado se hace F_ 1 4ne QQ'_ r2 1 QQ' 47t£o£r r2 r 56 2. MAGNITUDES ELECTRICAS 2.1. Resistencia eléctrica Entendemos por resistencia eléctrica la dificultad que ofrece un cuerpo a ser recorrido por una corriente eléctrica. Hemos visto que la electricidad se genera cuando un cierto número de electrones se desplazan por un conductor, y según la LEY DE COU LOMB los electrones están sujetos al átomo debido a la fuerza de atrac ción que ejerce el núcleo sobre ellos. Pues bien, según tengan mayor o menor dificultad estos elec trones para circular por el cuerpo, así será su resistencia. CONDUCTOR La resistencia eléctrica se repre senta por la letra "R", siendo su uni dad el OHMIO y estando simbolizado por la letra griega "íl" (omega). El aire ofrece una resistencia infinita por lo que hay que ionizarlo para que pueda saltar un arco eléctrico entre el electrodo y la pieza a soldar. Ello se realiza mediante el cebado del electrodo, consistente en rascarlo contra la pieza varias veces. TABLA DE MULTIPLOS Y SUBMULTIPLOS MULTIPLOS Mil MEGAOHMIO Kil KILOHMIO OHMIO íl SUBMULTIPLOS mil MILIOHMIO pfl MICROHMIO 1.000.000 1000 1 0,001 0,000001 2.2. Cálculo de la resistencia de un conductor El valor de la resistencia en un conductor viene determinado por: a) El tipo de material por el que esté constituido el cuerpo; ello está representado por la letra griega p (rho), que es la resistividad y la definimos como la resistencia que ofrece un hilo conductor de una determinada sustancia de un metro de longitud y un milímetro cuadrado de sección. Podemos decir que cada material tiene una resistividad específica. En el siguien te cuadro se relacionan algunos ejemplos: 57 METAL SIMBOLO RESISTIVIDAD (fímm2/m) Aluminio AL 0,028 Cobre Cu 0,017 Carbón c 63 Zinc Zn 0,061 Estaño Sn 0,12 Hierro Fe 0,13 Mercurio Hg 0,957 Niquelina Cu-Ni-Zn 0,40 Constantan Cu-Ni 0,5 Nicrohm Ni-Cr 1 b) Su longitud, ya que a mayor longitud, mayor será su resistencia. c) Su sección, que cuanto mayor sea, menor resistencia ofrecerá. ñ=p — S p= resistividad en Í2mm2/m L= longitud en metros. S= sección en milímetros cuadrados. Todo esto nos será de gran utilidad según indicamos a continuación. Imaginemos una maquinaria para soldadura situada a una distancia específica de la pieza a soldar donde el cable de masa mide 15 cm. de longitud y el cable que va desde el aparato hasta la pinza mide 25 m., y siendo este cable de cobre y de 50 mm2 de sección. Tendremos una resistencia en dichos cables de: ñ.= p Li+ f-z =0,017 °'15+25 = 8,551x103 Q S 50 Si empleásemos una Intensidad de 350 Amp. para soldar, obtendríamos la siguiente caída de tensión en el cable: Vc= R-l= 8,551x103-350 = 3 1/ 2.3. Efecto Joule Hemos hablado con anterioridad de cómo la corriente eléctrica a través de un conductor con más o menos resistencia, desprende calor en función del valor de dicha resistencia. Al circular una cierta cantidad de electrones por un conductor se generan roces entre ellos, lo cual origina el calentamiento de dicho conductor. Este calentamiento será mayor o menor dependiendo de la cantidad de electrones que circulen por él en una fracción de tiempo. 58 El físico inglés James P. Joule enunció la siguiente ley: "La cantidad de calor producida por una resistencia es igual al producto de la diferencia de potencial que soporta entre sus extremos por la corriente que la atravie sa y por el tiempo en segundos a que circula la corriente, todo ello afectado de un coeficiente de proporcionalidad, de valor 0,24". i 0 = 0,24 (Va-Vb) Itcal. t= tiempo en segundos. Q= cantidad de calor en calorías. Va-Vb= tensión en los bornes en V. 1= intensidad en amperios. 2.4. Potencia eléctrica También se puede afirmar que la energía que se convierte en calor por unidad de tiempo es la potencia, con lo que podremos ver la energía que disipa un conductor al paso de una corriente eléctrica. POTENCIA = P = (VAA) I watios ENERGIA = E = (Va-V„) ltjulios La potencia se representa por la letra "p" siendo su unidad el vatio (w). Debido al calentamiento que se produce en un conductor producido por el paso de una corriente eléctrica y sabiendo que en la soldadura eléctrica trabajamos con grandes corrientes, tendremos que poner especial atención, tanto en la sección del conductor como en su revestimiento, procurando que el aislante sea el adecuado. La fórmula dice así: La potencia eléctrica de un circuito homogéneo es igual al producto de los valores de la tensión existente entre sus extremos por la intensidad de la corriente que lo recorre. El aparato de medida es el vatímetro. La potencia eléctrica la podremos expresar de varias formas, teniendo en cuenta la Ley de Ohm, V=R-I: P = (Va-Vb) I watios P = Rl2 watios p = (Va - Vb R wat¡os Todos los conductores varían el valor de su resistencia con la temperatura en que se encuentran. 59 2.5. Variación de la resistencia en función de la temperatura La fórmula que relaciona el valor de la resistencia de un conductor que se encuentra a una temperatura t2con la que tenía a una temperatura de referencia (nor malmente 20Q C) es la siguiente: R20 [1+a(t-20)] = ñ2o[1+<x-At) Rt= resistencia a la temperatura t. R20= resistencia a 202 C. a= coeficiente de temperatura. At= (t-209) variación de temperatura. 2.6. Intensidad Definimos la intensidad como la cantidad de electricidad en culombios que atra viesa una determinada sección de un conductor en la unidad de tiempo (segundo). Se representa por la letra I y su unidad es el Amperio, que equivale a un culombio por segundo, de donde: Q = l-t Una elevada intensidad es capaz de producir el arco eléctrico que se genera entre el electrodo y la pieza a soldar. Por ello, la intensidad es uno de los parámetros a regular para corregir un determinado arco eléctri co. El aparato de medida es el ampe rímetro; para medir la intensidad de corriente que atraviesa un elemento, tendremos que colocar el amperímetro en serie con el elemento. 2.7. Diferencia de poten cial Entendemos por diferen cia de potencial al desnivel eléctrico existente entre dos puntos, que es básicamente lo que se crea entre el elec trodo y la superficie a soldar para que salte el arco eléctri co. Suponemos dos cuerpos a diferente potencial, (uno está a un potencial mayor que el otro) unidos por un conductor por el que circulará una corriente eléctrica que tiende a equilibrar eléctrica mente a ambos cuerpos; defi niremos pues como diferen- 60 cía de potencial al trabajo realiza do por la unidad de carga positiva al pasar de un cuerpo al otro. A La diferencia de potencial la podemos representar por la letra V, siendo su unidad el voltio. El aparato de medida es el vol tímetro, que debe colocarse para su medida en paralelo con el elemento. 2.8. Ley de Ohm Como hemos visto con anterioridad, el que exista una diferencia de potencial entre dos puntos es la causa para que se pongan en circulación los electrones. Si estos dos puntos los unimos por medio de un conductor, ponemos de manifiesto el movimiento de los electrones, dando lugar a una corriente eléctrica ininterrumpida; de esta forma, vemos que existe una relación directa entre la tensión, la intensidad y la resistencia. El físico Ohm puso de manifiesto dicha relación formulando la siguiente Ley: "En un circuito eléctrico, la intensidad de la corriente que lo recorre es directamente propor cional a la tensión aplicada, e inversamente proporcional a la resistencia que opone el circuito". I = Intensidad en amperios. V = Tensión en voltios. R = Resistencia en ohmios. 3. CORRIENTES ELECTRICAS Según hemos visto con anterioridad, llamamos corriente eléctrica al desplaza miento de los electrones a través de un conducto. La corriente eléctrica la podemos clasificar en tres grupos: 3.1. Corriente continua (C.C) Es aquella que circula en el mismo sentido y con valor constante, es decir,la mis ma cantidad de electrones en cada instante. Esta clase de corriente la podemos obtener por medio de pilas, dinamos y acumuladores En los equipos que proporcionan corriente continua, tenemos la posibilidad de variar las características del arco eléctrico según conectemos el polo positivo ó negati vo a la pinza y a la pieza ó a la inversa. 61 Si colocamos el electrodo en el polo negativo y la pieza de soldar en el polo posi tivo se llama POLARIDAD DIRECTA, porque estaremos soldando a favor del paso de los electrones. Los efectos que se producen son de una mayor penetración y un baño de fusión estrecho. Si colocamos el electrodo en el polo positivo y la pieza a soldar la conectamos al polo negativo, se llama POLARIDAD INVERSA, porque estaremos soldando en con tra del paso de los electrones. Los efectos que se producen son de menor penetración y baño de fusión ancho. 3.2. Corriente pulsatoria Es aquella que aún circulando en el mismo sentido lo hace con una cantidad variable de electrones y a impulsos, debido a que se obtiene de rectificar la corriente alterna, permitiendo solo el paso de corriente en un sentido e interrumpiéndolo en el contrario, por medio de válvulas ó diodos. 3.3. Corriente alterna (C.A.) Es aquella que toma valores distintos en el tiempo, es decir, cuando los electro nes se desplazan en ambos sentidos, siendo la cantidad de electrones variables. Esta corriente se puede obtener mediante alternadores y osciladores. Este tipo de corriente será muy útil para soldadura eléctrica en aluminio debido a que necesitaremos una polaridad para fundir la alúmina y otra para fundir el aluminio (poder de penetración). En la corriente alterna podemos diferenciar varios parámetros como pueden ser: * La frecuencia: Es el número de veces que se repite la señal en cada segundo. Se representa por la letra "f" y su unidad es el Hertzio (Hz) . * El periodo: Es el tiempo que debe transcurrir para que la señal se repita. Se representa por la letra "T" y su unidad es el segundo. Su relación con la frecuencia viene expresada de la siguiente forma: f=—1— T 62 * Valor Máximo: Es el valor que alcanza la señal y se representa por la letra Emax. * Valor eficaz: Prodríamos decir que es el valor que produce el mismo efecto tan to en alterna como en continua. Se designa por la letra "E" y se determina por la fórmula siguiente: Emax=E'^2 4. ELECTROMAGNETISMO Michael Faraday pasó gran parte de su vida entre libros, de los que obtuvo los cono cimientos necesarios para poder relacionar la electricidad con los campos magnéticos. Gracias a sus descubrimientos es posible la fabricación de las máquinas de soldadura. 4.1. Campo creado en un conductor rectilíneo Si hacemos pasar una corriente eléctrica a través de un conductor vemos que en torno a éste se manifiestan unas líneas de fuerza que crean un campo magnético según se representa en la figura: 4.2. Ley de Biot-Savart Está basada en la fuerza de atracción y repulsión que se manifiesta en dos con ductores paralelos cuando son atravesados por una corriente eléctrica. Si dos conductores paralelos son atravesados por una corriente eléctrica dirigida en el mismo sentido se atraen, pero si esta corriente circula por dos conductores para lelos en sentido contrario, éstos se repelen. 63 Para evitar en gran medida estas manifestaciones en los conductores empleados en las máquinas eléctricas para el soldeo, será necesario revestirlos con un aislante más o menos grueso. 4.3. Campo magnético en una bobina (solenoide) Si deseamos conseguir un carqpo magnético más intenso, arrollamos el cable en forma de espiral obteniendo una bobina, y utilizando la regla del sacacorchos obtene mos el sentido de las líneas de fuerza. 5. MAQUINAS ELECTRICAS UTILIZADAS EN SOLDADURA. CARACTERISTICAS. 5.1. Transformadores El transformador está formado por un núcleo, que generalmente es de hierro dul ce, en el cual se han dispuesto dos arrollamientos. El arrollamiento A recibe el nombre de primario mientras que el B es denominado secundario. Básicamente podemos entender que un transformador es una máquina estática, en la que se introduce una corriente alterna y obtenemos otra corriente alterna en su sali da, de idéntica frecuencia y potencia, pero con intensidad y voltajes diferentes. Por ser la corriente del secundario mayor que la del primario, tendrá las espiras de mayor sección. En un transformador de soldar, la tensión en el Secundario es de 80 V. por lo que el número de espiras del primario es mayor que el del secundario. La corriente alterna introducida en el Primario crea un flujo que es inducido al Secundario, en el que obtendremos la corriente alterna inducida por dicho flujo. De esta forma estamos relacionando el Primario con el Secundario por la siguiente expresión: VíIX^VzN, ó_Vi.=_Nl V2 n2 Vi= tensión en el primario V2= tensión en el secundario. Ni= nB de espiras en el primario. N2= n- de espiras en el secundario. 64 5.2. Tensión de cebado Entendemos por tensión de cebado la tensión necesaria para hacer circular una corriente eléctrica a través de un arco eléctrico. Su valor será del orden de 65 a 75 V. Una vez que el arco ha saltado, sólo hará falta una tensión de 20 a 40 V para mantenerlo. 5.3. Tensión de vacío Es la tensión existente en los bornes del secundario antes de cebar el electrodo. En las máquinas de soldar se precisa una tensión de vacio alta de 70 a 85 V. Ten siones superiores a éstas podrían resultar peligrosas. Con estas tensiones pretendemos que el cebado del arco sea lo más rápido posible. Según sea la longitud del cable y la intensidad necesaria para soldar en cada caso, escogeremos una sección determinada de dicho cable. INTENSIDAD (Amp) 220 200 200 300 300 300 .......... .......... .......... .......... .......... .......... LONGITUD DEL CABLE DE PINZAS + CABLE DE MASA (M) SECCION EN (mm2) 50.................................. 70.................................. 100.................................. 50.................................. 70.................................. 100.................................. 35 50 70 50 70 95 5.4. Semiconductores (diodos de Setenio y Silicio) Antes de entrar en los apartados de máquinas de corriente continua será necesa rio que veamos el funcionamiento de los diodos semiconductores, por ser estos los elementos que llevan a cabo la rectificación de la corriente alterna. Los semiconductores más usados son los de silicio y selenio. Debido al gran coste que supone la obtención de estos cristales en estado puro, se presentan con cierto grado de impurezas. Por esta razón, se pueden clasificar en intrínsecos y extrínsecos. - Semiconductores intrínsecos. Prácticamente carecen de impurezas, ya que poseen un átomo de impureza por cada 10” de semiconductor. - Semiconductores extrínsecos. Tienen un grado de impureza mayor que los intrínsecos: un átomo de impure za por cada 107 átomos. Podemos dividir los cristales en dos tipos importantes: 65 TIPO N semiconductor • TIPO N - "Tipo N" - " Tipo P" Son aquellos en los que introduci mos átomos de impureza con valencia 5, de tal forma que al formar los enla ces con los demás átomos que com ponen el cristal, puedan quedar elec trones libres o de fácil donación. Son aquellos en los que, por el con trario, introducimos un átomo con valencia 3 de forma que al crear los enlaces queden huecos libres (falten electrones). El diodo es un componente electrónico basado en la unión de dos semiconducto res extrínsecos, uno de tipo P y otro de tipo N. Si los sometemos a un potencial cuya polaridad facilite la aportación de electrones al cristal P y la extracción de electrones del cristal N, llegará un momento en que se equilibre y no exista conducción con lo que la corriente será nula. Si por el contrario polarizamos en sentido inverso, de forma que introduzcamos electrones en el cristal N y hagamos disminuir su número en el cristal P, estaremos consiguiendo que aumente en ambos cristales los portadores de carga, con lo que estableceremos una conducción. 66 Polaridad inversa Polaridad directa Su misión fundamental es generar una diferencia de potencial entre sus bornes para que se pueda crear un arco eléctrico entre el electrodo y la superficie a soldar. La finalidad de los generadores es transformar la energía mecánica en energía eléctrica, teniendo presente que dicha energía estará en forma de corriente continua. El generador es básicamente un bobinado que gira en el seno de un campo mag nético produciendo así una fuerza electromotriz; este bobinado se puede hacer girar mediante un motor eléctrico o un motor de explosión. 67 5.6. Rectificadores La finalidad de los rectificadores es convertir una corriente alterna en una corriente continua. 5.6.1. Rectificador de media onda El funcionamiento de este rectificador está basado en el funcionamiento del diodo; según la forma en que se polarice conduce dejando pasar el semiciclo. Se entiende por polarización directa cuando el ánodo está conectado al positivo y el cátodo al negativo. 5.6.2. Rectificador de onda completa En este caso usamos dos diodos, por lo que conducirán alternativamen te según les llegue la señal. Cuando llegue el semiciclo posi tivo conducirá el diodo D1, y cuando llegue el semiciclo negativo conducirá el diodo D2, invirtiendo este semici clo. En este circuito se ha instalado un filtro en "Pi" encargado de amorti guar al máximo la corriente pulsatoria obtenida a la salida. 68 ----- H------ •----- C=ZI------ r C :C1 “1 c2=: 5.6.3. Rectificador puente - Cuando A sea más positivo que B. El diodo D2 estará polarizado directamente, pasando por masa y a través de D3 se cerrará el circuito en B. - Cuando A sea más negativo que B. El diodo D1 conducirá por estar polarizado directamente, pasando por masa y a través de D4 se cerrará el circuito en B. De esta forma tendremos rectificados ambos semiciclos. 5.6.4. Funcionamiento de un inversor Podemos observar en la figura 25 el diagrama de un inversor. La corriente de red es rectificada y pasa a corriente continua en el primer modulo. El siguiente paso es el modulo INVERSOR. En este la corriente continua se transforma en corriente pulsante a frecuencia muy elevada ( 12KHz, 24 KHz ó 48 KHz). Esta corriente pasa al transformador donde adquiere los valores de tensión e intensidad adecuados para la soldadura. En el modulo cuatro se verifica la corriente que, al pasar a través del inductor, tendrá las mejores características para mantener un arco estable. La unidad de control realiza la verificación de la corriente de soldeo y establece las correcciones necesarias a muy alta velocidad. En resumen, la tecnología del inversor en las maquinas de soldadura manual 69 * Rentabilidad: - Movilidad y accesibilidad. - Ahorro en consumo eléctrico. * Calidad: - Excelentes características de soldeo. * Fácil cebado. * Estabilidad del arco. * Fácil control del baño de fusión. -6. PROTECCIONES CONTRA CONTACTOS INDIRECTOS. INTERRUPTORES DIFERENCIALES 6.1. Aplicaciones El interruptor diferencial se emplea como dispositivo de protección contra los contactos indirectos asociados a la puesta a tierra de las masas. En determinadas con diciones, los interruptores diferenciales también proporcionan una protección contra los contactos directos. Es conveniente mencionar que los interruptores diferenciales, en especial los que poseen una sensibilidad muy elevada, son una buena protección contra incendios. 70 6.2. Funcionamiento Consiste en un inte rruptor diferencial, que des conecta la instalación en el caso que exista una corrien te de derivación (corriente de fuga) a tierra debido a un contacto directo, el cual podría ser muy peligroso para el cuerpo humano. RED Para verificar el correc to funcionamiento del inte rruptor, este lleva un botón de prueba que sirve para cerrar un circuito auxiliar interno, que simula una corriente derivada a tierra en la instalación. Pulsando este interrup tor, la instalación se debe desconectar inmediatamen te. Esquema del montaje de una protección diferencial para una instalación de gran potencia RECEPTORES 6.3. Protección del interruptor diferencial El diferencial deberá protegerse contra sobreintensidades de acuerdo con las indicaciones del fabricante. En caso de no conocerse dichas indicaciones, pueden emplearse cortacircuitos (fusibles) de la misma intensidad nominal que la del diferencial, o pequeños interrup tores automáticos con bobina magnética de desconexión, cuya intensidad nominal sea inferior en un 30% aproximadamente a la del diferencial. Existen también interruptores diferenciales que se enchufan a la red, siendo herramientas de tipo portátil; este diferencial se conecta entre la red y la máquina eléctrica a poner en marcha. 7. PUESTA A TIERRA Un sistema de puesta a tierra comprende en general los siguientes elementos: Electrodo.- Es una masa metálica permanentemente en buen contacto con el terreno para facilitar el paso a éste de las corrientes de defecto que puedan presentar se o la carga eléctrica que tenga o pueda tener. Línea de enlace con tierra.- Está formada por los conductores que unen el electrodo o conjunto de electrodos con el punto de puesta a tierra. Punto de puesta a tierra.- Es un punto situado fuera del suelo que sirve de unión entre la línea de enlace con la tierra y la línea principal de la tierra. Las instala ciones que lo precisen dispondrán de un número suficiente de puntos de puesta a tie rra, convenientemente distribuidos, que estarán conectados al mismo electrodo o con junto de electrodos. 71 El punto de puesta a tierra estará constituido por un dispositivo de conexión (regleta, placa, borne etc) que permita la unión entre los conductores de las líneas de enlace y principal de tierra, de forma que éstas puedan separarse mediante útiles apropiados, con el fin de poder realizar la medida de resistencia de tierra. Línea principal de tierra.- Está formada por los conductores que parten del punto de puesta a tierra, y a ella estarán conectadas las derivaciones necesarias para la puesta a tierra de las masas, generalmente a través de los conductores de protec ción. Derivaciones de la línea principal de tierra.- Están constituidas por conduc tores que unirán la línea principal de tierra con los conductores de protección o direc tamente con las masas. Conductores de protección.- Son los que unen eléctricamente las masas de una instalación a ciertos elementos con el fin de asegurar la protección contra los con tactos indirectos. 8. PEQUEÑOS INTERRUPTORES AUTOMATICOS Estos dispositivos, abreviadamente conocidos por PIA, protegen a los conducto res de una instalación contra las sobrecargas y cortocircuitos. Según el número de polos que contienen, los hay: * unipolares. * bipolares. * tripolares. * tetrapolares. Cuando un interruptor abre todos los conductores activos de una instalación, se dice que el corte es omnipolar. En los bipolares existen dos variantes: * Bipolares con un polo protegido y neutro seccionable. * Bipolares con los dos polos protegidos. En los tetrapolares también se dan dos posibilidades: * Tetrapolares con tres polos protegidos y neutro seccionable. * Tetrapolares con los cuatro polos protegidos. Se entiende por polo protegido el polo previsto para cerrar o cortar la corriente y que tiene dispositivos que registran las sobreintensidades, dando lugar a la apertura del interruptor. Se entiende por neutro seccionable el polo cuyos contactos no están preparados para cerrar o cortar la corriente. 72 Capítulo 4 JUNTAS DE SOLDADURA. NORMA UNE Y AWS 1. INTRODUCCION Se llaman juntas de soldadura a la forma en que quedan los bordes de las piezas a unir. Las juntas se preparan para una realización más conveniente de la soldadura y asegurar la eficacia del método a emplear, así como facilitar la completa fusión de los bordes y de la raíz, consiguiendo en la soldadura la continuidad del metal a unir. La elección del tipo de junta más conveniente para realizar una unión dependerá del método de corte a emplear, del procedimiento de soldadura a seguir, del espesor de la unión y de la posición de soldeo. También habrá que prestar una especial aten ción al tipo de carga a soportar, al coste de preparación de la junta y al coste final de la soldadura. 2. TIPOS DE JUNTAS Los tipos de juntas se pueden clasificar de la siguiente forma: - Junta a tope: Cuando colocamos las piezas en el mismo plano y enfrentamos sus bordes. Se puede realizar con o sin preparación de bordes y puede emplearse la soldadura por calentamiento y presión, o por fusión. 73 - Junta a solape: Se realiza montando una pieza sobre otra. Se utiliza en la soldadura a presión o por fusión. - Junta paralela: Podríamos considerarla como un caso específico de la junta a solape. La unión puede realizarse por cualquiera de sus lados. - Junta en T: Se une el canto o borde de una pieza con la superficie de otra formando un ángulo de 90°. Es muy empleada en la realización de refuerzos prefabricados y ner vios de refuerzo. Consiste en unir por sus bordes, dos piezas situadas en el mismo plano de manera perpendicular a una tercera. Podríamos con siderarla como una junta en doble T con sus mismas aplicaciones. 74 - Junta oblicua: Unión del borde de una pieza con la superficie de otra de manera obli cua. Es un caso particu lar de la junta en T. 3. - Junta angular: Es la unión de dos pie zas por sus bordes que pueden formar cual quier ángulo entre sí. Junta múltiple: Se forma cuando uni mos tres o más piezas por sus bordes en la misma junta, formando cualquier ángulo entre éllas. NOMENCLATURA DE LOS CORDONES DE SOLDADURA Los componentes o partes principales de un cordón de soldadura son: A. - Angulo total de la ranura: ángulo total formado por los bordes de las piezas a unir. B. - Angulo de chaflán: es el ángulo que forma el borde de la pieza con la vertical. C. - Cuello real: es el espesor real del cordón medido desde la raíz hasta la superficie exte rior del cordón. D. - Cuello efectivo: es la altura que va a la hipotenusa del triángulo rectángulo forma do por los lados del cordón. E. - Raíz: es la base o parte infe rior del cordón. F. - Separación en la raíz: es la distancia o separación entre los bordes de las piezas. Se le suele llamar "entrehierro". G. - Descuelgue: es un despren dimiento o caída del cordón. Es un defecto que se suele producir en la soldadura en ángulo, en techo y en posi ción vertical. H. - Mordedura: es una entalla producida en los bordes del cordón. Suele ser un defecto peligroso ya que produce fisuras y posteriormente grietas y roturas. I. - Altura total del cordón: máxima dimensión de soldadura. J. - Contornos preferibles: posición óptima que debería ocupar el cordón. 75 NORMA UNE 14009 DE REPRESENTACION SIMBOLICA DE LA SOLDADURA. 4. 4.1. Simbolización. La representación simbólica debe facilitar todas las indicaciones necesarias para la realización de la soldadura que se desea, sin que con ésto haya que sobrecargar el plano o se deba dibujar una vista adicional. Esta representación se realiza mediante un símbolo elemental al que se le puede añadir: - Un símbolo suplementario. - Unas cotas convencionales. - Unas indicaciones complementarias. Existen varias normas de simbolización entre las que podemos destacar la UNE 14-009 y la AWS (American Welding Society). 4.2. Símbolos elementales y símbolos suplementarios. - Símbolos elementales. Representan de forma general el tipo de soldadura a realizar. Los principales símbolos elementales se muestran en el cuadro siguiente: N- Designación 1 Bordes levantados Ilustración SIM N2 Designación 5 en Y 6 Bordes rectos en semi-Y Y II 3 7 en V en U Y V 4 SIM Y A 2 Ilustración 8 en semi-V en semi-U Y V 76 Los símbolos elementales pueden aparecer en combinación unos con otros para señalar una unión compuesta. - Símbolos suplementarios. Se utilizan para definir la forma exterior del cordón. La ausencia de éstos refleja que no es preciso determinarla. Forma de la superficie soldada símbolo — a) Plana b) Convexa O c) Cóncava Cóncavo Tipos de soldadura Plano Convexo Símbolos Ilustraciones v~ en V plana en doble V convexa (en X) en ángulo cóncava & en V plana con repaso plano al dorso 4.3. Posición de los símbolos en los dibu jos. Además del propio símbolo, los elementos de representación incluyen: - Una línea de marca. - - Una línea de referencia. - Un número de cotas y signos convencio nales. 77 1 L ínea de marca 2 Línea de referencia 3 Símbolo 4.3.1. Posición de la línea de marca. Esta posición puede ser cualquiera; pero cuando se trate de soldaduras en SemiV, Semi-V y Semi-U, esta línea se dirigirá hacia la pieza que se va a preparar. La línea de marca presenta las siguien tes características: - Forma un ángulo con la línea de refe rencia a la que está unida. - Termina en una flecha. Esta flecha puede sustituirse por un punto. 4.3.2. Posición de la línea de referencia. La línea de referencia es una línea recta, paralela al borde inferior del dibujo. 4.3.3. Posición del símbolo con relación a la línea de referencia. Se hará de acuerdo con los criterios generales que se establecen en la norma UNE 1032. 4.4. Dimensiones de las soldaduras y su inscripción. - Reglas generales. Como norma, en todos los casos en los que el símbolo de soldadura vaya acompañado de cotas, se indicarán: 1. - las cotas de la sección transversal, a la izquierda del símbolo. 2. - las dimensiones longitudinales, a la derecha del símbolo. - Cotas principales. * Cuando no exista cota a la derecha del símbolo, indicará que la soldadura es continua. * Las soldaduras a tope son de penetración total, a no ser que exista una indi cación contraria. * Para las soldaduras en ángulo, se indica siempre la cota "a" en grados. 4.5. Indicaciones complementarias. - Soldaduras periféricas. Para indicar que la soldadura debe hacerse por todo el contorno de la pieza, se dibuja una circunferencia. - Soldaduras realizadas en obra. Se añade una bandera para indicar que las soldaduras han sido realizadas en obra. - Indicaciones del procedimiento de soldadura El proceso de soldadura se indica mediante un número colocado entre las dos ramas de una horquilla, al final de la línea de referencia. La lista de dichos números, o código numérico de procedimientos de soldadu ra, se encuentra en la norma UNE 14053. - Ejemplos de simbolización UNE. 78 La norma UNE 14.009 define exhaustivamente los tipos de simbolización, por lo que una vez comprendidas las normas generales explicadas en este capítu lo, será necesario consultar la Norma para simbolizaciones especiales o indica ciones y cotas no habituales. 5. NORMA ANSI/AWS A2.4 Se refiere a símbolos para soldadura, soldeo fuerte y ensayos no destructivos. Para que la información de cómo y dónde deben ejecutarse las soldaduras pase del ingeniero que diseña al soldador, fue necesario establecer unos símbolos que se entendieran por todo el personal que trabaja en la industria. Esta Norma de la American Welding Society tiene una gran implantación en la industria, siendo de aplicación en gran parte de los trabajos que realizan las empresas de transformados metálicos, como las de Construcción Naval, Plataformas Off-Shore, Oleoductos, Centrales Térmicas, etc. Ya que es fundamental interpretar correctamente sus indicaciones, se presenta en este texto una traducción de la última edición de esta norma, adaptada a la termi nología española empleada en soldadura, y se han elaborado unos cuadros-resumen de sus principales secciones. 5.1. Simbolización. Los símbolos representados mediante la norma ANSI/AWS A2.4 incluyen: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) La línea de referencia que sirve de soporte del símbolo. La flecha. Los símbolos básicos de preparación de bordes, según la tabla 1. Las dimensiones y otros datos. Símbolos suplementarios. Símbolos de acabado. Cola del símbolo. Especificaciones, procesos u otras referencias. El símbolo no tiene dimensiones y se pondrá de acuerdo a la escala del dibujo. La flecha señalará en el dibujo la línea de la junta a soldar; se recomienda que sea una línea continua (cara vista). En casos especiales la flecha puede indicar a una línea discontinua (cara oculta). 79 Los símbolos de soldadura irán sobre una línea de referencia que conectará con el lado que se indica por medio de una flecha y que sirve de soporte para todas las indicaciones que se necesiten en la unión a soldar, como preparación de bordes, ángulo del chaflán, longitud de la soldadura, dimensiones y otros datos, símbolos suplementarios (como por ejemplo si se debe soldar en obra, todo alrededor, tipo de cordón, etc.), símbolos de acabado que indican el método de acabado pero no el gra do de acabado, como eliminación de sobreespesor por amolado, redondeado, resane ado de cordón de raíz, etc., cola y especificación, procesos u otras referencias. La forma del símbolo, así como la ubicación de todos los elementos que puede llevar, se resumen en el siguiente cuadro: UBICACION DE LOS ELEMENTOS DE UN SIMBOLO DE SOLDADURA SIMBOLO DE TERMINACION ANGULO DEL CHAFLAN O ABOCARDADO SIMBOLO DE CONTORNO EN SOLDADURAS DE TAPON ANCHO DE LA RAIZ,PROFUNDIDAD DE RELLENO PARA SOLD.DE TAPON O RANURA LONGITUD DE LA SOLDADURA / INTERMITENCIA / / TAMAÑO DE BISEL________________ TAMAÑO :TAMAÑO O RESISTENCIA PARA LAS SOI.D. POR RESISTENCIA SIMBOLO DE SOLDADURA EN MONTAJE FLECHA QUE CONECTA LA LINEA DE rIfER. AL LADO A UNIR / / SIMBOLO PAR^ SOLI .DAR TODQ-ÁlREDEDOR ESPECIFICACION DEL PROCESO U OTRA REFERENCIA LINEA DE REFERENCIA (E),(A.C.) I (otra cara) AMBAS CARACARÀ DE LA FLECHA) NUMERO DE PUNTOS,INJERTOS O RESALTOS ENCIAS) SIMBOLOS BASICOS DE SOLDADURA O REFERENCIA DE DETALLES 5.2. Símbolos suplementarios. Son símbolos que se usan junto con los símbolos básicos de soldadura, e indican operaciones a realizar antes o después de soldar, o dan información acerca de cómo realizar la soldadura o de la forma en que quedará el cordón. SIMBOLOS SUPLEMENTARIOS SOLDAR ALREDED SOLDAR EN OBRA FUNDIDO INSERTAR CONSUMIB CONTORNO CON RESPALDO PLANO a— A / / n 1—1 X 80 CONVEXO X CONCAVO 5.3. Tipos de junta e identificación del lado que indica la unión soldada. Las principales juntas son las que se muestran en el cuadro D, en el que se indica asimismo la disposición de los símbolos en cada junta. Por otra parte, éstas pueden adoptar diferentes formas geométricas, además de las señaladas en el cuadro. IDENTIFICACION DEL LADO FLECHA Y DEL LADO OPUESTO DE LA JUNTA JUNTA A TOPE JUNTA EN ESQUINA JUNTA EN T JUNTA A SOLAPE OTRAS JUNTAS JUNTA EN ANGULO EXTERIOR 81 5.4. Símbolos básicos de preparación de bordes. Se dibujarán sobre la línea de referencia. Los principales símbolos de prepara ción de bordes se resumen a continuación. 5.5. Símbolos básicos de soldadura. Se colocarán sobre la línea de referencia del símbolo según las normas, tal y como se indica en el cuadro A, poniendo en la cola del símbolo las especificaciones relativas a los procedimientos. Como ya se ha indicado, la flecha señalará a una línea en el plano que identifique de forma clara la junta de soldadura, y que sea una línea continua (cara vista); ocasionalmente, la flecha puede señalar a una línea discontinua (cara oculta). U) 3 < cu 5 X X / X y J_ ¿ Z r X X XX' Z\ x V DOBLADA BISEL DOBLADO < X / X > < X - < 21. r \ = z X -( > > X > z BISEL z > X X X X > > X \ / / \ X NO TIENE IMPORTANCIA EL LADO AMBOS LADOS / LADO OPUESTO A LA FLECHA LADO CERCANO A LA FLECHA / i UBICACION SIN CHAFLAN X 82 5.6. Símbolos típicos de soldadura. Como ejemplo de simbolización, se presentan a continuación los símbolos de soldadura más usuales, con indicaciones de preparación de chaflán, dimensiones, acabado, procedimientos, ángulos, etc. Las dimensiones de la soldadura en chaflán se especifican en el mismo lado de la línea de referencia que el símbolo de soldadura. Las dimensiones en la soldadura de chaflán doble se especificarán en cada cha flán, pero la apertura de la raíz se indicará una sola vez. Símbolos típicos de soldadura Símbolo de soldadura para toma de raíz / Cualquier símbolo de soldadura aplicable Símbolo de soldadura para recargues Tamaño (altura del recargue) Orientación, situación y otras dimensiones serán indicadas en el dibujo Símbolo de soldadura en ángulo por las dos caras Tamaño del cordón 'Longitud, la omisión (altura) indica que la soldadura está comprendida entre cambios bruscos de dirección Especificación proceso u otra referencia Símbolo de soldadura en ángulo, por las dos caras, intermitente Longitud de las soldaduras Tamaño del cordon (altura) Distancia entre soldaduras (centros) Símbolo de soldadura a tope achaflanado Longitud de las soldaduras Tamaño del cordon (altura) Distancia entre soldaduras (centros) Símbolo de soldadura a tope achaflanado Tamaño (profundidad del chaflán, la omisión indica que la profundidad es igual al espesor de las piezas a unir) Separación de piezas Angulo de chaflán 83 Capítulo 5 OXICORTE 1. PROCEDIMIENTOS DE CORTE 1.1. Introducción. Para los trabajos de transformados metálicos en los que se desea construir una pieza u objeto mediante la unión de sus partes por soldadura, es necesario auxiliar se de técnicas y métodos de corte de metales para realizar las siguientes funcio nes: a) Cortar las partes a unir con sus dimensiones adecuadas, a partir de las planchas que sirven las acerías. b) Preparar los bordes de esas partes para que se puedan soldar. La preparación de bordes es necesaria cuando los metales a unir tienen un espe sor mayor del que puede fundir el arco ó llama del procedimiento de soldadura que vayamos a emplear. En ese caso se achaflanan ó preparan las juntas al objeto de que tengamos un acceso fácil para fundir adecuadamente todo el espesor. Los métodos de corte se pueden clasificar en procedimientos de tipo térmico y de tipo mecánico. 1.2. Procedimientos de corte de tipo térmico. Los principales son los siguientes: * Oxicorte.Es usado para aceros sin alear o débilmente aleados, ya que para aceros inoxi dables o fuertemente aleados no es válido. El corte del metal se produce, llevando éste a una temperatura de calentamien to superior a la de ignición e inferior a la de fusión, y aplicándo entonces un dardo de oxigeno puro. Este proceso se usa para espesores de chapas comprendidas entre 0,8 y 250 mm. 85 * Láser.- * Plasma.Es útil en aquellos metales catalogados como conductores de la electricidad, como aceros sin alear o aleados con espesores comprendidos entre / y 150 mm, en cobre cuyo espesor sea de 0,8 a 50 mm, y en alu minio desde 0,8 a 20 mm. 86 Es usado tanto en aceros aleados como sin alear con un espesor de hasta 12,5 mm, en aluminio de hasta 12,5 mm y en aleaciones de titanio de hasta 25 mm de espe sor. 1.3. Procedimientos de corte de tipo mecánico. Se pueden distinguir los siguientes: * Corte con cizalla.Básicamente es una máquina con dos cu chillas, una fija y otra móvil, que actúan so bre la plancha a cortar. Es un sistema rápido y económico, emplea do para bordes rectos, de poco espesor y en piezas que puedan entrar en la cizalla. Es capaz de cortar planchas de hasta 35 mm. de espesor. * Corte con fresadora.La fresadora es una máquina capaz de cortar ó preparar los bordes de plan chas de acero, mediante el movimiento de rotación de un vástago con una cuchilla adosada que va arrancando viruta de la superficie de la pieza. Da un corte preciso pero es lento y caro. * Corte con sierra.Es otro procedimiento de corte mecánico con arranque de viruta. Sin duda alguna es el proceso más antiguo utilizado: se caracteriza por el conti nuo roce de los dientes de la sierra sobre la superficie a cortar, produciendo así una ranura. Dentro de este proceso podemos catalogar las sierras en tres tipos: - Sierra alternativa. - Sierra de disco. - Sierra de cinta. La sierra alternativa se usa para corte de perfiles y piezas longitudinales en los que sea importante la precisión en las dimensiones, mientras que las sierras de disco y de cinta se usan para piezas de poco espesor. * Desbarbadora ó rotaflex.Se trata de una maquina portátil, con un motor eléctrico o con aire comprimido que hace girar un disco de material abrasivo a gran velocidad, realizando el corte; tam bién se usan discos de mayor espesor para rebajar los cantos y preparar chaflanes. 2. FUNDAMENTOS DEL OXICORTE. El oxicorte está basado en el experimen to de Lavoisier consistente en lo siguiente: Si cogemos una varilla de hierro, le apli camos calor hasta un punto cercano al de fusión (en torno a los 900® ó 1000® C), y la introducimos en una atmósfera de oxígeno puro, se origina una reacción exotérmica de oxidación muy violenta en la que se produce la ignición del metal que proseguirá hasta su total consumo. 87 Llamaremos oxicorte a la acción de cortar un metal mediante la proyección de un chorro de oxí geno puro sobre la superficie previamente calenta da, con un soplete que está alimentado por un gas combustible (generalmente acetileno o propano) y un gas comburente, que intensifica la combustión (oxígeno) y el oxígeno de corte. Durante el proceso de corte veremos que los óxidos forman una escoria fundida que estará en estado líquido por la acción de la temperatura. La escoria deberá desalojarse con facilidad de la sección cortada por la presión del oxígeno de corte sobre ella. 3. CONDICIONES PARA QUE SE PUEDA LLEVAR A CABO EL OXICORTE. Para que pueda ser oxicortado, un metal debe poseer las siguientes característi cas: a) Cuando el metal haya sido calentado, deberá inflamarse en presencia de oxí geno puro. La escoria producida en esta inflamación deberá ser proyectada por la presión del chorro de oxígeno a través de la hendidura formada por el corte. b) La temperatura a la que se produce la inflamación del metal será menor que el punto de fusión del mismo, ya que de lo contrario no se podrá eliminar en forma de escoria fundida. c) Los productos de la combustión no serán gaseosos en una proporción apre ciable, con la finalidad de que no se produzca la contaminación del oxígeno de corte. d) El calor desarrollado en dicha combustión debe ser lo más elevado posible para que alimente el proceso de combustión con la única aportación del oxí geno. e) El metal no poseerá un coeficiente de conductibilidad térmica elevado; de esta forma se podrá concentrar el calor suficiente en el punto de corte antes de que se difunda por la pieza. 4. APLICACIONES Y LIMITACIONES DEL OXICORTE. La aplicación del oxicorte vendrá determinada por las características anteriores, de donde podemos deducir los materiales sobre los que se puede llevar a cabo este proceso. Estos materiales son el hierro dulce y los aceros de baja aleación. En las acerías se emplea el llamado proceso de soplado con oxígeno, con el fin de reducir el contenido de carbono en el acero; este proceso consiste en inyectar oxí geno al acero en su estado de fundición para que reaccione con el carbono y éste desaparezca en forma gaseosa. 88 El aluminio tiene el inconveniente de que la alúmina (óxido de aluminio) tiene un punto de fusión más elevado que el del propio aluminio, por lo que estaremos fun diendo el aluminio en el precalentamiento antes de llevar la alumina a un punto cerca no al de fusión, necesario para la aplicación del dardo de oxígeno de corte. En el caso del cobre, que posee un coeficiente de cunductibilidad térmica muy elevado, será imposible concentrar el calor de la llama de calentamiento. En la construcción no se presenta el hierro en estado puro para su utilización, sino que lo encontraremos formando aleación con otros elementos, de los cuales veremos su repercusiones con el oxicorte según sea su concentración. 5. INFLUENCIA DE LOS COMPONENTES DEL ACERO EN EL OXICORTE. * Carbono.En aceros cuyo contenido de carbono es menor del 0,3 % se corta sin dificultad, necesitando para proporciones mayores un precalentamiento. * Manganeso.No tiene ninguna repercusión, puesto que se puede cortar con más facilidad que el propio acero. * Silicio.Sólo creará dificultad en el corte si su contenido es excesivo, disminuyendo la velocidad de corte. * Cromo.Si su contenido no supera el 5% se podrá cortar sin dificultad, pero a medida que aumenta su contenido el corte se hace más difícil. Cuando deseemos cortar aceros al cromo tendremos que disponer de una lla ma carburante. * Níquel.Se cortarán aceros de hasta un 3 % de níquel sin dificultad. * Molibdeno.Estamos en el mismo caso del cromo, se cortará sin excesivos problemas mien tras que no supere el 5%. * Wolframio.Sólo será posible el corte si su contenido no supera en ningún caso el 10 %. * Cobre.Sabemos que el cobre en su estado puro no se puede cortar por este procedi miento, pero si su contenido en el acero no supera el 2 % se podrá emplear el oxicorte. * Aluminio.Ocurre lo mismo que con el cobre en su estado puro, pero podremos tolerar hasta un 10 % en el acero. * Fósforo y azufre.Debido a que su contenido en los aceros es pequeño, no afecta al oxicorte. * Vanadio.A diferencia de los anteriores, el vanadio en pequeñas cantidades facilita el oxi corte. 89 6. GASES EMPLEADOS EN EL OXICORTE. Como gas de corte se emplea el oxígeno que también ayuda a la combustión de la llama de calentamiento aumentando el poder calorífico de los gases combustibles, y como gases combustibles se emplean el acetileno, propano, butano, ¡sobutano, bio gas, etc; siendo los más usados el acetileno y el propano. ¡Esquema de secuencias Filtro de aire Compresor con enfriador intermedio Refrigerador Tamiz molecular Intercambiador de calor 6 Maquina de expan sión y válvula de expansión 7 1 Columna rectificadora N2 72 Columna rectificadora O2 7 3 Columna para argón crudo 7 4 Columna para argón puro Enfria- Purifica Obtención de gases a partir del aire. En el capítulo de soldadura oxiacetilénica se describe con mayor exactitud lo concerniente al oxígeno y al acetileno, por lo que únicamente nos limitaremos a comentar la influencia que tiene la pureza del oxígeno en el oxicorte y la descripción del propano. Según veremos a continuación, la pureza del oxígeno influye directamente en la velocidad del corte, disminuyendo a medida que el contenido de impurezas aumenta. Las botellas de oxígeno comerciales tienen un contenido del 95,5 % de pureza. Si observamos de cerca el proceso de oxicorte comprobaremos que el oxígeno, cuando sale del soplete, se pone en contacto con los gases de combustión de la llama, produciéndose así la contaminación del oxígeno, o al menos de la capa exterior de éste. A ello habrá que sumarle el oxígeno quemado en la combustión, con lo que pasaremos a engrosar la capa de impurezas del chorro de oxígeno. Ello provocará una disminución de la velocidad del corte, y dado que en la parte superior del corte habrá una cantidad de impurezas distinta a la inferior, se producirá un desfase en el corte. 7. PROPANO. El propano es un gas que se obtiene por destilación del petróleo. Es inflamable, inodoro e incoloro y tiene un elevado grado de explosión. Comercialmente se puede obtener en estado líquido, pudiendo ser almacenado en botellas a baja presión y en la siguiente proporción: Propano.............................................................................................. 93 % Butano............................................................................................... 6,2 % Isobutano........................................................................................... 0,5 % Etano.................................................................................................. 0,3 % 90 Su poder calorífico es aproximadamente 22350 Kcal/m. Aunque su velocidad de combustión es lenta la llama alcanza una temperatura de 2800a C en una atmósfera rica en oxígeno. Otro factor por el que en los últimos años ha proliferado más su utilización en el oxicorte, es porque en este procedimiento de corte no es necesario usar una llama reductora. 8. COMPARACIONES ENTRE EL PROPANO Y EL ACETILENO. Combustible Densidad relativa Límite de explosividad Temperatura de la llama Hidrógeno 0,069 4,1 % - 75 % 2150eC Acetileno 0,91 2,5 % - 82 % 3100aC Propano 1,25 2,3 % - 9,5 % 2780aC Como se ve en esta tabla el gas que proporciona mayor poder calorífico es el acetileno seguido del propano, por lo que su utilización será también función de la velocidad de corte que necesitemos. El acetileno es un combustible bastante más peligroso que el propano debido a sus límites de explosividad y densidad. Este gas tiene la gran cualidad de podernos proporcionar llamas tanto reductoras, u oxidantes como carburantes, siendo la más beneficiosa para la soldadura el tipo de llama reductora. En el caso del oxicorte no es necesario disponer de una llama reductora, por lo que el uso del propano ó el acetileno viene marcado por su diferencia de precio entre otras características. El coste del propano viene determinado por el precio del petróleo por ser un deri vado de éste, y su utilización está determinada por la presencia o no de yacimientos de petróleo en el país. La utilización del acetileno vendrá marcada por la peligrosidad de su límite de explosividad frente a su mayor velocidad de corte. Cuando utilicemos el oxicorte en lugares cerrados tendremos en cuenta que por ser el propano más pesado que el aire tenderá a acumularse en las partes más bajas del local, mientras que el acetileno se acumula en los techos, y es por tanto necesaria una ventilación que haga circular el aire de abajo hacia arriba, procurando que no queden bolsas de gas en lugares no ventilados. 9. PARAMETROS A ESTABLECER Y DEFECTOS QUE SE PRODUCEN EN EL OXICORTE. Muchos son los parámetros que intervienen en el oxicorte. Dichos factores afec tan directamente al tiempo de cortado o a la calidad del corte. A continuación enume raremos algunos de ellos. 91 a) Condiciones físicas del material a cortar. * Elementos que componen el material a cortar. * Oxidos y escorias que presente la superficie a cortar. * Pintura de imprimación. b) Parámetros del gas. * Tipo de gas combustible empleado en el oxicorte. * Pureza del oxígeno de corte. * Presión del oxígeno de corte. c) Parámetros operatorios. * Distancia de la boquilla a la pieza. * Velocidad de corte. * Tipos de boquillas que posea el equipo. * Limpieza y mantenimiento de la boquilla y el equipo. * Posicionamiento del soplete. A continuación veremos la repercusión que tienen sobre el oxicorte los distintos apartados descritos. - Elementos que componen el material a cortar. Ya hemos visto en el apartado de "Aplicaciones y limitaciones del oxicorte" la proporción máxima que se puede tolerar de los elementos incluidos en el ace ro. - Oxidos y escorias que posea la superficie a cortar. Para que se pueda producir el oxicorte tendremos que limpiar la superficie a cortar de óxidos y escorias siempre que estos sean excesivos; en el caso de for mar una capa delgada, bastará con calentar la superficie hasta que no supon gan un inconveniente. - Pintura de imprimación. Una película gruesa de pintura impedirá el inicio o el normal desarrollo del pro ceso de corte. - Tipo de gas combustible empleado en el oxicorte. Fundamentalmente se emplean el acetileno y el propano, pudiéndose conse guir una llama de mayor poder calorífico con el acetileno, lo cual repercutirá en el tiempo de calentamiento y en la velocidad de corte. - Pureza del oxígeno de corte. Según hemos dicho, podremos aumentar la velocidad del oxicorte a medida que reduzcamos la concentración de impurezas en el oxígeno de corte. La pureza del oxígeno de corte afecta a la productividad y a la calidad del corte. Cuando el contenido de impurezas en el oxígeno de corte es tan sólo del 0,4 % produce una disminución en la velocidad de corte de hasta el 15 %. El oxígeno de corte se puede contaminar por varias razones: * Debido al mal estado o a la suciedad de la boquilla. * Por la formación de CO al reaccionar el oxígeno de corte con el carbono del material que se esté cortando. * Por estar en contacto el oxígeno de corte con los gases que lo rodean. - Presión del oxígeno de corte. Ello influirá en la penetración del corte, es decir, si por alguna circunstancia el oxígeno de corte lleva una presión demasiado baja, nos encontraremos con la imposibilidad de cortar el material en una sola pasada por falta de penetración. Pero si por el contrario lleva una presión excesiva, nos encontraremos con un corte demasiado ancho y con rebabas por la cara posterior del material, con el 92 consiguiente aumento de trabajo, ya que tendremos que reparar las juntas antes de soldar. - Distancia de la boquilla a la pieza. En el caso de ser mayor que la requerida, tendremos un menor calentamiento de la zona y por consiguiente una falta de penetración. Pero si por el contrario la distancia es mínima, obtendremos un calentamiento mayor que el deseado, con lo que estaremos fundiendo la superficie del mate rial antes de lanzar el chorro de oxígeno. - Velocidad del corte. En el supuesto de que se realice con una velocidad mayor o menor a la aconse jada estaremos provocando serios defectos en las juntas, tanto por la forma ción de rebabas o estrías como por la falta de penetración, y por consiguiente estaremos obligados a volver a tratar las juntas antes de su soldeo. Otro defecto acusado por la excesiva velocidad de corte es el desfase existente entre el corte de la superficie superior y la inferior. En las siguientes figuras se muestra un corte correctamente realizado en el cual las estrías son verticales y poco profundas. —1 O CJ CU •o > Llama 4 i o je Boquil wr <U 8 CC — 3 2 1 <u cu 3 re O Cu re .re re ■o Te X) sre iO en CU re x: o o TJ en <U 3 O V / 7 ce s Defectos de corte > > > Q 1 Borde superior derretido 2 Gotas de fusión en el borde superior 3 Borde superior cortado con escoria 4 Borde inferior redondeado Corte desparejo 5 Anchura se reduce en la parte inferior del cori u 6 Anchura aumenta en la parte inferior del corle. 7 Corte en el borde superior 8 Corte en el borde inferior 9 Superficie de corte arqueada 10 Superficie de corte ondulada Heridas de corte 11 Heridas de corte aisladas 12 Superficie continua con heridas de corte 13 Heridas de corte en la parte inferior del corte 14 Escoria que se adhiere al borde inferior del corte Escoria Ranuras de corte Ranuras demasiado grandes (profundas) Ranuras con profundidad desigual Corte incompleto Gran deslizamiento, ningún corte El rayo deja de cortar ■ Defectos en el borde <u 5 en 3 z <u -c re T3 re •3 re re T3 ’re> a re c re 3 O U en £ £ re o» bfl "O je je je '3 ’5 ’5 cc O o o o O CQ CQ CQ s • • • ■ • • • • • • • *3 Q O -3 3 <U O en ■u re O Oí □ □□ □ • • • ■ • • • • TJ .2 re £ -o .2 en re re (U 13 O 3 <U b0 • CZJ <u cu 3 <U .2 £ £ 3 en .52 ’3 ■-3 ■u 3 3 C/) -Q ■ ■ ■ ■■ • ■ Motivo más probable 93 £ <D 3 O o je □ □ □ • ■ ■■ □□ □■ ■□ □□ ■□ □□ ■ ■ □■ ■ □□ <u asiado gr asiado pe ima demas iado fuer ima demas iado débi 12 1 1M ■ 1 ce 3 top ó imasiada di stancia a jy poca dis 11 "O ce 32 ‘G o 're i 1 o ■■ ■I I locidad deimasiado alta locidad deimasiado l 1 3 1 9 o J 3 je 3 esión de oxígeno dei esión de ox superficie 6 plancha tiene oclus re 5 8 re 'x • • □□ • on ■• • • ■ • • ■ ■ ■ • • • También un motivo - Tipos de boquillas que se usan en el equipo de oxicorte. Según el tipo de boquilla que usemos podremos conseguir una mayor veloci dad de corte. La finalidad que los diferentes tipos de boquilla persiguen es de conseguir que el chorro de oxígeno llegue a la superficie del material a cortar con la mayor pureza posible. Para ello se emplean diferentes formas de boquillas, como por ejemplo: * Boquilla convencional, (a) * Boquilla de cortina de oxígeno, (c) * Boquilla de canal cilindrico. * Boquilla de canal expansivo, (b) - Limpieza y mantenimiento de la boquilla y del equipo. Es imprescindible que la boquilla del soplete esté total mente limpia para impedir contaminaciones o posibles obstrucciones tanto del oxíge no como del gas combustible. Por otro lado, habrá que ase gurarse que en las mangue ras, válvulas y botellas no hay pérdidas. 10. SOPLETE DE CORTE. El soplete de corte está forma do por un mango anatómico, una boquilla, llaves para la admisión de oxígeno y gas de calentamiento, así como una palanca a modo de gatillo para el disparo del dardo de oxígeno. A la entrada del soplete se disponen dos conductos donde se acoplan las mangueras tanto de oxígeno como de gas de combus tión. A partir de estos conductos 94 se ramifican tres tuberías, dos de las cuales mezclan el oxígeno y el gas de calenta miento en las proporciones deseadas mediante sus respectivas llaves, y una tercera tubería que sólo conducirá el oxígeno de corte. Equipo se haya montado el equipo. Válvula antirretorno para oxígeno._ Válvula antirretorno para acetileno. Oxygeno Rosca a la derecha Rosca a la izquierda Manguera roja Dispositivo de corte Manguera azul Rosca a la derecha (Oxígeno) Boquilla de corte Mango de soplete con válvulas Junta Rosca a la izquierda (Acetileno). La boquilla está mecanizada de tal forma que el oxígeno y el gas de calentamien to envuelvan a su salida el chorro de oxígeno de corte que será disparado mediante el accionamiento del gatillo. Existe otro tipo de boquilla en la cual además de suceder lo anterior, el oxígeno de corte es rodeado por una película de oxígeno cuya finalidad es la de asegurar la pureza de éste hasta la superficie del material. Con este último diseño de boquilla se consigue un aumento de la velocidad de corte. En general las boquillas están diseñadas con el objeto de conseguir que el fluido de gas, a su salida, sea laminar en vez de turbulento; en el caso de que el fluido de gas fuese turbulento, se disminuiría el rendimiento hasta en un 40 %. 11. BOQUILLA CON PANTALLA DE OXIGENO. Según hemos comentado con anterioridad, el aumento de la velocidad de corte está directamente relacionado con la pureza del oxígeno de corte; este tipo de boquilla se basa en ello. La boquilla con pantalla de oxígeno está diseñada de tal forma que se obtiene una cortina de oxígeno que envuelve al de corte, protegiéndolo de todas aquellas impurezas que se desprenden en la combustión de los gases de calentamiento y el nitrógeno de la atmósfera. El desarrollo de esta boquilla ha proporcionado la ventaja de aumentar la veloci dad de corte hasta 500 mm/min en espesores de 10 mm, de ahí que se pueda conocer por boquilla de alta velocidad; sin embargo, en un principio también se obtuvieron algunas desventajas tales como: 95 * * * * Dificultad de corte en bisel. Sangrías más amplias. Sobrecalentamientos de la boquilla durante el calentamiento y la perforación. Mayor consumo de oxígeno. Hoy en día estas desventajas han sido eliminadas en su mayor parte. La boquilla con pantalla de oxígeno necesita de un sistema de refrigeración propio, por estar expuesta a sobrecalentamientos. Ello se lleva a cabo mediante una válvula de refrigeración incorporada al soplete, cuya misión es la de aumentar el caudal de oxígeno de corte de 20 a 30 litros/hora, durante el calentamiento. La boquilla con pantalla de oxígeno amplía la gama de corte de 3 a 70 mm. La cortina de oxígeno actúa sobre la superficie del corte dándo le mayor calidad y obteniéndose una superficie más pulimentada. 12. METODOS OPERATO RIOS DEL OXICORTE. La forma de realizar el oxicorte será la siguiente: * Comprobar que los tornillos de ajuste del manorreductor están flojos para evitar que la presión de la botella pase al manorreductor de baja. *Abrir las válvulas de las botellas, sólo media vuelta. * Colocar la presión de traba jo del oxígeno y el acetile no según indican las tablas. * Abrir la válvula de oxígeno y Boquillas convencional y con pantalla de oxigeno regular un chorro débil de gas. * Abrir a la mitad la válvula del acetileno. * Encender la llama. * Regular la llama desde una carburante hasta la llama neutra. Las operaciones de corte se realizarán según se indica en las figuras: Comenzando por el borde de la chapa 96 * Como se muestra en la figura, se coloca el penacho de la llama en el punto de partida de la chapa con el objeto de realizar el precalentamiento. * Se mantiene la llama a 3 ó 4 mm del borde de la chapa hasta que llegue el material al rojo claro. * Se retira un poco la llama del borde de la chapa. * Se dispara el dardo de oxígeno de corte. * Se mueve el soplete con la velocidad que se especifica en tablas según el espe sor en movimiento de avance, en posición vertical; en caso de que avanzára mos con demasiada velocidad, podríamos interrumpir el corte. En el caso de ser una perforación, las operaciones de corte se ejecutan según las figuras siguientes: Perforación k. : :6-8mm • Precaliente * * * * Î 112 16mm 1 \ • Levante el soplete 1 JIrW • Abra la válvula de oxígeno de corte 1 6mm T77^ • Baje el soplete Primero se somete la pieza de metal a un precalentamiento. Se retira un poco el soplete antes de lanzar el dardo de oxígeno. Se proyecta el oxígeno de corte. Se baja el soplete con el fin de realizar la perforación. Se termina el proceso tanto de corte como de perforación como sigue: * * * * * * Se purga el soplete con el chorro de oxígeno por sí queda llama dentro. Se cierran las válvulas de oxígeno. Se cierran las válvulas de las botellas. Se saca el gas del equipo abriendo las válvulas del soplete. Se aflojan las válvulas de los manorreductores. Y por último se cierran las botellas. 13. MAQUINAS EMPLEADAS EN EL OXICORTE. Dentro del oxicorte es posible encontrar diferentes tipos de máquinas entre las cuales destacan las siguientes: a) Máquinas de oxicorte portátil autopropulsadas. b) Máquinas estacionarias. c) Máquinas estacionarias por coordenadas. d) Máquinas estacionarias con motores coordenados. e) Máquina de oxicorte tipo pórtico. f) Máquinas de tipo pórtico con control numérico. 97 a) Son máquinas de oxicorte portátiles muy útiles para realizar cortes tanto curvos como rectos. Se mueven sobre un sopor te de guías de aluminio desarrollando una veloci dad de corte que oscila entre 75 y 1000 mm/min. Se les puede incorporar un máximo de dos sopletes y permiten oxicortar plan chas de hasta 150 mm de espesor. Maquina de oxicorte portátil autopropulsada. b) Este tipo de máquina tiene incorporado el sistema de control numérico, resultan do muy práctica para talleres pequeños tanto por su fácil manejo como por su tamaño. Las máquinas estaciona rias constan de carros por ta sopletes con encendido eléctrico y control de altura automático. La velocidad de corte que es capaz de suministrar gira en torno a los 3000 m/seg. Como en el caso anterior, admite un máximo de dos sopletes de corte pudiendo emplearse en un margen de espesores que varía Máquina estacionaria. entre 3 y 200 mm. c) Las máquinas de corte estacionarias por coordenadas basa su funcionamiento en la lectura que realiza un copiador sobre el plano de la pieza a cortar; dicha lectura la lleva a cabo por medio de una célula foto-eléctrica, la cual será capaz de leer una línea cuyo espesor mínimo sea de 0,5 mm. Se le pueden incorporar hasta cuatro sopletes como máximo, pudiendo alcan- Maquina estacionaria por coordenadas. 98 3000 mm/min, lo que hace tanto este modelo como el anterior idóneos para corte con plasma. Pueden realizar cortes en planchas con espesores que varíen entre 3 y 200 mm. d) Las máquinas de oxicorte estacionarias con motores coordinados basan su funcionamiento en la lectura que realiza un copiador, igual que ocurre en el tipo anterior de oxicorte, cubriendo sus mismas especificaciones. e) Las máquinas de oxicorte tipo pórtico en las que se emplea control numérico son muy útiles para equiparlas con corte con plasma siempre que sean espe sores finos. Estas máquinas desarrollan una velocidad de corte de hasta 12000 mm/min en espesores de 3 a 200 mm. 99 f) Las máquinas de tipo pórtico de control numérico pueden realizar cortes de hasta 12000 mm/min pudiéndose llevar a cabo cortes con plasma en espeso res finos. En este tipo de máquina para oxicorte podremos colocar accesorios que per mitan la preparación de bordes, marcado, equipo de taladrado y estampado. □=t) —«=3> w W 211 1 0.6 05 2 0.6 07 3 0.7 1 0 4 0.7 1 5 5 07 2.0 HA mm 1 3 3 8 8 20 20 50 50 100 inch 3/64 1/8 1/8 5/16 5/16 3/4 3/4 2 2 4 9 © Oxygen psi 1.5 20 1.5 20 1.5 20 2.0 30 3.0 40 4.0 55 3.0 40 4.0 55 3.0 40 6.5 95 mW bar Aceb/lene bar psi 0.2 0.8 2.9 12 mm/ min 1200 600 600 500 500 320 320 200 200 150 inch/ min 48 24 24 20 20 12 12 8 8 6 Tablas de boquillas, espesores, velocidad de corte y consumo respecto al espesor. 100 í--------------------------------------------------------------------------------------------------------CONDICIONES OPERATORIAS DE CORTE DE PLANCHA DE 3 a 20 mm. i Especificaciones: Oxicorte manual en espesores de 3 Posición de la pieza a 20 milímetros Material a cortar Chapa de a/c de 3-8 y 20 mm. de espesor Pasadas de corte Gases necesa Oxígeno y acetileno rios V Posición de la Horizontal chapa tj Espesor en milímetros 3 8 20 Presión de oxígeno kg/cm2.................. 3 4 6 . Altura de boquilla.................. 0,4 . 0,3 Presión de acetileno.............................. ", . 0,5 De 4 a 6 mm. '■ Perpendicular Posición de corte.................................. Espesores de chapa Boquillas................................... 3 mm. 8 mm. 20 mm. Interior...................................... 1 1 2 Exterior .................................... 1 1 2 OBSERVACIONES: X______________________________________________________________ / Ejemplo de modelo de impreso para trabajos de oxicorte. 101 FORMA CORRECTA DE REALIZAR UN CORTE La escoria debe caer desde la parte inferior del corte. Si no ocurre así debe avanzarse el soplete más lentamente. Corte correctamente realizado Los bordes del corte son bien definidos y la superficie de corte pareja. Las estrías de corte son verticales y no muy profundas. Corte incorrectamente realizado La llama de calentamiento ha sido demasiado grande. La parte superior del corte se funde y queda adherida mucha escoria en la parte inferior. Corte incorrectamente realizado Se ha usado demasiada presión de oxígeno de corte. El corte es desparejo y con mucha escoria. Corte incorrectamente realizado Se ha cortado demasiado rápido. Las estrías de corte son fuertemente curvadas hacia atrás y son desparejas. 102 Capítulo 6 CORTE POR PLASMA 1. INTRODUCCION HISTORICA El corte por plasma se usó por primera vez en torno a los años 70. Este método de corte fue utilizado para cortar piezas de aluminio y acero inoxidable. Aunque el corte por plasma podría haberse usado para el corte de acero suave, no resultaba rentable debido a las siguientes causas: * La no existencia de máquinas capaces de propor cionar velocidades competitivas en el corte por plasma. * La calidad de corte que se obtenía era relativamen te baja. * Su equipamiento no reunía buenas condiciones de seguridad. Como consecuencia de estas limitaciones, el corte por plasma no se desarrolló hasta que se introdujo el cor te con plasma e inyección de agua. Este tipo de corte por plasma inyecta agua alrededor del arco, obteniendo una mayor calidad de corte en casi todos los metales, incluso en acero suave. 103 2. APLICACIONES Por este procedimiento de corte pueden ser cortados todos los metales conduc tores de la electricidad, entre los que podemos destacar los siguientes: Aleaciones altas de aceros cromo-níquel, aceros al carbono, aceros inoxidables, metales no férricos, como aluminio y sus aleaciones, latón, cobre e hierro fundido. A la hora de aplicar el corte con plasma en superficies bañadas con cadmio, beri lio, berilio-cobre o con capas galvánicas sólo se realizará con una mascarilla protecto ra especial para filtrar los gases tóxicos y humos que se desprenden en el proceso de corte así como los metales que se volatilizan. En el caso de que el corte se realice en cobre o hierro fundido, bastará con la utilización de una masca rilla protectora, que cubra la boca y la nariz siempre que exista una ventilación de aire permanente. Gas ionizado por la acción del campo eléctrico 3.- La energía térmica debida a la recombinación, y la cinética debida al estrangulamiento, funden y expulsan el material fuera de la sangría. átomo de gas sin ionizar ionización (por absorción de energía eléctrica) recombinación (desprende energía calorífica) Figura 1 : FUNDAMENTO DEL CORTE POR PLASMA 104 FUNDAMENTOS El procedimiento de corte por plasma está basa do en la ionización de un gas y su recombinación, mediante un arco eléctrico, que salta en el interior de la pistola portaelectrodos, y se le estrangula obligán dole a pasar por una sec ción muy pequeña. El corte por plasma se produce por fusión debido a la altísima tem peratura que se produce en el seno del plasma fun diendo el metal e incluso volatilizándolo. Para la ionización del fluido plasmógeno tendre mos que llevar a cabo la disociación de átomos; ello se realiza haciendo saltar una chispa eléctrica entre el electrodo y la superficie interior de la boquilla, por medio de un cabezal de alta frecuencia cuya misión es iniciar el proceso. Para que el gas plasmógeno, una vez ionizado, pueda ser transferido a la pieza, es necesario que ésta lleve la misma polaridad que la boquilla, haciendo que el arco eléctrico salte del electrodo a la boquilla o del electrodo a la pieza mediante el basculamiento automático de un contacto. 4. EQUIPO DE CORTE POR PLASMA Podemos decir que básicamente el equipo para corte por plasma está formado por los siguientes elementos: * Una fuente de energía. * El distribuidor de gas. * Un generador de alta frecuencia. * El portaelectrodos. Fuente de energía. En la mayoría de los casos está formada por un transformador-rectificador tri fásico. Dicho transformador deberá tener una tensión en vacío lo suficientemente ele vada como para conseguir la ionización del gas plasmóge no; dicha tensión de vacío varía entre los 100 v. y los 400 v. Transformador rectificador Figura 2: EQUIPO DE CORTE POR PLASMA Distribuidor de gas. Está compuesto por botellas de gas plasmógeno o un equipo de aire comprimido, y es capaz de mezclar el gas en las proporciones deseadas. Generador de alta frecuencia. Sirve básicamente para la ionización parcial del gas plasmógeno que se encuentra entre el electrodo y la boquilla y para iniciar el arco eléc trico en el interior de la pistola portaelectrodos. 105 Portaelectrodos. 1.- Electrodo, 2.- Muelle, 3.- Aislane cerámico, 4.-Boquilla, 5.- Protección térmica. Básicamente pode mos decir que el portae lectrodos está formado por una empuñadura y una pieza cilindrica ado sada a su extremo, en cuyo interior se aloja el electrodo que puede ser refrigerado por una corriente de agua. En esta cámara cilindrica o buza se pro duce el fluido plasmáti co: por medio de un orificio se consigue concentrar tanto el chorro de plasma como su temperatura en un reducido espacio de la pieza a cortar. Los electrodos pueden estar formados por los siguientes materiales, dependiendo del tipo de gas que se utilice: * Tungsteno. * Hafnio. * Zirconio. 5 GAS. En la siguiente tabla podremos ver el punto de fusión del electrodo en relación con el tipo de gas y el material que lo compone. Electrodo. Punto de fusión. Tungsteno. 3.370 aC. Hafnio 2.150 aC Oxido de Hafnio 2.530 aC Nitruro de Hafnio 3.310 aC Zirconio. 1.868 aC Oxido de Zirconio. 2.700 aC Nitruro de Zirc. 2.950 aC Argón. Argón + Hidrógeno Nitrógeno. Nitrógeno+Hidróg. Argón + Nitrógeno Aire. Oxígeno. 106 5. FLUIDOS PLASMOGENOS Podemos destacar los siguientes fluidos plasmógenos como los más utilizados para el corte por plasma: * Argón. * Hidrógeno. * Nitrógeno. * Agua. * Aire. Estos fluidos se podrán utilizar de acuerdo con su rentabilidad que depende de las siguientes características: - Poder calorífico. - Conductividad térmica. - Conductividad eléctrica. - Potencial de ionización y disociación. - Masa molécular. - Reactividad química. ARGON. Este gas tiene un débil potencial de ionización siendo suficiente para que se lleve a cabo el cebado y mantener el arco auxiliar previo al corte. El argón posee bajo poder calorífico y conductividad térmica y ello hace que este gas sea poco utilizado para el corte por plasma, aunque es necesario resaltar que su elevada masa molécular hace aumentar su energía cinética al mezclarse con otros gases. HIDROGENO. El hidrógeno tiene un poder calorífico elevado y una excelente conductividad tanto térmica como eléctrica. Ello da lugar a un fluido plasmógeno de buena calidad, que produce una transferencia de energía rápida cuando se mezcla con gases de alta masa molécular como Argón o Nitrógeno. Debido a que el hidrógeno es un reductor químico, actúa en las superficies corta das impidiendo la formación de óxidos y presentando superficies de corte limpias. NITROGENO. Este gas es usado en el corte por plasma, ya que posee un elevado poder calorífi co y alta masa molécular. Las superficies de corte se presentan limpias de óxidos y escorias. AGUA. Como todos sabemos el agua es una combinación de oxígeno e hidrógeno. La utilización del agua como fluido plasmógeno, viene determinada por la nece sidad de aumentar la energía cinética del plasma practicando un estrangulamiento en la boquilla. Al usar agua aseguramos la refrigeración de la boquilla. Como ionizamos parcial mente tanto el oxígeno como el hidrógeno para que posteriormente se recombinen en 107 la sangría, producimos un aumento del rendimiento lo cual proporciona una mayor velocidad de corte. AIRE. El aire esta formado por una mezcla del 79 % de Nitrógeno y el 21 % de Oxígeno. Dado que estos dos gases tienen un poder calorífico similar, si los mezclamos podre mos obtener un concentrado de gran poder energético. Aunque el aire es el fluido plasmógeno más barato, su utilización presenta el inconveniente de provocar un consumo excesivo de electrodos. 6. PROCEDIMIENTOS DE CORTE Y PARAMETROS A REGULAR Podremos decir que el proceso de corte se realiza en el siguiente orden: En primer lugar se utiliza corriente continua de forma que podamos aplicar el potencial positivo a la boquilla y un potencial negativo al electrodo. A continuación se hace pasar el gas de plasma entre el electrodo y la boquilla. Luego se hace saltar un arco eléctrico, ionizando el gas, por medio de alta fre cuencia, entre el electrodo y la parte interior de la buza. Este arco se estrangula obli gándolo a salir por una sección muy pequeña, por medio de la energía cinética del gas y atraído por la polaridad de la pieza a cortar; llegando a alcanzarse en el proceso los 20.000a C. Se aplica entonces un potencial positivo a la pieza a cortar, a la vez que cortamos la polaridad de la boquilla de forma automática mediante el contacto A, con la única finalidad de llevar a cabo la transferencia del gas ionizado hacia la pieza y producir así su corte. El inicio de la disociación del gas se consigue mediante una chispa de alta frecuencia entre electrodo y boquilla. La transferencia a la pieza y el establecimiento del arco de corte se efectúan automáticamente por medio del contacto A. Figura 3: ESQUEMA ELECTRICO El chorro de plasma que se produce alcanza una elevada temperatura en la boquilla, aumentando también su energía al ser estrangulado. Todo ello produce la fusión y expulsión de material en la pieza obteniéndose así un corte limpio. 108 Según hemos visto en diferentes procedimientos de corte, la velocidad es inver samente proporcional al espesor de la pieza a cortar. En la fórmula siguiente vemos la relación entre los diferentes parámetros del cor te por plasma. S= l/(8T) S= Velocidad en pulgadas/minutos. 1= Intensidad de corriente en amperios. T= Espesor de la chapa en pulgadas. En cortes que llevan chaflán la relación entre los parámetros de corte vendrá determinado por la siguiente formula. S = l-Cos a/(8-T) Siendo a el ángulo del chaflán respecto a la vertical. Estas ecuaciones serán válidas en función del tipo de material que deseemos cor tar, por ejemplo serán validas para el acero dulce y el acero inoxidable, mientras que para el aluminio tendremos una velocidad de corte de un 25 % mayor. Existen tablas que proporcionan los fabricantes de equipos, consultando las cua les obtendremos los diferentes parámetros de corte dependiendo del espesor de la chapa a cortar y del gas empleado. TABLA N9 1. Material: Acero inoxidable. Procedimiento: Argón-Hidrógeno. Espesor mm Tensión V. Intens. Amp. Caudal L/min Ar. Caudal L/min. H2. Velocid. Cm/min. 6 10 150 100 5 100 130 110 150 30 10 15 20 130 150 45 130 180 45 12 12 30 145 180 45 12 50 40 50 140 200 50 14 40 140 200 60 14 18 40 109 120 80 TABLA Na 2. Material: Aluminio. Procedimiento: Argón-Hidrógeno. Espesor mm Tensión V. Intens. Amp. Caudal L/min Ar. Caudal L/min. H2. Velocid. Cm/min. 5 110 130 30 10 320 10 120 200 40 10 300 15 110 200 40 10 180 20 110 200 40 10 110 30 160 200 40 10 80 40 160 200 50 14 60 50 160 200 50 14 30 TABLA Na 3. Material: Acero dulce. Procedimiento: Nitrógeno con inyección de agua. Espesor mm Tensión V. Intensid. Amp. Caudal L/min. N2. Velocid. Cm/min. 3 160 220 45 500 5 170 220 45 400 8 170 220 45 350 10 170 220 45 180 15 170 220 45 100 20 170 220 45 60 Intensid. Amp. Caudal L/min. N2. Velocid. Cm/min. TABLA Na 4 Material: Acero inoxidable. Procedimiento: Nitrógeno con inyección de agua. Espesor mm Tensión V. 3 5 160 200 45 400 160 160 200 45 300 200 45 200 160 200 45 200 15 20 175 200 45 150 180 200 45 70 25 180 220 45 25 7 10 110 TABLA N9 5. Material: Aluminio. Procedimiento: Nitrógeno con inyección de agua. Espesor mm Tensión V. Intensid. Amp. Caudal L/min. N2. Velocid. Cm/min. 3 170 180 45 400 6 160 200 45 300 10 160 200 45 250 15 160 200 45 150 20 160 200 45 100 TABLA N9 6. Materiales: Acero dulce. Procedimiento: Aire. 7. Espesor mm Tensión V. Intensid. Amp. Caudal L/m i n. Aire Velocid. Cm/min. 3 170 125 35 500 5 170 125 35 400 10 160 150 35 250 15 165 160 45 125 20 170 160 45 100 TIPOS DE CORTE POR PLASMA En la actualidad existen varios tipos de corte por plasma, que a continuación pasamos a clasificar según sea el gas de corte utilizado, el tipo de porta-electrodos o el corte sobre mesa. - Corte por fusión. Gas de corte. < - Corte por oxidación. CORTE POR PLASMA. - Corte convencional. - Corte con gas secundario. ( Tipo de Porta-electrodos. - Corte con inyección de agua. - Corte con inyección de oxigeno. Corte' en mesa de agua. - Corte con cortina de agua. < - Corte sobre nivel del agua. - Corte dentro del agua. - Según el tipo de gas. 1. a) Corte por fusión. En este caso necesitaremos la energía suficiente para llevar a cabo la fusión del material. Dicha energía la podremos obtener del arco eléctrico empleado para el cebado. 111 Los gases que se suelen emplear son los siguientes: - Nitrógeno. - Argón. - Argón + Nitrógeno. - Nitrógeno + Hidrógeno. Según el tipo de gas empleado como fluido plasmógeno, utilizaremos un elec trodo determinado, siendo el más aconsejado en este caso el de Tungsteno. b) Corte por oxidación parcial. Este método de corte se fundamenta en la reacción exotérmica del acero cuando está en presencia del oxígeno y a una elevada temperatura. Por ello podemos deducir que este tipo de corte tendrá una mayor eficacia en aceros dulces. Los fluidos plasmógenos más utilizados en este caso son los siguientes: - Aire. - Oxígeno. Los electrodos de Hafnio y Zirconio son los más empleados, dado que sufren menos desgastes al reaccionar con el oxígeno; sin embargo, la utili zación del oxígeno como gas plasmógeno provoca un consumo excesivo tanto del electrodo como de la boquilla. - Según el tipo de portaelectrodos utilizado, 2. a) Corte convencional. 112 Este sistema de corte se caracteriza porque utiliza un solo gas como fluido plasmógeno; la finalidad de este gas es aislar, tanto eléctrica como térmi camente, la boquilla del arco eléctrico. Este tipo de corte tiene el peligro de crear dos arcos eléctricos en serie, uno entre la boquilla y el electrodo, y otro entre la boquilla y la pieza. Ello puede dañar tanto al electrodo como a la boquilla. El tipo de circulación que puede crear el gas en torno al electrodo puede realizarse de dos formas: * Circulación del fluido plasmático paralela al eje del electrodo. * Circulación del fluido plasmático tangencialmente a la periferia del electrodo. b) Corte con gas secundario. Es básicamente similar al corte convencional, con la única salvedad que añade un gas secundario que rodea el arco plasmático. La forma de evitar que salte el segundo arco es colocar en la boquilla una capa cerámica que sobresalga. En la mayoría de los casos usaremos Nitrógeno como fluido plasmógeno, estando la elección del gas secundario en función del material a cortar: Aluminio.................... Mezcla de Argón e Hidrógeno. Acero inoxidable......................................CO2 Acero suave.............................. Aire u Oxígeno. c) Corte con inyección de agua. Se caracteriza por la inyec ción de un chorro de agua tangencial o radial al flujo de plasma, mediante un soporte cerámico acoplado en la boquilla. Con ello se pretende tener un chorro plasmático más com pacto, así como; ionizar par cialmente el hidrógeno y el oxígeno del agua, que al combinarse con el material a cortar en la sangría provoca un aumento de la temperatu ra. Este aumento de temperatura facilitará el corte, proporcio nando una velocidad de corte mayor. El gas plasmático más utiliza do es el Nitrógeno. 113 d) Corte con inyección de oxígeno. Consiste en inyectar al chorro de gas plasmático un flujo de oxígeno. Este método de corte es usado únicamente en aceros dulces, por carecer de rentabilidad en otros materiales. El corte con inyección de oxígeno tiene como gran inconveniente el cons tante deterioro que sufren las piezas de consumo tales como el electrodo y la boquilla. - Según el método de corte en mesa de agua. 3. Este método viene caracterizado por la utilización de una mesa especial que mantiene el material a cortar sobre la superficie parcialmente sumergido o totalmente sumergido en el agua. Con este sistema de corte podemos obtener las siguientes ventajas respecto al corte convencional: * Control de la distorsión por efecto del calor del plasma. * Menor producción de humos. * Mayor atenuación de los ruidos. * Mayor limpieza en las caras de corte. En el caso de corte en piezas totalmente sumergidas deberemos automatizar el corte, ya que éste no puede ser controlado visualmente debido a la refracción que produce el agua. 8. EFECTOS METALURGICOS Como es conocido, en las proximidades al cordón de soldadura se puede apre ciar una superficie afectada por el efecto del calor al que ha sido sometido. De forma similar, ocurre algo parecido en los bordes de una pieza que ha sido seccionada por el procedimiento de corte por plasma. Ello se debe al calor generado por el arco eléctrico. A continuación veremos la forma en que se ven afectados los siguientes materia les por la elevada temperatura del arco: - Aceros al carbono. Se puede apreciar en el corte una zona de fusión que se extiende hasta 0,01 mm. del borde. La zona afectada por el calor alcanza una profundidad de 0,3 mm. en donde la dureza del material se ve aumentada como consecuencia de cambios micro-estructurales. - Aluminio. Cuando se trata de cortar aluminio podemos apreciar una zona de fusión que se extiende hasta 0,04 mm. del borde. La zona afectada por el calor alcanza una profundidad de hasta 1 mm.; en dicha zona podremos detectar cierta porosidad producida por el gas plasmógeno. - Aceros inoxidables. En el caso del acero inoxidable el corte con plasma se realiza a una velocidad mayor que la de los materiales anteriores, por lo que apenas se producen modificaciones en las propiedades del metal base. 114 9. - VENTAJAS DEL CORTE POR PLASMA Comparando el corte por plasma con los métodos de corte más usados, pode mos mencionar las siguientes ventajas: * Mayor rapidez de corte en chapas finas, comparado con el corte con autóge na. * Posibilidad de cortar casi todos los metales conductores de la electricidad. * Con la obtención de un arco compacto y una mayor velocidad en el corte, evi taremos las deformaciones, ya que estaremos produciendo una cantidad de calor local menor. * La utilización del corte por plasma es más sencillo. * El corte por plasma puede resultar más económico ya que podemos utilizar gases más baratos. 10. -DEFECTOS Para situar correctamente los defectos en las piezas cortadas haremos las siguientes apreciaciones: Entenderemos por borde, tanto superior como inferior, a la intersección de la superficie de corte con la cara superior e inferior de la pieza a cortar respectivamen te. Llamaremos parte superior a 1/3 de su espesor en la superficie de corte, y parte inferior a los restantes 2/3 de espesor de la superficie de corte. A continuación detallaremos los defectos más comunes: * En los bordes superior e inferior nos podremos encontrar con escorias ó gotas y bordes redondeados. * Tanto en su parte superior como en la parte inferior podremos localizar defectos de chaflán, rugosidad superficial y perpendicularidad. Borde superior redondeado. * En aceros al carbono.Velocidad excesiva, distancia de la boquilla a la pieza excesiva. * En acero inoxidable.Velocidad excesiva, distancia de la boquilla a la pieza excesiva. * En aluminio.Ocurre raras veces. Borde superior con gotas o escorias. * En acero al carbono.- Distancia boquilla-pieza excesiva, se elimina fácilmente. * En acero inoxidable.- Distancia boquilla-pieza excesiva, concentración de hidrógeno excesiva. Se elimina fácilmente. * En aluminio.- Distancia boquilla-pieza excesiva. Se elimina fácilmente. 115 Rugosidad superficial en la parte superior. * En acero al carbono.Ocurre rara vez. * En acero inoxidable.Ajuste imperfecto de la velocidad o de la distancia boquilla-pieza. Concen tración errónea de hidrógeno. * En aluminio.Velocidad incorrecta. Insuficiencia de hidrógeno. Chaflán en la parte superior. * En acero al carbono.- * En acero inoxidable.- Velocidad excesiva, distancia boquilla-pieza excesiva. Velocidad excesiva, distancia boquilla-pieza excesiva. * En aluminio.Velocidad excesiva, hidrógeno insuficiente. Chaflán en la parte inferior. * En acero al carbono.- Ocurre rara vez. * En acero inoxidable.- Ocurre rara vez. * En aluminio.- Demasiado hidrógeno. Perpendicularidad. Mordedura en la parte superior de la superficie cortada. * En acero al carbono. Demasiado amperaje, demasiado hidrógeno. * En acero inoxidable.- Demasiado amperaje, demasiado hidrógeno. * En aluminio.Velocidad muy lenta, poco hidrógeno. Perpendicularidad. Mordedura en la parte inferior de la superficie cortada. Se dará rara vez en cualquier material. Perpendicularidad. Divergente tanto en la parte inferior como en la superior. * En acero al carbono.Ocurre rara vez. * En acero inoxidable.- * En aluminio.- Demasiado amperaje, demasiado hidrógeno. Demasiado amperaje, demasiado hidrógeno, velocidad de corte muy baja. 116 Perpendicularidad. Convergente tanto en la parte inferior como en la superior. * En acero al carbono.- * En acero inoxidable.- Velocidad excesiva. Velocidad excesiva, amperaje insuficiente. * En aluminio.Ocurre rara vez. Borde inferior redondeado.* En acero al carbono.Velocidad excesiva. * En acero inoxidable.Ocurre rara vez. * En aluminio.- Ocurre rara vez. Escorias o gotas en el borde inferior. * En acero al carbono. Velocidad excesiva, distancia boquilla-pieza demasiado corta, hidrógeno excesivo. * En acero inoxidable.- Velocidad lenta, hidrógeno alto. * En aluminio.Velocidad excesiva. Rugosidad superficial en la parte superior. * En acero al carbono.Distancia boquilla-pieza muy corta. * En acero inoxidable.Hidrógeno excesivo. * En aluminio.Hidrógeno insuficiente. Como el gas de corte circula de forma centrifugada en torno al electrodo, provo ca un achaflanado en el corte interior, por lo que se hace imprescindible regular correctamente los parámetros de corte para que el chaflán sea el mínimo. 11. POROSIDAD EN LAS SOLDADURAS DE JUNTAS CORTADAS CON PLASMA Según se ha estudiado ya, aparecen poros en las soldaduras cuyas chapas habí an sido seccionadas por el procedimiento de corte por plasma, en las que se ha utiliza do aire como fluido plasmógeno. Ello es debido a la gran concentración de nitrógeno en las superficies de corte; dicha concentración es bastante mayor a la de solubilidad en el acero. El riesgo mayor de porosidad se produce cuando se obtiene una penetración incompleta, lo cual da una concentración elevada de porosidad en la’raíz del cordón. 117 A continuación mencionaremos los diferentes procedimientos para disminuir la porosidad: a) Esmerilar la superficie cortada antes de soldar. b) Reemplazar el fluido plasmógeno, cuando se trate de aire, por el oxígeno. c) Ajustar los parámetros de soldadura de forma que la penetración sea completa. d) Someter las uniones a un tratamiento térmico de fusión. e) Conseguir una aleación del metal de aportación con titanio ó aluminio. 12. SEGURIDAD A TENER EN CUENTA EN EL CORTE POR PLASMA De las siguientes especificaciones a tener en cuenta para la seguridad de los ope rarios, tendremos que reseñar que muchos de estos problemas son característicos de la mayoría de los métodos de soldadura. Los efectos principales que es necesario considerar para la prevención de acci dentes son: * Producción de gas inflamable como el oxihidrógeno. * Producción de gases tóxicos. * Radiaciones producidas por el arco de corte. * Altos voltajes. * Humos. * Ruidos. 118 Producción de gas inflamable, como el oxihidrógeno. Como es sabido, el hidrógeno al combinarse con el aire en la proporción adecua da se hace fácilmente inflamable en presencia de una chispa. Por esta razón en el caso de usar hidrógeno como gas plasmógeno haremos incapie en las siguientes medidas de seguridad: - Aislaremos en la medida de lo posible el hidrógeno de la caja de controles. Con ello preveeremos cualquier ignición en caso de fuga por la acción de una chispa eléctrica. - En el caso de no ser posible dicho aislamiento se recomienda ventilar adecua damente la caja de controles eléctricos. Producción de gases tóxicos. En la siguiente tabla se pueden ver los diferentes gases que se desprenden en el corte por plasma. N2 Ensayo. Tipo Plasma I. (A) CO. COa NO NOa Oa Coda 1 Aire 150 11,7 Trazas 85,2 0,2 <0,2 2 Aire/mesa Agua Nitróg. 150 14 Trazas 63,6 1,9 4,2 0,4 <0,2 200 10,5 Trazas 165,4 4,8 0,2 <0,2 63,6 101,8 101,8 12 12 8,5 0,8 Trazas <0,2 <0,2 <0,2 33,1 76,3 2,1 5,3 0,1 <0,2 <0,2 3 4 5 6 Nitróg. 200 170 120 7 7 1,2 7 8 Argon + Hidrógeno 80 200 4,1 9,3 Trazas En esta tabla se recogen los valores límites de concentraciones de gases nocivos que se pueden tolerar. Gas Valor límite para una explosión de corta duración. Valor límite media ponderada. ppm mg/m3 PPm mg/m3 82,5 50 55 75 CO2 5.000 9.000 6.250 NO 25 30 37,5 45 5 9 5 9 0,1 0,2 0,3 0,6 0,05 0,2 0,05 0,2 CO NO2 03 COCI2 11.250 Radiaciones producidas por el arco eléctrico. El arco eléctrico desprende radiaciones cuya intensidad estarán en función de la energía eléctrica y del tipo de gas utilizado como plasma. 119 Las radiaciones del arco se podrán disminuir dependiendo del procedimiento de corte por plasma que se emplee, atenuándose en mayor medida en el corte por plas ma en mesa de agua, donde la pieza a cortar está total o parcialmente sumergida. Altos voltajes. Según hemos visto con anterioridad, la boquilla del equipo está a un potencial elevado, ya que el arco eléctrico se produce entre la boquilla y el electrodo. En el tiempo de cebado, la boquilla tiene un voltaje ligeramente inferior al voltaje de vacío del equipo, entre los 100 v. y los 400 v. Atendiendo a la seguridad del operario, la boquilla está provista de un aislante eléctrico para evitar descargas en el caso de ser tocada por accidente. Humos. En el corte por plasma se producen gran cantidad de humos, que se desprenden tanto del metal cortado como de la combustión del fluido plasmático; para evitarlos en gran medida se pueden emplear los siguientes procedimientos: * Corte a bajo amperaje, por debajo de los 100 Amp. * Sustitución del gas secundario por agua. * Corte con cortina de agua. * Corte en mesa de agua. * Ventilación forzada en la parte inferior de la mesa de corte. * Buena ventilación del local. Ruidos. En el corte por plasma es normal el elevado grado de ruidos. Ello es debido bási camente a dos factores: - A la velocidad que lleva el fluido plasmógeno en su salida por la boquilla. - Al diseño de la pistola de corte por plasma. A continuación presentamos una tabla en la que se ve el nivel de ruidos que se alcanza al cortar acero dulce, en los distintos procedimientos de corte por plasma. Espesor chapa (mm) Tipo de Plasma Intensidad (Amp) 1 m. 10 Aire 150 107,5 92 10 Aire/mesa 150 103,3 90,3 Nivel max. db. (A) 5 m. 10 Nitrógeno 200 111,3 91,3 10 Nitrógeno + Vortex de agua. 200 113,3 94,3 10 Nitrógeno + Vortex de agua. 200 80,3 76,3 20 Argón + Hidrógeno 80 98,3 84,3 20 Argón + Hidrógeno 200 118,3 120 91 Capítulo 7 CORTE LASER - INTRODUCCION 1. De entre las múltiples aplicaciones del rayo láser, la utilización del mismo para operaciones de corte en la Industria ha cobrado, en los últimos años, una importancia creciente. Las principales ventajas del proceso de corte por láser frente a otros procedi mientos son las siguientes: - El rayo del láser es una herramienta que se puede dirigir en todas direccio nes y no está sujeta a deterioro alguno. - La pieza que se está procesando, así como el sistema que estamos utilizando para fijarla, no sufren esfuerzos mecánicos durante el procesado de la mis ma. - El procesado láser es muy apropiado para introducirlo en cadenas de fabri cación por su fácil automatización. - El corte y soldadura por láser sólo crean una pequeña zona de calor afecta da. - La cantidad de calor que se transmite a la pieza durante su procesado es muy reducida. El haz láser o rayo, sale horizontalmente de la fuente donde es generado. Este debe ser tratado para direccionarlo en la posición donde va a ser utilizado, lo cual se consigue mediante espejos. Los espejos son construidos generalmente de silicio, cobre y con una capa reflectora especial. El rayo debe ser focalizado sobre la superficie del material que estemos trabajan do; esto se hace mediante lentes de seleniuro de zinc, que pueden ser biconvexas, pla noconvexas y cóncavoconvexas o también denominadas de menisco. En la figura 1 se puede ver como se realiza este proceso de direccionamiento del haz y focalización. Para soldadura y tratamientos superficiales el haz o rayo láser también puede ser focalizado mediante espejos metálicos (Fig. nB 2). 121 Durante el procesado mediante láser, es fundamental mantener la distancia espe cificada entre la unidad de enfoque y la superficie del material, ya que la concentra ción de energía requerida puede ser conseguida solamente en el foco del rayo. Para ello se debe de tener en cuenta que cuanto menor sea la distancia focal de la lente, mayor debe ser la precisión para mantener la distancia entre el material y la lente. La tolerancia aceptada en los casos más comunes es de más/menos 0,2 mm y más/menos 0,5 mm. Para el corte y la soldadura se suelen utilizar lentes con distan cias focales que oscilan entre 2,5 y 7,5 pulgadas. 2. LASERES MAS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA. En todos los equipos láser se pueden destacar tres elementos fundamentales: la sustancia emisora, que es la que proporciona átomos, iones o moléculas que produ cen la amplificación de la luz; una fuente de energía capaz de excitar el medio, y un resonador óptico. No todas las sustancias sirven como medios emisores láser, ya que un medio eficaz láser debe ser aquel suficientemente excitable para alcanzar el estado que se conoce como "inversión de población". En esta condición hay una ganancia neta en la luz que se genera, es decir, el medio excitado produce más fotones de los que absorbe. 122 Los láser se pueden dividir en aquellos que utilizan como fuente emisora un gas (láseres de cuerpo gaseoso), y los que utilizan un sólido (láseres de cuerpo sólido). Existen multitud de ellos, tanto de uno como de otro tipo, pero nos limitaremos a resaltar aquellos más utilizados industrialmente en la actua lidad. 3. LASERES DE CO; Los láseres de CO¡ son sin duda los más utilizados hoy en día en la industria. Es muy amplia la oferta comercial de estos, que va desde láseres de pocos watios hasta láseres de decenas de kilowatios en salida continua de potencia, y del orden de terawatios para los pulsados. Sistema Láser compuesto por: generador LQ-500. mesa de coordenadas 2.000x1.000 mm. simple, control numérico e intercambiador de calor. 123 La excitación del medio activo se realiza, en todos los casos, mediante una des carga eléctrica sobre una mezcla gaseosa compuesta principalmente por CO2, He y N?, que constituye el medio activo propiamente dicho. Niveles de energía Colisión entre Colisiones de electrones N2 Generación de luz en un laser de CO. Los láseres de CO2 se usan fundamentalmente para cortar, soldar y para trata mientos superficiales. Una característica fundamental de los láseres de CO2 es que el rayo se puede enfocar en un diámetro muy pequeño (de 0,1 a 0,2 mm), y en este foco, se pueden concentrar densidades de potencias que oscilan de 105 a 10® W/cm2, que permiten la fusión, y en algunos casos la vaporización, de los materiales. Lámpara de destellos de criptón o xenón -< >- Vista por el extremo Barra de láser Elementos básicos del láser de CO, 124 4. LASERES DE Nd3 Entre los láseres de estado sólido el más utilizado industrialmente es el láser de Nd3. Dentro de los láseres de Nd3, el más frecuente es el de Nd-YAG, que utiliza como medio activo una barra de cristal constituida por rubí, granate de Ytrio y aluminio. La excitación del medio activo se realiza por medio de destellos luminosos, mediante lámparas de flash muy intensas, como pueden ser lámparas de kiptón de alta presión, lámparas de Xenón de media presión, lámparas halógenas de tungsteno, etc. Fuente de alto voltate Las potencias que se consiguen con este tipo de láser van desde 1 watio hasta unos 150 watios en modo continuo, alcanzando varios kilowatios de potencia en el modo pulsado. CORTE DE METALES CON LASER DE CO2 MATERIAL Titanio Acero c45 Acero c60 Acero HSS Acero St37 Plomo ESPESOR (mm) POTENCIA LASER (w) VELOCIDAD DE CORTE (m/min) 0.20 6.40 6.40 7.40 2.00 3.40 3.20 1.00 1.10 200 6000 3000 1250 500 500 500 500 200 6.10 4.60 3.60 1.50 3.00 0.70 1.00 2.00 4.00 125 GAS DE APORTE Oxígeno Argón Bronce Zinc Cobre Cobre C106 Cobre C101 Molibdeno Niquel Monel NiCr20 NiCr20C0 NiCr20 C014 MnNi Nimonic 75 Nimonic Niobio 1.10 1.10 0.10 1.00 0.60 0.90 0,90 0.01 0.13 5.00 3,10 0,80 3,20 1,60 0,80 0,80 0,80 0,08 0,80 2.00 1.50 3.20 Argón 7.50 10.00 4.00 2.00 0.50 4.00 2.00 0.40 4.00 0,10 2,90 16,50 3,60 5,10 12,70 7,20 3,60 1,70 0.40 0.80 0.20 0.20 300 400 300 500 500 1200 1200 500 300 500 4000 6000 6000 6000 3000 1500 750 500 200 500 900 500 Oxígeno C02 •• Oxígeno u CORTE DE METALES CON LASER Nd: YAG MATERIAL Acero Cobre Alumnio Titanio ESPESOR (mm) POTENCIA LASER (W) VELOCIDAD DE CORTE (mm/min) 0.50 1.50 2.50 5.00 0.50 1.50 2.50 0.50 1.50 2.50 4.00 0.50 2.50 4.00 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 950 580 340 230 670 200 130 750 450 270 120 900 500 270 126 Cortes realizados por láser en diversos materiales. EL CORTE POR LASER 5. El corte por láser es un proceso térmico durante el cual la energía contenida en un haz de luz focalizado es absorbida por el material a cortar; éste se funde y vaporiza, formándose así el corte. Además del haz láser se utiliza un flujo coaxial de gas de aporte el cual tiene las siguientes funciones: - Ayuda a expulsar el material fundido de la hendidura del corte. - Potencia el corte debido a la oxidación del metal. - Protege la lente de la incidencia de partículas procedentes de la zona de corte. Un problema con el que nos encontramos cuando cortamos metales utilizando un haz láser es la alta reflexión de las superficies metálicas. Para solventar este incon veniente es preciso recurrir a altas densidades de potencia en la zona de trabajo; esto trae como consecuencia una disminución del rendimiento frente al corte con láser de materiales no metálicos. Los tipos de láser utilizados en el corte de metales son el de CO2 y el de NdYAG. Las gráficas 1 y 2 muestran las velocidades de corte en función del espesor para distintos tipos de aceros. Cuando se corta aluminio, debido a la alta reflexión del mismo se necesitan al menos 800 watios en forma de onda continua. En la parte inferior del corte se forma una inevitable rebaba. 127 En el caso del cobre y metales preciosos, el corte con láser está limitado a espe sores comprendidos entre 0,2 y 0,5 mm. El acero al carbono puede cortarse usando un láser de CO2 de 1 Kw. En estas condiciones pueden cortarse espesores de hasta 15 mm estando el ancho del corte entre 0,1 y 0,3 mm. En el caso del acero inoxidable, la velocidad del corte es inferior debido a que éste no reacciona tanto con el oxígeno. 6. COMPARACION DE LOS DIFERENTES SISTEMAS DE CORTE En la figura siguiente se ha llevado a cabo la comparación entre el oxicorte, el corte por plasma y el corte por láser, en una pieza de 3,5 mm de espesor de acero al carbono. Utilizando el oxicorte obtenemos un ancho de corte o sangría de 1 mm y una zona afectada térmicamente de aproximadamente unos 3,2 mm. La deformación pro ducida con el oxicorte se obserba que es aceptable no quedando la pieza muy defor mada. Con el corte con plasma el ancho obtenido en el corte es de unos 1,5 mm y la zona afectada térmicamente es de aproximadamente 0,24 mm, que es sensiblemente menor que la zona afectada térmicamente en el caso del oxicorte. Finalmente con el corte con láser se pueden conseguir anchos de corte de hasta unos 0,4 mm de espesor e incluso menores, la zona afectada térmicamente es casi inexistente (0,06 mm). Con el corte por láser la deformación que se produce en la pie za es nula, con aristas de corte perfectas. 128 Ancho de la sangría y ZAC para diferentes métodos de corte. Espesor 3,5 mm de acero al carbono ZAC - Zona Afectada por el Calor 129 Capítulo 8 SOLDADURA OXIACETILENICA 1. FUNDAMENTO Este tipo de soldadura se basa en la fusión de las piezas a unir por medio de una llama producida por la combustión de una mezcla de oxígeno y acetileno. Cuando el metal de las piezas a unir y el de aportación son de la misma naturale za, reciben el nombre de soldadura autógena. La llama se obtiene haciendo lleg soplete que asegura su mezcla ínti ma. los dos gases, oxígeno y acetileno, hasta un La llama se produce en el extremo de la boquilla del soplete por la combustión de 1,1 volúmenes de acetileno con 1,3 volúmenes de oxígeno; en estas condiciones se dice que la llama es neutra. La llama oxiacetilénica alcanza su mayor temperatura en la zona reductora, unos 5 mm más adelante de la punta del dardo, pudiendo lle gar a los 3.1202C, para descender luego a lo largo de la llama según refleja la figura.1. 2. ZONAS DE LA LLAMA OXIACETILENICA a) b) c) d) e) f) Area donde se produce la mezcla de los dos gases. Cono azul o zona donde se calienta la mezcla hasta la temperatura de inflamación. Zona estacionaria o de transición. Dardo o cono luminoso, de color blanco deslumbrante. Zona reductora o de combustión primaria. Penacho o zona de combustión secundaria. 131 3. TIPOS DE LLAMA Existen diferentes tipos de llama dependiendo de la proporción en que se mez clen el oxígeno y el acetileno. Llama carburan te: Se produce cuando la mezcla de oxígeno y acetileno tiene un exce so de este último. Se forma entonces una zona de color amarillo claro luminoso delante del dardo de la llama. Esta llama se utiliza para la soldadura de aceros al carbono, aceros fundi dos y sus aleaciones, aluminio fundido y ace ros especiales. Llama neutra: Para la regulación de la llama neutra, partiendo de la llama carbu rante se disminuye la cantidad de acetileno y se aumenta la cantidad de oxígeno alter nativamente, hasta que desaparece la llama carburante. De este modo es más fácil ver cómo desaparece la zona carburante en el dardo de la llama neutra. La llama neutra se utiliza para soldar piezas de materiales tales como hierro fundido, acero maleable, acero suave, bronce, acero inoxidable, acero al cro mo con 12% de cromo, acero al cromo-níquel, cobre, latón, aluminio y sus aleaciones, manga neso y sus aleaciones. Llama oxidante: Partiendo de la llama neutra se disminuye la cantidad de acetileno y se aumenta la cantidad de oxígeno alternativa mente hasta que la zo na reductora desapare ce. Esta llama oxidan te se utiliza en las sol daduras de latón, con grandes porcentajes de zinc y aleaciones de co bre. 132 4. PROCESO DE COMBUSTION EN LA LLAMA OXIACETILENICA La reacción química que se produce para la combustión del acetileno en el oxíge no, es la siguiente: 2 Cz Hz + 5 Oz —> 4 COz + 2 Hz O + CALOR A este proceso se llega por dos etapas: combustión incompleta y combustión completa. En la combustión incompleta tiene lugar la siguiente reacción: 2Cz Hz + 2Oz —> 4CO + 2Hz + CALOR y en la combustión completa: 4CO + 2Hz + 3Oz —> 4COz + 2Hz O + CALOR 5. EQUIPO DE SOLDADURA OXIACETILENICA, CORTE Y CALENTAMIENTO El equipo está formado por dos recipientes a presión para los gases, unos manorreductores para utilizar los gases a la presión de trabajo deseada, válvulas antirretorno, conjunto de mangueras, mango universal y acoplamientos de sopletes de sóida dura y corte, así como lanzas de calentamiento. Rosca a la derecha (Oxígeno) (Acetileno) Los sopletes se presentan comercialmente en cajas que contienen el mango, boquillas para soldar distintos espesores, el dispositivo de corte, con boquillas para corte de distintos espesores, lanzas de calentamiento, llaves para el montaje, escaria dores para limpiar de distintos diámetros, y una tabla para establecer la boquilla, la presión y los consumos que se aplican según el espesor de las piezas. 9 ___ _ V/7(//A mm inch Oxygen —cz3 l/h 0.5-1 1/32-3/64 80 1-2 3/64-5/64 160 1.0 Oxygen bar psi Aceb/lene bar psi 0.7 4-6 5/32-15/64 500 1,7 6-8 15/64-5/16 800 2.0 8-10 5/16-25/64 1000 2.4 133 2.5 35 1 315 T - 00 5/64-5/32 O Ó 2-4 1,4 1.5 12 6. OXIGENO PARA SOLDADURA El elemento más abundante en la naturaleza, el aire, se compone aproximada mente de un 21% de oxígeno, un 78% de nitrógeno y pequeñas cantidades de helio, argón, neón, etc. Para obtener el oxígeno pueden seguirse dos procedimientos: la electrólisis del agua y la destilación fraccionada del aire. El primer procedimiento resulta muy costoso y apenas se emplea. El procedimiento a seguir para obtenerlo por destilación fraccionada es el siguien te: En primer lugar, el aire es aspirado y comprimido haciéndolo pasar por unas torres de lavado donde se hace circular una solución de sosa cáustica que elimina el anhídri do carbónico. A continuación, se somete a un proceso de depuración y secado, y una vez hecho ésto, el aire pasa a las columnas de rectificación, en las que se enfría y expande hasta presiones próximas a la atmosférica, lo que provoca la licuación del mismo. Partiendo del aire en estado líquido se separa del nitrógeno y se calienta hasta pasar al estado gaseoso, procediendo a su almacenaje para el envasado en botellas. En métodos de soldadura y corte se usa el oxígeno para contribuir a la combus tión e intensificarla; en corte por gas se usa el oxígeno para producir la combustión del acero, así como para despejar la escoria del corte por medio de un chorro de este gas. 7. - BOTELLAS DE OXIGENO Se fabrican en acero estirado, sin soldadura, y se someten a una prueba hidráulica a 235 Kg/cm2. En su extremo superior llevan un grifo que permite abrir o cerrar el paso de gas. La capacidad más corriente en botellas de oxígeno es 40 I, comprimidos a una presión de 150 Kg/cm2 a una temperatura de 20- C. Puesto que la presión varía con la temperatura, las botellas van provistas de una válvula de seguridad que evita que se alcancen presiones peligrosas. El contenido de gas remanente en la botella se obtiene multiplicando la capaci dad en litros de la misma por la presión en atmósferas que indique el manómetro del manorreductor. 8. - ACETILENO PARA SOLDADURA Es un gas incoloro, combustible, de un olor característico; procede de la reacción química del carbono de calcio al entrar en contacto con el agua. Industrialmente se obtiene en generadores construidos de acuerdo con diversos sistemas de capacidades de carga de carbono. Según la presión a que se obtiene el acetileno, se denominan de baja o alta presión. Los generadores de alta como de baja presión más comunes son del tipo "carbo no en el agua", que consisten en un recipiente que contiene agua, y en la parte supe rior del mismo una tolva con una cierta cantidad de piedras de carbono de calcio que se dejan caer sobre el agua; al producirse el contacto, se desprende acetileno que se recoge en la parte superior del generador. Este acetileno así producido contiene impurezas que es preciso eliminar, para lo cual se hace pasar por un sistema de lavado y de depuración. La temperatura de combustión del acetileno es de unos 31008 9 C con oxígeno y de 23252 C con aire. La densidad relativa del gas a O- C y 1 Atm. es de 0,908. 134 9. BOTELLAS DE ACETILENO El acetileno en estado líquido explosiona fácilmente si se maneja a una presión superior a 1.5 Kg/cm2. Para su embotellado se disuelve en acetona, pudiendo ser entonces comprimido y transportado a presiones de hasta 15 Kg/cm2. La botella para acetileno es de acero como la de oxígeno; el gas contenido es menor porque lleva aproximadamente diez veces menos presión y lleva en su interior una masa porosa del 20% de su capacidad, que fracciona el interior de la botella en pequeñas celdillas para estabilizar la capa gaseosa que se forma en la parte superior, a fin de evitar explosiones; un 40% del contenido es acetona, un 12% espacio libre y el 28% es acetileno. El contenido remanente de gas en una botella de acetileno no puede calcularse exactamente por medio de la presión, ya que la solubilidad de la acetona depende mucho de la temperatura, y por lo tanto dicho contenido remanente debe determinar se por el peso. 10. GRIFOS PARA BOTELLAS DE GASES El objeto de los grifos en las botellas de gases es permitir la entrada durante la carga o llenado y su salida en cantidad adecuada durante el trabajo. Constan esencialmente de un dispositivo de apertura y cierre de la botella y una cancelación para acoplar los reductores de presión que per a) Volante. miten la toma del gas. b) Muelle. Los grifos para botellas de oxígeno llevan un racor con rosca a la derecha para conec tar el manorreductor, y un volante para abrir y cerrar el paso del gas. c) Tuerca. d) Guarnición. e) Alojamiento. f) Cierre. g) Cubierta. h) Husillo Los grifos de acetileno lle van, en lugar de rosca,un aco plamiento para sujetar el manorreductor mediante una abrazadera y en vez de volante llevan un encaje cuadrado en el cual se introduce una llave de tubo especial para abrir y cerrar el paso del gas. i) Apéndice. k) Vastago. I) Tuerca ciega. m) Enlace Los grifos de oxígeno se fabrican en latón para que los acoplamientos sean estancos y no necesiten aceites ni grasas para soltarlos; y los de acetileno se fabrican en hierro. 11. MANORREDUCTORES Los manorreductores o reguladores de presión realizan dos funciones fundamen tales: reducir la presión de los gases, adaptándola al valor requerido para el trabajo a realizar; y mantener un caudal constante, aunque disminuya la presión en las botellas. El gas procedente de la botella pasa a una cámara de alta presión, sufriendo una segunda expansión con la consiguiente reducción de presión. El control de la presión en 135 la cámara de baja, que es la que comunica con la manguera que lleva el gas al soplete, se consigue mediante un tornillo de regulación, que permite ajustarla al valor deseado. Los manorreductores van provistos de dos manómetros. Uno (manómetro de alta) indica la presión existente en la botella y el otro (manómetro de baja) mide la presión del gas que va hacia el soplete. En los manorreductores de oxígeno el manómetro de alta suele estar graduado hasta 250 Kg/cm2, y en los de acetileno suele venir graduado hasta 30 Kg/cm2. Los manorreductores de oxígeno se acoplan a la botella mediante una tuerca diferencial; los de acetileno por medio de una brida y un tornillo. Antes de abrir el grifo de la botella es necesario asegurarse de que el tornillo de regu lación está flojo, pues de lo contrario la cámara de baja recibe un fuerte impacto de presión que puede deteriorar el manómetro conectado a la misma, o los elementos de regulación. No se deben engrasar los manorreductores, pues la grasa en contacto con los gases puede producir explosión. 1 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Manómetro de trabajo Manómetro de contenido Dispositivo de estrangulamiento Zócalo de manguera Resorte de obturación Vástago de válvula Asiento de válvula Membrana Muelle de reglaje Tornillo de reglaje Filtro Pieza de conexión Válvula de seguridad 12. BLOQUEADORES DE RETROCESO Para evitar que la llama de soldadura retroceda hacia el soplete y las mangueras, y llegue hasta las botellas, se intercalan en el equipo válvulas o bloqueadores de retroceso, cuya misión es la de dejar pasar los gases hacia el soplete, impedir el reflu jo, detener la vuelta de la llama, y cortar el suministro de gas en caso de reflujo y en el caso de sobrecalentamiento. 136 Existen en el mercado diversas patentes de bloqueadores con distintos sistemas de funcionamiento y se colocan entre el manorreductor y las mangueras y entre las mangueras y el soplete creando así dos barreras de seguridad . ---------- 0 55----|«R 3/8"L>| Interruptor de flujo regulado a presión Filtro de llama Válvula de retención flujo regulado por temperatur; MR 3/8"LM 13. MANGUERAS PARA OXIGENO Y ACETILENO Para conectar los sopletes a los manorreductores se utilizan mangueras especia les de goma sin poros. A fin de evitar errores al realizar las conexiones, la mangue ra de oxígeno suele ser gris o azul, y la de aceti leno roja. Si se hace cir cular oxígeno a través de una manguera utiliza da para acetileno resulta una mezcla inflamable muy peligrosa. Los acoplamientos a las botellas y sopletes se realizan mediante unos racores que, en el caso del acetileno llevan rosca a la izquierda y en el del oxígeno a la dere cha. Las gomas nuevas suelen traer talco en su interior, por lo que deben soplarse antes de su utilización. 137 Montaje del equipo Cilindro de gas Los manorreductores Quite la caperuza de protección y el tapón del cilindro de gas. La cape ruza debe de estar siempre colo cada durante el transporte. Conecte los manurreductores a sus respectivos cilin dros de gas. i Manómetro de trabajo Manómetro de contenido 2. Tornillo de estrangulamiento 3. Junta Algunos de los cilindros del stock de AGA están provistos de los lla mados protectores de válvula fijos, en vez de la caperuza. i RMHMMi Sople las válvulas del cilindro, a fin de limpiarlas, antes de conectar el manorreductor de presión. Abra la válvula del cilindro media vuelta. Nunca se coloque delante de la ' válvula. No ponga nunca la mano delante del orificio de salida de la válvula. Cierre la válvula. Enfoque siempre hacia donde haya espacio libre. Ajuste un poco las tuercas con una llave fija Válvula antirretorno Manguera azul ----------Conexión de la manguera, de oxígeno, enroscado a la derecha Conecte la válvula antirretorno al manurreductor de presión Las Mangueras de gas Conecte las mangueras de gas a las tomas del manorreductor de presión y la válvula antirretorno. Asegure las conexiones con abrazaderas. Use manguera de gas de soldadura, de AGA. Está aprobada para gases de soldadura. El manómetro de contenido indica la presión del cilindro El manómetro de trabajo indica la presión de trabajo, que se regula con el tornillo de ajuste Manguera roja Conexión de la manguera, de Acetileno Enroscado a la izquierda Después de terminar el trabajo, o de una pausa larga: Controle que: 1. El tornillo de ajuste esté suficientemente desajustado como para que la tensión del resorte haya aflojado. 1. El tornillo de estrangulamiento esté cerrado. 3. La junta. Use siempre juntas originales. • Cierre las válvulas • Cierre el tornillo de ajuste hasta que afloje la ten sión del resorte • Cierre el tornillo de estrangulamiento 138 14. SOPLETE OXIACETILENICO Es la parte del equipo oxiacetilénico que permite la mezcla íntima de los gases y al mismo tiempo el mantenimiento correcto e invariable de la proporción requerida en la llama. La mezcla gaseosa deberá salir de la boquilla del soplete con una velocidad de flujo, que depende de la presión requerida para soldar. La velocidad de salida del gas debe ser mayor que la de propagación de la com bustión, para evitar retroceso de la llama. Aunque pueden variar algunos detalles en su construcción, el funcionamiento y partes esenciales de un soplete oxiacetilénico son: - Un mango al que llegan los gases por sus respectivos tubos. - Un mezclador en el que los gases se mezclan perfectamente en la proporción deseada. Orificios pequeños - Un tubo llamado lanza por el que sale la mezcla, y una boquilla que va en el extremo de la lanza; en la boquilla se produce la llama. Existen dos tipos de boquillas usadas generalmente: las boquillas intercambia bles, que son las que pueden ser montadas al mezclador de gases mediante una ros ca, y las boquillas fijas, que son aquellas donde mezclador y boquilla constituyen una sola pieza. Existen dos tipos de sopletes oxiacetilénicos: de alta presión y de baja presión. El soplete de alta presión es alimentado con acetileno a una presión de 0.1 a 0.7 Kg/cm2 y oxígeno a presión de 3 a 5 Kg/cm2. En el interior del soplete va una pieza llamada difusor a la cual llegan el oxígeno por el tubo central y el acetileno por los orificios que rodean al central. La cantidad de gases, o caudal, depende en estos sopletes del diámetro de los orificios y de la presión a que llega cada gas. Cuando se necesita un caudal distinto de gases, basta cambiar la boquilla por una de mayor a menor tamaño. En el soplete de baja presión el acetileno va a una presión ligeramente superior a la atmosférica (0.02 a 0.1 Kg/cm2) y el oxígeno de 1 a 5 Kg/cm2. En este tipo de soplete, el acetileno, debido a su baja presión, tiene que ser aspi rado por el oxígeno por medio de un inyector dispuesto en el soplete. El caudal depende del diámetro de salida del oxígeno, de la presión con que llega y del tamaño de la boquilla. 139 15. ENCENDIDO DEL SOPLETE Para encender el soplete se abre primero ligeramente el oxígeno (A) y después el acetileno (C) aproximadamente un cuarto de vuelta y se le aplica la llama; una vez encendido, se regula la llama mediante los volantes de paso incorporados en el cuer po del soplete. Para apagar el soplete se cerrará primero totalmente el volante de paso del aceti leno (C) y a continuación el del oxígeno (B). Durante la soldadura puede ocurrir un retroceso de la llama dentro del soplete; en este caso se cierra inmediatamente el volante de paso del oxígeno y después el de acetileno, a continuación se enfría el soplete introduciéndolo en un recipiente con agua. Presión de trabajo > 0. Acetileno = 0,1 - 0,8 Bares. Oxigeno = 1,8- 2,4 Bares. 16. FACTORES A TENER EN CUENTA ANTES DE SOLDAR Antes de empezar a soldar, es necesario tener en cuenta los siguientes factores: - Las planchas o piezas a unir no deben de tener defectos tales como exfoliacio nes, picaduras, cambios de espesor, etc. - Los bordes de las piezas deben estar exentos totalmente de impurezas, pintu ras, grasas y oxidaciones. - En piezas cuyo espesor no sobrepase los 4 mm, basta hacer una limpieza pre via como preparación para soldar. - Para espesores de 5 a 14 mm hay que achaflanar los bordes en V con un ángu lo de 60Q a 70Q. - En espesores superiores a 15 mm conviene achaflanar en doble V, siempre que sea posible soldar por ambas caras. - La distancia de la punta del dardo a la superficie a fundir debe mantenerse entre 2 y 4 mm y la llama debe de situarse en el plano medio de las piezas a unir. - Una vez preparadas las piezas, se procederá a fijarlas en la posición correcta, mediante puntos o distintos medios mecánicos, para evitar que se muevan durante la soldadura. - Una vez comprobada la figuración y alineación de las piezas, se procederá a la soldadura. 140 17. METODOS DE SOLDADURA OXIACETILENICA Teniendo en cuenta la posición de las piezas y la dirección del cordón de solda dura, podemos considerar las siguientes técnicas de soldadura oxiacetilénica: - Soldadura Soldadura Soldadura Soldadura a la izquierda. a la derecha. en ángulo. ascendente con doble cordón. Algunas de estas técnicas presentan variantes, como veremos más adelante. Existen otros dos métodos considerados aparte: - Soldadura en cornisa. - Soldadura en techo. 17.1. Soldadura a la izquierda Se llama también soldadura hacia adelante. El soplete se mueve de derecha a izquierda, siendo el método más utilizado para soldar cualquier metal o aleación. Este método de soldadura tiene el gran inconveniente de su costo elevado, por ser muy lento y por la cantidad de gases que se consumen. La varilla de aportación va por delante del soplete que forma con la superficie del material un ángulo entre 60a y 70a. Para metales con un punto de fusión bajo, el ángulo entre el soplete y la pieza estará entre 25a y 45a, y cuando la penetración haya de ser considerable, el ángulo puede alcanzar los 90a. Este método está especial mente indicado para chapas de hasta 6 mm de espesor, y el diá metro de la varilla de aportación debe ser igual a la mitad del espe sor de la chapa más un milímetro. Para la ejecución de la solda dura se da al soplete un movi miento de oscilación lateral. 17.2. Soldadura a la izquierda semiascendente Cuando el espesor de las chapas a soldar es mayor de 5 mm, se emplea este método, que es una variante del anterior, con la diferencia de que las chapas se dispo nen con una inclinación de 20a a 45a con respecto al plano horizontal. Con esta inclinación de las chapas se contrarresta la tendencia del material fundi do a deslizarse sobre los mismos o por entre los bordes a unir, con lo que se consigue mejorar la calidad de la soldadura. 17.3. Soldadura a la derecha En este método, la soldadura va progresando desde la izquierda hacia la derecha y la llama se dirige hacia la parte ya soldada, manteniendo la varilla entre esta parte y la llama. Como la llama se dirige constantemente sobre los bordes a unir, por delante del baño de fusión, no es necesario imprimir al soplete ningún tipo de balanceo lateral, mientras que la varilla, que va detrás de la llama, debe recibir un movimiento de osci lación muy acentuado. 141 El baño de fusión es menos fluido que en el método a izquierda, por lo que los cordones suelen resultar más irregulares y con aguas más espaciadas. Se utiliza con ventaja para unir chapas cuyo espesor se halla entre 6 y 15 mm previo achaflanado en V de los bordes con un ángulo de 60® a 70a, no siendo aconse jable para soldar fundiciones o materiales no férreos. Con respecto al método a la izquierda, presenta las siguientes ventajas: - Mayor velocidad de ejecución. Menor consumo de gases. Mejor penetración. Menor consumo de metal de aportación. - Mejor calidad mecánica. 17.4. Soldadura en ángulo Este método de soldadura puede ser de dos tipos: - Angulo exterior. - Angulo interior. En la soldadura en ángulo exterior se emplea el método a izquierda o bien semiascendente, y se realiza sin metal de aportación. No obstante, cuando se quiere reforzar las esquinas es necesario aportar una pequeña cantidad de varilla. En la soldadura en ángulo interior, cuando el espesor de la pieza es menor de 6 mm, se aconseja utilizar el método a la izquierda, pero si el espesor es mayor se reco mienda el método a la derecha. El soplete debe formar un ángulo de 45a con respecto a las piezas y la varilla de 15a a 20a con respecto a la chapa vertical. Con respecto a la línea del cordón, el soplete se inclinará 45a y la varilla 30a. 142 En este tipo de soldadura existe el peligro de calentar excesivamente la chapa vertical y producir mordeduras sobre la misma; para evitarlo se dirige el metal de aportación hacia la chapa vertical. 17.5. Soldadura en cornisa Es aquella en la que se realiza un cordón horizontal sobre dos chapas situadas en posición vertical. Es de difícil ejecución, ya que el baño tiende a descolgarse. Para espesores de 1 a 4 mm conviene utilizar el método a la izquierda, y para mayores espesores el de la derecha. En general para chapas de más de 8 mm, conviene achaflanar las piezas con ángulo de 70e distribuidos de la siguiente forma: 252 para el borde inferior y 452 para el borde de la chapa superior, dejando una separación entre piezas de 2.5 mm. La llama se dirige un poco hacia arriba para contener el metal fundido y hay que realizar la aportación aplicando la varilla hacia el borde superior. Para la realización de este tipo de soldadura se requiere una gran experien cia por parte del operario y frecuente mente el aspecto y calidad no son total mente satisfactorios, pero pueden obtenerse soldaduras sanas con buena penetración y aspecto aceptable. 17.6. Soldadura en techo Es de muy difícil ejecución debido a la tendencia del material fundido a deslizarse y caer por su propio peso. El aspecto del cordón es muy irregular y la calidad de la soldadura no resulta demasiado buena, por lo que únicamente se recurre a esta técnica si no existe la posi bilidad de aplicar otra. 143 2.5 mm Cuando sea posible, es aconsejable ejecutar la soldadura con dos sopletes, uno por cada cara. Las posiciones del soplete y varilla son las reflejadas en la figura. La ejecución de estas soldaduras en esta posición exige un gran entrenamiento del operario. 18. METAL DE APORTACION Son varillas que se utilizan en la realización de los cordones en la soldadura oxiacetilénica y de su calidad depende en buena parte la del cordón de soldadura. El material de la junta debe tener, por lo menos, la misma resistencia que el metal base. Para conseguirlo hay que utilizar una varilla de características similares a las del material a soldar. La composición química de las varillas más utilizadas en la soldadura de las ace ros, debe ser la siguiente: Soldadura de aceros extra-dulces: Carbono............... 0.05 a 0.15% Manganeso........... 0.35 a 0.50% Silicio............... trazas a 0.10% Azufre................ inferior a 0.04% Fósforo............... igual o inferior a 0.04% Las proporciones de azufre y fósforo sumado no deben pasar de 0.06%. Soldadura de aceros semidulces: Carbono............... 0.20 a 0.30% Manganeso........... 0.08 a 1.00% Silicio............... 0.20 a 0.30% Azufre................ inferior a 0.03% Fósforo............... igual o inferior a 0.03% Las proporciones de azufre y fósforo sumadas no deben pasar de 0.05%. Soldadura de aceros de resistencia a la tracción igual a 60 Kg/mm2. Carbono................ 0.12 a 0.15% Manganeso.............. 0.60 a 0.80% Silicio................ trazas a 0.15% Níquel................. 3 a 4% Las varillas se fabrican en distintos diámetros, que oscilan entre 1.5 y 10 mm. El diámetro a utilizar en cada caso depende, fundamentalmente, del espesor de las pie zas, tipo de material a soldar y métodos de soldadura empleada. Soldadura por el método a la izquierda. d = e/2 + 1 mm Siendo "d" el diámetro y "e" el espesor de las piezas. Soldadura por el método a la derecha. d = e/2 19. SOLDADURA FUERTE Y BLANDA Son dos métodos de unión, que no requieren la fusión del metal que se va a unir. 144 Por estos procedimientos se pueden unir materiales por medio de un metal de aportación no férreo, con un punto de fusión superior a 436s C, pero inferior al de las piezas a unir. La soldadura blanda emplea un metal de aportación con un punto de fusión infe rior a los 4363 C Los metales de aportación utilizados en estos metales son aleaciones de dos o más metales puros, normalmente cobre, plata, aluminio, estaño y plomo. Para realizar este tipo de soldadura es necesaria la utilización de fundentes, cuya misión es deshacer los óxidos superficiales y formar una película protectora que evite la reoxidación de la zona de soldadura. Las fundentes se pueden agrupar en tres tipos: a) bórax y boratos b) cloratos c) fluoruros y fluoboratos. A continuación se enumeran los fundentes necesarios según el metal a soldar: a) Acido bórico, bórax, boratos, fluoruros y fluoboratos. Se utilizan para Cobre, aleaciones de cobre, níquel, acero inoxidable, aceros aleados y al carbono, y fundición de hierro. b) Cloruros, fluoruros. Se utilizan para Bronce, aluminio, manganeso, titanio, circonio. Estos fundentes se emplean en forma de polvos o pastas. 145 Capítulo 9 ARCO ELECTRICO Y SOLDADURA MANUAL CON ELECTRODOS REVESTIDOS (SMAW) 1 EL ARCO ELECTRICO 1.1. Definición Se entiende por arco eléctrico, al efecto que se produce cuando la energía eléctri ca se transforma en energía calorífica y en radiación electromagnética al pasar a tra vés de un conductor gaseoso. Para que salte el arco eléctrico entre los dos polos del circuito, es necesario que lo haga a través de un gas conductor de la electricidad; esto se consigue ionizando el gas mediante una descarga de alta frecuencia ó cebando el electrodo en el procedi miento de soldadura manual. La operación consiste en raspar la punta del electrodo (cátodo) contra el metal (ánodo) haciendo saltar electrones, que al cerrar el circuito eléctrico desplazan a los electrones de las últimas capas de los átomos del gas, que dando éstos ionizados (cargados positivamente) y haciéndo a este gas conductor. EN EL SENTIDO DE AVANCE VOLVIENDO SOBRE EL CORDÓN 147 1.2. Partes del arco El arco tiene forma cónica con vértice en la punta del electrodo y base en la pieza. Se distinguen dos partes en el arco, el plasma y la llama. 12 - El plasma El plasma está compuesto por: a) Electrones que realizan el transporte de la corriente y que van del polo negativo (-) al polo positivo (+). Al chocar contra el polo negativo los electro nes transforman la energía cinética en energía calorífica. b) Iones metálicos que van del polo positivo (+) al polo negativo (-). c) Atomos gaseosos que se van ionizando al perder electrones y estabilizán dose al ganarlos en la recombinación produciendo en estos procesos gran cantidad de calor y emitiendo radiación. d) Productos de la fusión de los metales como vapores, humos, escorias, etc... 2B - La llama La llama es la zona que envuelve al plasma y tiene una temperatura más baja que él, estando formada por átomos que se disocian y recombinan despren diendo calor y por la combustión del revestimiento de los electrodos. ATMOSFERA PROTECTORA BAÑO DE FUSION ELECTRODO CORDON DE SOLDADURA ÍRANSFERENCIA DE GOTAS Y ESCORIA CRATER ESCORIA METAL sobréíspélor: SOLDADO METAL BASE ALMA ........ REVESTIMIENTO _ 148 La fuerza de mayor poder calorífico en el arco es la que se produce por el choque de los electrones en el ánodo (+), y aunque éstos tienen poca masa chocan contra él un gran número de los mismos a un velocidad extraordinaria, lo que hace que se caliente mucho más el polo positivo que el negativo. Esta característica se utiliza en soldadura con corriente continua conectando el polo positivo a la pieza cuando necesitamos mayor penetración (como en el caso de una unión en ángulo sin preparación de bordes); cuando se prevee que el cordón pue de desfondarse, se conecta el electrodo al polo positivo (como en el caso del cordón de raíz de soldaduras en uniones a tope, preparación en V y entrehierro). 1.3. Características del arco Las principales características del arco son: * Gran desprendimiento de calor. * Emisión de radiaciones. El gran desprendimiento de calor (de hasta 5000QC), sirve para fundir instantá neamente los metales, tanto de las piezas como el electrodo (aportación) que tienen un punto de fusión bastante más bajo y permite realizar soldaduras en piezas desde un milímetro hasta grandes espesores. Como efectos no deseados del arco están las radiaciones, que obligan a tomar medidas de seguridad en el cuerpo y la vista para evitar los siguientes daños: * Los rayos luminosos producen deslumbramientos e irritaciones en los ojos. * Los rayos infrarrojos producen quemaduras en la piel. * Los rayos ultravioletas se acumulan en el organismo y queman la piel y los ojos. Las radiaciones son producto de las fuerzas electromagnéticas derivadas de la ionización y posterior recombinación, que se produce al excitar átomos estables; estas radiaciones configuran un espectro que va desde la luz visible, los infrarrojos, los ultravioletas, rayos X y gamma. Se propagan con carácter ondulatorio y a una velocidad constante de 300.000 Kms/seg. Al conjunto de estas ondas se denomina espectro electromagnético. 149 1.4. Fuerzas que intervienen en el arco eléctrico Las fuerzas que intervienen en el proceso son : * Electromagnéticas. * Tensión superficial. * Gravítatorias. * Tensiones en el spot catódico. * Las procedentes de la corriente de gas al arder el revestimiento. * Las procedentes de la formación de burbujas dentro de la gota líquida. Los efectos de estas fuerzas son: - La fusión del metal, que se proyecta del cátodo al ánodo. - La atracción del metal líquido por la gravedad. - El desplazar el aire de la zona de soldeo. Todo ello permite realizar soldaduras en diferentes posiciones, como bajo techo, y evita la oxidación y la contaminación causadas por la presencia de aire. El proceso se inicia con el cebado del arco. El paso de corriente genera el calenta— miento del punto de contacto del electrodo y de las zonas inmediatas. Del extremo del electrodo se desprenden pequeñas gotas de metal fundido que se proyectan sobre el metal de base también fundido, mezclándose con él y formando lo que se llama "baño de fusión". La geometría del arco responde a la relación de tamaños entre el extremo del electrodo y la pieza. Como el plasma está formado por partículas cargadas eléctrica mente que se mueven libremente desde el electrodo a la pieza o viceversa, generan un campo electromagnético que se expande en el mismo sentido. 2. SOLDADURA MANUAL CON ELECTRODOS REVESTIDOS La soldadura manual con arco eléctrico es un sistema que utiliza una fuente de calor y un medio gaseoso generado por la combustión del revestimiento del electro do, es decir, que es un proceso en el que la fusión del metal se produce por el calor generado en un arco eléctrico establecido entre el extremo de un electrodo revestido (1) y el metal base (2) de las piezas a soldar. Este tipo de soldadura se aplica a casi todos los tipos de aceros: al carbono, inoxidables, débilmente aleados, resistentes al calor y a gran número de metales y sus aleaciones, (fig.4.) Figura 4 150 La soldadura manual puede ser utilizada tanto en lugares cerrados como en el exterior, se puede aplicar en cualquier localización que pueda ser alcanzada por un electrodo, incluso con restricciones de espacio que no permiten la utilización de otros equipos. La soldadura manual se lleva a cabo en todas las posiciones y para todos los perfiles: a tope, en ángulo y a solape, en horizontal, en vertical, en cornisa y en techo. El procedimiento consiste en el estableci miento de un circuito eléctrico que se cierra »1 saltar el arco.(fig. 5 ) 3. ELECTRODOS 3.1. Introducción Un electrodo es una varilla metálica especialmente preparada para servir como material de aporte en los procesos de soldadura por arco. Se fabrica haciendo separa damente el alma y el revestimiento y puede ser de material ferroso ó no ferroso. El electrodo tiene como misión, servir de metal de aportación en el cordón de soldadura y ser conductor de la energía eléctrica necesaria para que salte el arco y se inicie la fusión. 3.2. Electrodos desnudos y electrodos revestidos Existen dos grandes tipos de electrodos, electrodos desnudos y electrodos reves tidos. Los electrodos desnudos están formados por un hilo metálico de sección circular de composición química apropiada, generalmente parecida a la del metal base a sol dar. 151 La utilización de este tipo de electrodos presenta muchos inconvenientes, como dificultad de cebado, manejo y estabilidad del arco, etc. Sólo se utilizan con corriente continua. Favorecen la absorción del oxígeno y nitrógeno en el metal fundido y redu cen las características mecánicas de la soldadura. Se usan muy poco en la actualidad. Los electrodos revestidos están constituidos por una varilla cilindrica, llamada alma, y un revestimiento que la rodea y que es de composición química variable. Las características de estos electrodos se determinan por la composición química y el espesor del revestimiento. Según el espesor del revestimiento los electrodos se clasifican en: a) Delgados, cuando el espesor del revestimiento está entre el 4 y el 10% del diámetro del alma. b) Medios, cuando el espesor está entre el 10 y el 40%. c) Gruesos, cuando el espesor es mayor del 40%. Según aumenta el espesor del revestimiento, el electrodo produce un arco mas estable, de mayor rendimiento, y con más escoria protectora del cordón de soldadura. Las longitudes normalizadas de los electrodos son 300, 450 y 600 mm. Los diámetros más usuales son 1, 2, 2'5, 3'25, y 4 mm., no siendo usados habi tualmente diámetros mayores pues requieren grupos con gran potencia para su fusión y aportan gran cantidad de calor a la pieza, con posibles efectos metalúrgicos negativos. 152 3.3. Tipos de electrodos según su revestimiento 3.3.1. Electrodos oxidantes Los electrodos de tipo oxidante tienen un revestimiento grueso principalmente constituido por óxidos de hierro con o sin óxidos de manganeso. El revestimiento da una escoria oxidante, por lo que el metal depositado contiene sólo pequeñas cantida des de carbono y manganeso. La escoria es gruesa, compacta y a menudo se separa por sí sola. Este tipo de electrodo da escasa penetración y un baño de fusión fluido, y es particularmente adecuado cuando sólo se requiere un cordón ligero. Generalmen te, su empleo se limita a la soldadura en ángulo en las posiciones horizontal, vertical y plana. 3.3.2. Electrodos Acidos Los electrodos del tipo ácido tienen un revestimiento medio o grueso y dan lugar a una escoria de óxido, de hierro-óxido, de manganeso-sílice, cuya naturaleza metalúrgica es ácida. El recubrimiento contiene además de óxidos de hierro y/o manganeso, un porcentaje bastante elevado de ferro-manganeso y/u otros desoxi dantes. La escoria se solidifica en una estructura panal característica y se separa fácilmente. Estos electrodos son sumamente adecuados para soldar en la posición plana; puede usarse corriente continua o alterna. 3.3.3. Electrodos ácidos de rutilo En los electrodos del tipo acido de rutilo con revestimiento grueso, la escoria es algo más fluida. Las propiedades de estos electrodos son muy similares en todos los aspectos a las del tipo ácido, consistiendo la diferencia en que el revestimiento contie ne óxido de titanio en proporción no superior normalmente al 35% Estos electrodos se manejan muy fácilmente y generalmente dan pocas proyec ciones. Sueldan en todas las posiciones y se pueden clasificar en : a) Electrodos de rutilo medio. b) Electrodos de rutilo grueso. a) Electrodos de rutilo medio: El revestimiento contiene gran cantidad de rutilo o elementos derivados del óxido de titanio, que pueden alcanzar hasta un 50% en peso. La cantidad de material celulósico que puede estar presente en el revestimiento no debe ser superior al 15%. La escoria es densa y muy viscosa. Estos electrodos son especialmente adecuados para soldar en las posiciones vertical y en techo. b) Electrodos de rutilo grueso: En esta clase se incluyen los electrodos con revestimiento de gran espesor. Su composición es semejante a la del tipo anterior y la cantidad de material celulósico presente en el revestimiento es inferior al 5%. El aspecto de la soldadura recuerda la obtenida con un electrodo tipo oxidante, pero las propiedades mecánicas del metal depositado son mucho mejores y pueden aproximarse incluso a las de un electrodo tipo ácido de rutilo. Aunque la susceptibilidad a la fisuración en caliente en relación con el metal base no es tan elevado como en el tipo ácido, debe procederse con cuidado, teniendo en cuenta que la soldadura de rincón realizada con estos electrodos tiene mucho menos garganta que la realizada con un electrodo ácido. 153 3.3.4. Electrodos básicos: Estos electrodos tienen generalmente un revestimiento grueso que contiene cantidades considerables de carbono de calcio u otros carbonatos básicos y espatofluor, por lo que metalúrgicamente son de naturaleza básica. Producen una escoria densa que con frecuencia presenta un color de pardo a negropardo con aspecto brillante. La escoria se separa fácilmente y como asciende a la superficie de la soldadura con gran rapidez, no es probable que se produzcan inclusiones de escoria. Este tipo de electrodos da un arco de penetración medía y es adecuado para soldadura en todas las posiciones. Es utilizado frecuentemente en corriente con tinua en polaridad positiva, pero existen electrodos utilizables en corriente alter na. A fin de evitar la porosidad en el metal de aportación, los electrodos básicos pue den almacenarse en un lugar muy seco o si ya han absorbido humedad deben secarse antes de ser usados. 3.3.5. Electrodos Celulósicos: Están formados principalmente por sustancias orgánicas y generan una cantidad elevada de gases. Sus componentes fundamentales son: celulosa, rutilo, asbesto, ferromanganeso y silicatosódico. El contenido de componentes estabilizantes es muy bajo ó nulo, por lo que se necesita emplear corriente continua y polaridad directa. Teniendo en cuenta la composición de su revestimiento, se trata de un electro do rutilo con una gran proporción de celulosa u otras sustancias orgánicas combus tibles. Este tipo de electrodos está caracterizado por un arco de gran penetración y un régimen de fusión muy elevado. Se puede utilizar corriente alterna, pero se tiene que emplear una máquina con tensión de vacío muy elevada. La escoria que producen es muy escasa y se puede quitar con facilidad. Permiten la soldadura en todas las posiciones por la buena penetración que consiguen y por la rapidez del trabajo, debida a la velocidad de fusión. 3.3.6. Electrodos de gran rendimiento: Llevan revestimiento de rutilo con un elevado porcentaje de hierro y son de gran calidad. Se conoce por rendimiento gravimétrico a la relación del peso del metal deposi tado respecto al de la varilla desnuda utilizada para depositar igual cantidad de metal cualesquiera que sean las características del electrodo. Siempre que el rendimiento gravimétrico de un electrodo sea superior al 110%, éste se denomina de gran rendi miento. 3.3.7. Electrodos bajos en hidrógeno: Estos electrodos deben estar secos antes de usarlos para evitar el exceso de humedad que origina la presencia del hidrógeno, el cual debido a su pequeño peso atómico se difunde fácilmente, quedando ocluido en el seno del metal aportado, favoreciendo su fisuración e incluso la de la zona de transición ó metal base. • 154 3.4. Funciones del revestimiento Entre las funciones básicas del revestimiento destacan: 1. 2. 3. 4. 5. Estabilización asegurada del arco. Protección del metal fundido de su contacto con el aire. Eliminación o reducción de las impurezas dentro de la soldadura. Aportación de elementos aleantes a la soldadura. Enfriamiento suave de la misma. El revestimiento realiza además tres funciones fundamentales: a) Función eléctrica: Asegura una buena ionización entre el ánodo y el cátodo, facilitando la estabilidad del arco. b) Función física: Genera gases que desplazan al oxígeno y nitrógeno del aire, ayu dan al transporte de las gotas de metal fundido y crean la escoria que protege el cordón hasta su enfriamiento. En ella intervienen la naturaleza y el espesor del revestimiento. c) Función metalúrgica: El revestimiento puede actuar de diversas maneras, de acuerdo con la naturaleza de sus componentes: a veces aporta elementos del metal base y de la varilla, que se pierden por evaporación y combustión, otras veces incor pora elementos al baño de fusión como aleantes para mejorar la resiliencia, la tenaci dad o la ductilidad de la unión. También puede aportar polvo de hierro para aumentar el rendimiento, desoxidantes, desulfurantes, etc... 4. CLASIFICACION Y SIMBOLIZACION DE ELECTRODOS. 4.1. Introducción. En la soldadura por arco manual con electrodos revestidos es imprescindible identificar los diferentes electrodos que existen en el mercado en función de sus características mecánicas, posición de soldadura, tipos de corriente, etc. Es por eso por lo que se utilizan una serie de normas que representan un código que está constituido por una serie de dígitos y letras. Hoy día las normas más utilizadas son las UNE y las AWS, aunque existen otras específicas de algunos países como las DIN o de ámbito internacional como las ISO, e incluso las Sociedades de Clasificación elaboran sus propias normas para aplicarlas en los trabajos en los que intervienen. 4.2. Norma UNE 14-003-86 Las normas UNE las confecciona y distribuye el INSTITUTO ESPAÑOL DE NOR MALIZACION (IRANOR). Cuando se precise su uso se deben adquirir de forma com pleta y actualizada, de manera que se puedan consultar y aplicar correctamente en los trabajos de soldadura. Aquí presentamos un resumen para que se comprenda su contenido y aplicación. Esta norma se utiliza sólo en el caso de que se trate de electrodos revestidos para soldadura por arco manual de acero al carbono de resistencia normal y de aceros de baja aleación, de resistencia comprendida entre 500 N\mm2 y 600 N\mm2. La simbolización de esta norma está constituida por las siguientes letras y dígitos: a) Una letra que representa el símbolo del producto. b) Dos dígitos que indican la resistencia a la tracción del metal aportado en N\mm2. c) Dos dígitos que indican el alargamiento y la resiliencia del metal aportado. d) Una serie de letras y dígitos relativos a las características de empleo: 155 - Una o dos letras para el tipo de revestimiento (Rutilo, Acido, Básico, etc.) - Tres dígitos para el rendimiento del electrodo. - Un dígito para indicar la posición de soldeo (en todas las posiciones, en verti cal, en horizontal, etc). - Un dígito para indicar el tipo de corriente a utilizar (C.C., C.A., polaridad direc ta o inversa) - Una letra que indica el contenido de Hidrógeno. TABLA DE VALORES CORRESPONDIENTES A LOS SIMBOLOS DE RESISTENCIA A LA TRACCION Símbolo Resistencia a la tracción del metal aportado N/mm2 430-510 511-610 43 51 TABLA DE VALORES CORRESPONDIENTES A LOS SIMBOLOS DE ALARGAMIENTO Símbolo Temperatura correspondiente a una resiliencia mínima de 28 J. °C Alargamiento min. L = 5% 0 1 2 3 4 5 - - 20 22 24 24 24 +20 0 -20 -30 -40 TABLA DE VALORES CORRESPONDIENTES A LOS SIMBOLOS DE RESILIENCIA Símbolo Temperatura correspondiente a una resiliencia mínima de 47 J. 2C 0 1 2 3 4 5 +20 0 -20 -30 -40 156 TABLA DE VALORES CORRESPONDIENTES A LOS SIMBOLOS DE POSICIONES DE SOLDEO Posiciones en las que es posible el soldeo Símbolo - 1 2 3 4 5 En todas las posiciones En todas las posiciones excepto en vertical descendente. A tope horizontal, en ángulo acunada y en ángulo horizontal. A tope horizontal y en ángulo acunada. Las mismas que las correspondientes al símbolo 3 y además recomendado para vertical descendente. TABLA DE VALORES CORRESPONDIENTES AL TIPO DE CORRIENTE Y POLARIDAD Corriente continua, polaridad recomendada. 2) Símbolos 0 1) + 1 2 3 + 0 - 4 5 6 + o - 7 8 9 + 0 - Corriente alterna tensión en vacío nominal. 50 50 50 + 70 70 70 + 90 90 90 + TABLA DE VALORES CORRESPONDIENTES A LOS TIPOS DE REVESTIMIENTO Símbolo Tipos de revestimientos A AR B C O R RR V Acido (óxido de hierro) Acido de rutilo Básico Celulósico Oxidante Rutilo medio Rutilo grueso Otros tipos 157 4.3. Material de consumo en soldadura manual con electrodos revestidos (MMA) según las normas AWS, ASTM y BSI Los revestimientos de electrodos MMA son de tres tipos principales: celulósicos, de rutilo y básicos, cada uno de los cuales puede ser modificado por la adición de pol vo férrico. La Clasificación resume las especificaciones de las normas AWS, ASTM y BSI para electrodos de aceros suaves. Las especificaciones son publicadas también por otros organismos nacionales. Antiguamente, los electrodos ácidos eran muy usados mezclados con los tipos mencionados anteriormente. Tenían una alta proporción de óxido férrico en el revesti miento y daban al cordón de soldadura una forma lisa tendiendo a ser cóncava en las 158 curvas de unión pero de una resistencia relativamente baja. La escoria era abundante y fácil de eliminar. Actualmente estos electrodos se han reemplazado por electrodos de rutilo que son mas fáciles de cebar. Los revestimientos de electrodos ácidos que contienen polvo férrico son, sin embargo, usados en posición horizontal (a veces lla mada posición bajo mano) y para soldadura por gravedad, pero sólo para aceros sua ves de baja resistencia. 4.4. Adición de polvo férrico La adición de polvo férrico para revestimientos tiene dos efectos importantes: a) Eleva el grado de metal depositado b) Modifica las características operativas del electrodo obteniéndose una solda dura más lisa, con menos salpicaduras, y una corriente operativa mayor para un mismo tamaño del núcleo del electrodo. El polvo férrico presente en el revestimiento del electrodo se funde durante la soldadura y se dirige al cordón incrementando así el peso de metal depositado. Sin el polvo férrico el metal depositado es sólo el 80-95% del que existe en el alma debido a las pérdidas por salpicaduras y finas partículas. La recuperación del metal o el rendi miento del electrodo en este caso, se supone del 80-95%. Si se añade polvo férrico al revestimiento, dependiendo de la cantidad, la aporta ción de metal puede incrementarse a un 170 % o más. La mayor aportación de metal junto con la posibilidad de usar una corriente más elevada da un incremento en la velocidad de soldeo, tanto por grado de fusión del electrodo como por cantidad de metal depositado. Los electrodos que tienen un rendimiento de al menos el 130 % se llaman de gran rendimiento. Los revestimientos de electrodos ricos en polvo férrico se convier ten parcialmente en conductores y son fáciles de cebar. 4.5. Electrodos Celulósicos Los revestimientos de estos electrodos contienen una alta proporción de celulosa y dejan sólo una fina capa de escoria. La descomposición de la celulosa da como resultado hidrógeno en la atmósfera del arco, lo que eleva el voltaje y por esto hay mayor energía que hace que el electrodo penetre profundamente. El bajo volumen de escoria hace a los electrodos apropiados para soldadura ver tical descendente y de tuberías usando una técnica de soldeo vertical descendente. Las propiedades mecánicas y la resiliencia son razonablemente buenas y aunque el metal de soldadura tiene un contenido de hidrógeno relativamente alto, las fisuras producidas por éste en la zona afectada por el calor no son un problema para las apli caciones en las que se usa este electrodo es decir fabricaciones ligeras y aceros de baja resistencia. Para evitar las fisuras en tuberías de aceros de mayor resistencia hay que usar una técnica de soldeo tal que garantice que la segunda y posteriores pasadas se depositen en su sitio antes de que la primera pasada se haya enfriado hasta la tem peratura de ruptura. Los últimos cordones se realizan por peinado para aumentar el calor de la pieza. 4.6. Clasificación AWS A5.1 Y Clasificación ASTM A233 Este método de clasificación de electrodos de acero suave está basado en el uso de un número de cuatro dígitos, precedido por la letra E de electrodo. Los dos primeros dígitos designan la mínima resistencia a la tracción del metal de soldadura (en 1000 psi.) en la unión soldada. 159 El tercer dígito indica la posición en la que el electrodo es capaz de realizar solda duras satisfactorias. El cuarto dígito indica la corriente a usar, y el tipo de revestimiento. Por ejemplo, la clasificación de electrodos E 7018 indica: E = Electrodo para soldadura por arco con metal de aportación. 70 = Soldadura de metal con una UTS (última resistencia a tracción) de 70.000 psi. (483 Nw/mm2) 1 = Utilizable para todas las posiciones de soldeo. 8 = Tipo básico de revestimiento con polvo férrico, CA ó CC. La clasificación de electrodos será la siguiente: Primeros y segundos dígitos E 60xx Metal depositado acabado de soldar y sin ningún postratamiento, UTS 60.000 psi (414 N/mm2) min, para E 6010, 6011, 6012, 6013, 6020 y 6027. E 70xx Metal depositado acabado de soldar y sin ningún postratamiento, UTS 70.000 psi (483 N/mm2) min, para E 7014,7015, 7016, 7018, 7024 y 7028. Terceros y cuartos dígitos Los terceros y cuartos dígitos indican los tipos de posiciones a utilizar y tipo de revestimientos: E xx10 Alto revestimiento de celulosa, mezclado con Silicato de Sodio. Arco de penetración profunda, enérgico y tipo spray. Fina escoria y fácil de eliminar. Todas las posiciones, solo DCEP (Corriente continua electro do a positivo). E xx11 Muy similar al E xx10, pero mezclado con Silicato de Potasio que per mite usarlo con CA ó DCEP. Exx12 Alto revestimiento de rutilo, mezclado con Silicato de Sodio. Arco estable, mediana penetración, todas las posiciones.CA ó DCEN. E xx13 Revestimiento similar al E xx12, pero con adición de materiales de fácil ionización y mezclados con Silicato de Potasio que da un arco estable con un suministro bajo de voltaje. La escoria es fluida y fácilmente eliminable. Electrodo para todas las posiciones. CA ó DCEN. E xx14 Revestimiento similar al de los tipos E xx12 y E xx13 con adición de una cantidad media de polvo férrico. Todas las posiciones. CA ó CC. E xx15 Revestimiento del tipo de cal fluorítica ("básico bajo en Hidrógeno"), mezclado con Silicato de Sodio. Todas las posiciones. Para soldadura de aceros de alta resistencia a la tracción. Sólo DCEP. Exx16 Revestimiento similar al de E xx15, pero mezclado con Silicato de Potasio. CA ó DCEP. E xx18 Revestimiento similar al de E xx15 y E xx16, pero con adición de polvo férrico. Todas las posiciones. CA ó CC. E xx20 Alto revestimiento del tipo de óxido férrico mezclado con Silicato de Sodio. Para soldadura en horizontal o en cornisa. Buena cualidad para los rayos-X, CA ó CC. 160 E xx24 Electrodo fuertemente recubierto que tiene ingredientes de flux simila res al E xx12 y E xx13, con adición de un gran porcentaje de polvo férrico. Sólo posiciones horizontales, CC ó CA. E xx27 Electrodo muy fuertemente revestido que tiene ingredientes de flux similares al tipo E xx20, con adición de un alto porcentaje de polvo férrico. Posiciones horizontales. Alta cualidad para los rayos-X, CA ó CC. E xx28 Similar al E xx18 pero con un revestimiento más fuerte, y apropiado sólo para el uso en posición horizontal ó CC. E xx30 Alto revestimiento del tipo de óxido férrico, pero produce menos esco ria fluida que el E xx20. Sólo para uso en posición horizontal (princi palmente para soldaduras a tope en V de ángulo pequeño). Buena cua lidad para la radiografía, CA ó CC. 4.7. Clasificación de electrodos AWS para soldadura de aceros aleados La forma general del símbolo es la siguiente: E- XX XX - X La simbolización para estos electrodos es muy similar a la de los electrodos de aceros suave con algunas diferencias. Al igual que en la anterior, las dos primeras cifras indican la carga de rotura míni ma en múltiplos de 100 ps¡.(0,7 Kg/mm2), sólo que las cifras pueden ser 70, 80, 90, 100 ó 120. Las dos siguientes indican exactamente lo mismo, o sea, posiciones de soldadu ra, tipo de revestimiento y corriente adecuada para su utilización. Se añade una última cifra o letra que hace mención a la composición del metal depositado por el electrodo, que se buscará en la tabla adecuada de la Norma. Por ejemplo si la última cifra o letra fuera A1, nos indicaría que se trata de un electrodo que depositaría un metal con la siguiente composición química: - 0,12% de C, 0,03% de P, 0,04 de S y 0,40-0,65% de Mo. TABLAS RESUMEN DE LAS NORMAS UNE, AWS Y DIN Para los trabajos en los que se requiera una interpretación rápida de los símbolos de los electrodos, como en producción, pañol de electrodos, etc... se usan tablas resu men de las normas que permitirán saber las características de los electrodos simboli zados en las distintas normas. Aquí se presentan tres resúmenes de las normas más usadas. Los resúmenes deben actualizarse según cambian las normas o elaborar uno adecuado a cada norma específica. 161 CLASIFICACION SEGUN UNE 14003 1a REVISION (Esta Norma se corresponde con la ISO 2560) 1 LETRA 2 DIGITOS . 2 DIGITOS E RESISTENCIA A LA TRACCION ALARGAMIENTO ENERGIA DE CHOQUE 1 ó 2 LETRAS TIPO DE REVESTI MIENTO 3 DIGITOS 1 DIGITO 1 DIGITO 1 LETRA 1 N « ROMANO RENDIMIENTO POSICION DE SOLDADURA CORRIENTE DE SOLDADURA CONTENIOO EN H, CLASIFICACION POR ENTIDADES ELECTROOO RECUBIERTO PARA SOLDADURA AL ARCO SIMBOLO SIMBOLO N/mm 1 (1) Kgf/mm 2 43 430-510 44-52 51 511 610 53-62 H, MAX DE 15 mi DE Hj POR 100 g DE METAL DEPOSITADO POLARIDAD RECOMENDADA •Ó — TENSION NOMINAL 0 ♦Ó — NO SIMBOLO (1) TOt UM SUP • 40 N/mm 3 Símbolo Alargamiento min. L = 5d Temperatura correspondíante a una reeiliencia mínima de 28J °C % V 1 ♦Ó — 50 2 - 50 3 ♦ 50 - 0 - 1 20 + 20 4 *6— 70 2 22 0 5 - 70 6 ♦ 70 7 ♦ó— 90 8 — 90 9 ♦ 90 3 24 - 20 4 24 - 30 5 24 - 40 Símbolo Temperatura correapondiente a una reeilienaa mínima de 47J °C POSICIONES SIMBOLO 0 - 1 + 20 2 0 3 - 20 4 - X 5 - 40 SIMBOLO A AR B C 0 R RR V 1 II III TODAS 2 TODAS EX VERTICAL DESCENDENTE 3 A TOPE PLANO EN RINCON ACUNADA 0 PLANA RINCON HORIZONTAL-VERTICAL 4 A TOPE PLANA ACUNADA 5 IGUAL QUE 3 RECOMENDADO EN VERTICAL DESCENDENTE REVESTIMIENTO ACIDO (OXIDO DE Fe) ACIDO RUTILO BASICO CELULOSICO OXIDANTE RUTILO MEDIO RUTILO GRUESO OTROS RESISTENCIA SIMBOLO 1 EN RINCON SEGUN ROTO NOMINAL ELECTRODO REDONDEADO AL MULTIPLO DE 10 MAS PROXIMO Ej Rdto Nom Rdto Nom ALARGAMIENTO 105-114 115-124 Simb Simb 110 120 ENERGIA DE IMPACTO T ENSAYO N/mm.2 Kgf/mm 2 L = 5d mm (%) J Kflfm °C 400-500 400-500 400-500 41-51 41-51 41-51 22 22 22 47 47 47 4.8 4.8 4.8 ♦20 0 -20 162 CLASIFICACION 1 LETRA 2 3 DIGITOS 1 DIGITO 1 DIGITO E RESISTENCIA A LA TRACCION LIM. ELASTICO ALARGAMIENTO POSICION SOLDADURA REVESTI MIENTO ELECTRODO RECUBIERTO PARA SOLDADURA AL ARCO SIMBOLO SEGUN AWS A5.1-78 • AWS A5.5-69 RESISTENCIA A LA TRACCION SIMBOLO POSICIONES 1 2 TODAS POSICIONES A TOPE PLANO Y RINCON ACUNADA LIM. ELASTICO . ALARGAMIENTO m/n.en2”0 psi N/mm2 psi N/mm2 60 62.000 430 50.000 340 22 70 72.000 500 60.000 420 22 80 80.000 550 67.000 460 19 90 90.000 620 77.000 530 17 100 100.000 690 87.000 600 16 110 110.000 760 97.000 670 15 Valores exactos dependen de los siguientes dígitos SIMBOLO 10 REVESTIMIENTO, CORRIENTE, POSICION, RENDIMIENTO, etc. Todas posiciones. Revestimiento muy celulósico. Penetración profunda con arco intenso. Escorias delga das y quebradizas. Sólo CC (+). 11 Similar. Específico para CA. Puede emplearse con CC (+) a expensas de la buena soldabilidad. 12 Todas posiciones. Recomendado a tope plano y horizontal. Revestimiento con gran cantidad de óxido de Ti. CC(+)yCA. 13 Similar. Buenos resultados a baja tensión nominal. CA y CC. 14 Similar con mejor rendimiento. Revestimiento con polvo de Fe. CA y CC (+) y (—). 15 Todas posiciones. Revestimiento básico. Sólo CC (+). 16 Similar. CAyCC(+). 18 Similar con mayor rendimiento. CA y CC (+). 20 A tope plano y rincón acunada. Revestimiento con gran cantidad de óxido de Fe. Acido. Escoria porosa y quebradiza fácilmente desprendible. CAyCC (+)y (—). 22 En plano. Revestimiento con gran contenido de óxido de Fe. CAy CC (+) y (—). 24 27 A tope plano y rincón acunada. Rutilo de mayor rendimiento (más polvo de Fe) que el Exx14. CA y CC (+)y(-)A tope plano y rincón acunada. Electrodo de contacto tipo ácido. CA y CC (—). 28 A tope plano y rincón acunada. Mayor rendimiento.que el Exx18. CA y CC (—). 48 Todas las posiciones incluida vertical descendente. CA y CC (+>. Para soldadura de una sola pasada. 163 CLASIFICACION SEGUN DIN 1913 1 LETRA 2 DIGITOS 1 DIGITO 1 DIGITO 1-3 L 1-2 D. 3 DIGITOS E RESISTENCIA A LA TRACCION L ELASTICO ALARGAMIENTO E. CHOQUE 28 J. E. CHOQUE A 47 J. PROPIEDADES ELECTRODO RENDIMIENTO zz SIMBOLO ELECTRODO RECUBIERTO PARA SOLDADURA AL ARCO 120 140 160 180 etc. SIMBOLO RESISTENCIA A LA TRACCION N/mm.2 L ELASTICO N/mm.2 43 51 430-550 510-650 360 380 SIMBOLO ALARGAMIENTO (l=í 5d %) T. PARA E. MIN. CHOQUE 28 J. E43 y E51 °C — — +20 0 -20 -30 -40 0 1 2 3 4 5 TIPO DE ELECTRODO A1 A2 R2 R3 R (C) 3 C4 A5 RR6 RR (C) 6 AR7 BR (B) 7 RR8 RR (B) 8 B9 BR9 B10 B (R) 10 RR11 AR11 B12 B (R) 12 22 22 24 24 24 POSICION SOLDADURA 1» 2) 1 1 1 2 1 1 2 2 1 2 2 2 2 1 1 (1) 2 2 4 4 4 4 CORRIENTE POLARIDAD 3) 4) 5 5 5 2 2 0* 5 2 2 5 5 2 5 0+ 6 0+ 6 (3) (3) (3) (3) 5 5 0+ 0+ (6) (6) (6) (6) (6) RENDIMIENTO NOMINAL % 105 (120 Bás.)< 135 < 155< 175< etc R. N R R N. M. N. N < 135 < 155 < 175 <195 T. PARA E MIN CHOQUE A 47 J SIMBOLO °C 0 1 2 3 4 5 TIPO DE REVESTIMIENTO Acido (delgado) Acido (delgado) Rutilo (delgado) Rutilo (medio) Rutilo-Celulósico (medio) Celulósico (medio) Acido (grueso) Rutilo (grueso) Rutilo-Celulósico (grueso) Acido-Rutilo (grueso) Básico-Rutilo (grueso) Rutilo (grueso) Básico-Rutilo (grueso) Básico (grueso) Básico con ingredientes no básicos (grueso) Básico (grueso) Básico con ingredientes no básicos (grueso) Rutilo. Rdto^105 % Acido-Rutilo. Rdto.^105 % Básico. Rdto^l 20 % Básico con ingredientes no básicos. Rdto>120 % 164 +20 0 -20 -30 —40 CLASE ELECTRODO 5) 1 2 2 3 3 4 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 II Los núm ( ) son válidos para 0 pequeños yo rendimientos bajos 3) Los núm. ( ) son válidos bajo ciertas condi ciones En caso de tipos similares, por ejemplo RR6, RR8. la clase más alta se refiere a mejores pro piedades mecánicas 5) 2) SIMBOLO 1 2 3 4 4) SIMBOLO POSICIONES TODAS POSICIONES Todas ex ver’ cal descendente Plano (a tope ’neón) y rin cón horizontal-»- 'bcal Plano (a tope y rir._ n) POLARIDAD RECOMENDADA TENSION NOMINAL 0 +ó— NO 1 2 3 +ó— 50 50 50 4 ’Ó — 70 70 70 +ó— 90 90 90 5 6 7 8 9 CLASIFICACION SEGUN ISO 2560 2 DIGITOS 1 DIGITO RESISTENCIA ALARGAMIENTO ENERGIA TIPO DE REVESTI DE CHOQUE MIENTO 1 LETRA A LA TRACCION E 1 ó 2 LETRAS 3 DIGITOS RENDIMIENTO 1 DIGITO 1 DIGITO 1 LETRA POSICION CORRIENTE DE SOLDADURA CONTENIDO EN H, DE SOLDADURA ADICION DE LA LETRA (H) QUE INDICA ELECTRODO RECUBIERTO PARA SOLDADURA CONTENIDO MAX DE H, DE 15 mi/100 g. DE METAL DEPOSITADO (METODO MER AL ARCO CURIO) SIMBOLO RESISTENCIA A LA TRACCION N/mm2 43 430-510 51 POLARIDAD RECOMENDADA TENSION NOMINAL 0 ♦Ó— NO 1 2 3 *Ó— — 50 50 50 4 5 6 ♦ó— 70 70 70 7 8 9 ♦ó— — 90 90 90 510-610 ' SIMBOLO SIMBOLO ALARGAMIENTO MIN (I 5d ’.<> 0 T PARA E MIN E 43 E 51 CHOQUE A 28 J °C - - - 1 20 18 *20 2 22 18 0 3 24 20 -20 4 24 20 -30 24 5 20 -40 A AR 8 C R RR S REVESTIMIENTO POSICIONES 1 2 TODAS POSICIONES TODAS EX. VERTICAL DESCENDENTE A TOPE PLANO (EN RINCON ACUNADA) RINCON HORI ZONTAL-VERTICAL A TOPE PLANO (EN RINCON ACUNADA) COMO 3 INCLUSO VERTICAL DESCENDENTE 4 ACIDO (OXIDO DE Fe) ACIDO (RUTILO) BASICO CELULOSICO RUTILO (R. MEDIO) RUTILO (R GRUESO) OTROS TIPOS 5 RENDIMIENTO * SIMBOLO 3 SIMBOLO ♦ % — INDICA SOLO RENDIMIENTOS 05% — REDONDEAR AL MULTIPLO DE 10 IN MEDIATO — VALORES TERMINADOS EN 5 SE RE DONDEAN AL SIGUIENTE MULTIPLO DE 10 165 Capítulo 10 METODOS OPERATORIOS EN SOLDADURA ELECTRICA MANUAL 1. INTRODUCCION Para soldar dos piezas metálicas correctamente es preciso: - Elegir el procedimiento de soldadura apropiado, el material, la posición, etc. - Preparar los bordes de las piezas según su espesor. - Elegir el material de aportación en función del material base y de las caracte rísticas mecánicas necesarias en la unión soldada. - Definir el punteo, los puentes o fijaciones necesarios para que la pieza no se deforme durante el soldeo. - Calcular las dimensiones de los cordones de soldadura. - Estudiar las secuencias de soldeo, para que no se produzcan cambios metalúr gicos . - Aplicar una técnica operatoria adecuada. La correcta aplicación de la técnica operatoria es fundamental para la consecu ción de una soldadura libre de defectos y que cumpla con sus funciones mecánicas. La técnica operatoria requiere que los soldadores tengan conocimientos teóricos de electricidad, de los consumibles, de los materiales base, de los gases de protec ción, y de los efectos del arco eléctrico. Deben tener habilidad manual para mantener el arco estable y el baño de fusión controlado incluso en posiciones en las que tiende a caerse por la fuerza de la gravedad, coordinando todos los parámetros que entran en juego al soldar. El arco eléctrico, al ser un cono de fuego que va fundiendo el metal por toda su base a la vez que va aportando metal fundido por el centro de la misma, debe mante nerse a una altura adecuada ya que muy próximo al metal produce cordones abulta dos, estrechos y con mucha penetración; si está muy separado del metal aumenta la base del cono y funde una zona muy amplia que no se puede rellenar con el metal de aportación por lo que se producen cordones anchos con poco espesor y poco abulta dos, y zonas fundidas sin relleno llamadas mordeduras. 167 1.1. Operaciones a realizar para soldar piezas metálicas. La secuencia de operaciones a realizar para la soldadura de las piezas metálicas será la siguiente: 1) Se limpiará la superficie de las piezas dejándola libre de óxidos, pinturas, grasas, etc.. 2) Se posicionarán las juntas a soldar dejando las separaciones adecuadas y consi guiendo los alineamientos de piezas en el mismo plano, punteándolas y fijándo las con gatos o prensas para que no pierdan las dimensiones al calentarse. 3) Se llevará a cabo un precalentamiento en piezas que lo requieran por su espesor, etc. 4) El soldeo se efectuará con la intensidad adecuada y la secuencia de distribución de cordones que requiera la pieza. Si es necesario, se hará la limpieza del cordón de raíz. 5) Después de soldar se realizará un postcalentamiento a las piezas que lo requieran para aliviar tensiones y transformaciones metalúrgicas. 6) Si la pieza lo requiere, se mecanizará como en el caso de los recargues de ejes, chapas, eliminación del sobreespesor, ranurado de cordones, etc. 7) Las uniones soldadas se someten a la inspección de soldadura, con ensayos no destructivos. Si se aceptan como conformes pueden pasar a pintura, trata mientos térmicos de recocido, revenido, etc., tratamientos superficiales como galvanizado, cadmiado, etc. Si no se consideran bien soldadas o, se resanean, se preparan para soldar y se repite el proceso de soldeo, o se desechan. En el esquema siguiente pueden verse de forma resumida todas las etapas del proceso: ACABADOS ORGANICOS. TRATAMIENTOS QUIMICOS, ELECTROQUIMICOS, etc. ACEITE DE PRESERVACION Y ALMACENAJE 168 1.2. Posición del electrodo La posición del electrodo respecto a la pieza es muy importante ya que si no dis tribuimos el cono de calor del arco de forma simétrica respecto al eje de la unión sucede que hay zonas que se funden y no reciben metal de aportación y otras que quedan excesivamente penetradas y abultadas. Como norma general el electrodo debe desplazarse dentro de un plano perpendi cular al plano de la unión, en uniones de piezas contenidas en el mismo plano, y con una inclinación en el sentido de avance de 70 a 802. En uniones en ángulo el electrodo se desplazará con el mismo ángulo de avance dentro de un plano bisector de las pie zas a unir, en los primeros cordones y en los siguientes en el bisector de la cara de los cordones a unir o cordón y pieza. La velocidad de avance del electrodo, cuando se ha fijado la intensidad de soldeo idónea, influye en la forma del cordón ya que, si la velocidad es lenta, el exceso de material de aportación va formando un cordón abultado y ancho y si la velocidad es demasiado rápida, el cordón queda poco penetrado y como gota dispersa de metal de aportación. La velocidad de avance debe ser la adecuada y constante ya que una para da significa un abultamiento y un momento de mayor velocidad significa falta de material de aporte en el cordón. Según se va consumiendo el electrodo, se irá acercando la mano a la misma velocidad con objeto de mantener siempre la misma altura de arco. Para soldar correctamente se deben controlar las variables descritas de velocidad de avance constante, ángulo de avance y ángulo respecto a la pieza adecuado, acerca miento del electrodo según se consuma, mantenimiento de la misma distancia del arco a la pieza, y si la soldadura es en posición bajo techo hacer los movimientos pre cisos para que las fuerzas del arco impidan que se caiga el metal fundido. Para contro lar estas variables los soldadores necesitan un aprendizaje largo y unas dotes natura les de pulso y equilibrio, así como conocer las técnicas operatorias a emplear en los distintos tipos de uniones. -2. TECNICAS OPERATORIAS DEL SOLDEO DE LOS TIPOS DE JUNTAS MAS USUALES 2.1. Soldadura de planchas a tope con chaflán en V, posición horizontal La técnica es la siguiente: a) Se puntean las piezas a la distancia correcta y dejando el entrehierro requeri do (si no se indica en plano, para obtener una buena penetración se deja el ancho del diámetro de la varilla que se usará en el primer cordón y que al enfriar los puntos quedará más cerrado). b) Se deposita el cordón de raíz con 70s de ángulo de avance y la intensidad muy ajusta da para no producir desfondamientos; en corriente continua se suele poner el electro do conectado a positivo (polaridad inversa) para controlar mejor la penetración. c) Se deposita el cordón de segunda pasada o de limpieza en el que la intensi dad se lleva un poco alta para conseguir un baño de fusión caliente y limpiar las escorias e incrustaciones del cordón de raíz, que subirán a la superficie por tener menor densidad. d) Se puede rematar el cordón con una pasada ancha o con cordones sucesivos debiendo controlar el arco en los últimos cordones para no producir morde duras. 169 POSICIÓN DE LA PEZA EN a PUNTEADO POSICIÓN DEL ELECTRODO EN EL CORDÓN DE RAL? POSICIÓN DEL ELECTRODO EN El CORDÓN DE PASADA ANCHA 1° POSICIÓN DEL ELECTRODO EN EL CUARTO CORDÓN PASADA ESTRECHA POSICIÓN DEL ELECTRODO EN EL TERCER CORDÓN RASADA ESTRECHA POSICIÓN DEL ELECTRODO EN EL QUINTO CORDÓN PASADA ESTRECHA 170 2.2. Soldadura en ángulo interior, posición horizontal Técnica a seguir: a) El cordón de raíz se depositará con la intensidad un poco alta para conseguir pene tración y a una velocidad un poco lenta para rellenar las mordeduras laterales, con el electrodo a 70s de avance y coincidiendo más o menos con la bisectriz. b) Se bajará la intensidad para conseguir un cordón un poco abultado que sirva de soporte al siguiente. c) Se subirá la intensidad, regulando la velocidad para conseguir que no queden faltas de material y que no queden abultamientos de forma que el cordón final sea plano. d) Si no se indica la dimensión de la garganta de forma explícita, se considera aceptable el valor G = 0,7 E. i i >G 171 F 2.3. Soldadura en ángulo exterior, posición horizontal Técnica a seguir: a) Posicionar las pieza dejando igual separación respecto al plano vertical que respecto al horizontal. b) Punteado. c) Se deposita el cordón de raíz llevando en su final fundido los dos bordes de la mis ma lágrima. d) Se deposita el cordón de limpieza. e) Se depositan los siguientes cordones en las posiciones indicadas en la figura. POSICIÓN DEL ELECTRODO EN EL TERCER CORDÓN DE PASADA ESTRECHA 172 2.4. Soldadura en ángulo interior, posición vertical Técnica a seguir: a) Una vez punteadas las piezas, se procederá a depositar el cordón de raíz con una intensidad aproximadamente el 10% menor que la utilizada en posición horizontal, y moviendo el electrodo en sentido ascendente y descendente sobre el baño de fusión, dejando que se deposite una gota en cada bajada, y dando tiempo a que se enfríe el baño en cada subida para que no se caiga el metal fundido. c) Para depositar los siguientes cordones hasta conseguir la garganta requerida, existen dos formas: - por cordones estrechos que se realizarían como el cordón de raíz - por pasadas anchas que se realizarían con los movimientos y ángulos indica dos en el dibujo. I ANGULOS QUE FORMA ELELECTROOO RESPECTO A LA PIEZA Y EL AVANCE 173 2.5. Soldadura en ángulo exterior, posición bajo techo. Técnica a seguir: a) Posicionar y puntear las piezas. b) Depositar el cordón de raíz, consiguiendo que la penetración sea completa y deje un fino cordón posterior. El electrodo se desplazará a 80a en el sentido de avance, y contenido en un plano bisector. c) En los cordones sucesivos o de relleno se irá balanceando el electrodo lateral mente y su posición respecto a los bordes de la pieza será coincidente con la bisectriz del borde y el cordón anterior. 2.6. Recargues de planchas o ejes. Cuando se recargan con soldadura planchas o ejes para conseguir un sobrees pesor o reponer una zona gastada, se deben seguir las reglas ya indicadas de secuencias de soldadura y de distribución de calor con objeto de no deformar la pie za a soldar, ya que toda su superficie va a sufrir los efectos metalúrgicos de la solda dura. En general los recargues se hacen depositando (preferiblemente con baja intensi dad y electrodo de 3,25) unos cordones-guía en pasadas estrechas con la altura que llevará el recargue. Estos cordones se irán alternando de la forma siguiente: - En los ejes o cilindros se dividirá la sección circular en 8, 16 o más puntos; se irán depositando los cordones de modo que primero se deposite un cordón y el siguiente en el lado opuesto del diámetro que lo contiene, y así sucesivamente. 174 En planchas, se depositará el primero en el centro de una cara (a), el segundo y el tercero en los extremos de la cara opuesta (b), el cuarto y quinto en los extremos de la cara, y así sucesivamente. Una vez que se han conseguido los cordones guía, se procede a rellenar el espa cio entre ellos, yendo con el electrodo de cresta en cresta, y con movimiento de balan ceo, al objeto de aportar el material necesario para que no queden huecos, y que al mecanizar la pieza, esta no presente coqueros ni zonas huecas. El relleno se hace con electrodos de 4 mm. e intensidad alta. MOVIMIENTO Y AVANCE DEL ELECTRODO 175 3. SOLDADURA DE TUBERIAS. La soldadura de tuberías ofrece muchas dificultades para su realización, puesto que la mayor parte de sus uniones se hacen en obra, en posiciones difíciles y con dife rentes ángulos de encuentro. Se pasa por todas las posiciones de soldeo para su eje cución, realizándose en posición bajo techo la parte baja, en vertical ascendente y semi-ascendente las laterales, pasando por una posición en cornisa, y la parte alta se realiza en posición horizontal. Se puede realizar con posicionadores o viradores que hacen girar la tubería mientras el soldador coloca el electrodo en el punto más alto y regula la intensidad de forma que, según se mueve la tubería se vaya formando el cordón, y siempre lo reali zará en posición horizontal, tal como se muestra en el ejemplo de condiciones girato rias de soldeo de tuberías en horizontal. CONDICIONES OPERATORIAS DE SOLDADURA DE TUBERIA EN POSICION HORIZONTAL Especificaciones: Para el soldeo de tubos de a/c en posición horizontal , Material base Proceso de preparación Chapa de a/c Tubería de a/c de 3 ó<4" Preparación de tubos y orden recomendable de soldeo (posición móvil) S = separación S = 2,5 mm / Material aporta ción Orden recomendable de soldeo del tubo a pla ca-base en (horizontal) p X 1° Soldar pasada de raíz con electrodo de tipo Rutilo 0 2,5. Previo puntado encima del soporte 2 ° Soldar pasada de vistodiad con electrodos de 0 2,5 en una junta y 3,25 en la otra Electrodo de Rutilo 0 2,5 Electrodo de ácido Ru tilo 0 3,25 Electrodo de ácido Ru tilo 0 4 1. ’ Pasada con electro A-R de 3,25 2. “ Pasada con electrodo acido Rutilo de 4 Proceso de soldadura Posición de sol Horizontal dadura Equipo de sol dadura aconse jable Transformador 70 V Pasadas ............................................................. Tubo RAIZ Tubo VISTOSIDAD Tipo y 0 del electrodo...................................... Rutilo 2,5 Rutilo 2,5 y 3,25 50-70 60-120 Intensidad de corriente (A) .............................. Placa-base RAIZ Y VISTOSI 1. “ Pasa-Raíz A-R 3,25 2. ° P. vistosi A-4 4 125-165 Directa (-) Polaridad............................................................ Precalentamiento.............................................. Ensayos mecánicos........................................... Ensayos no destructivos................................... Inspección visual, compartida y comentada con el alumno Observaciones Marcado de pieza para control 176 J El código ASME en las pruebas de homologación de soldadores, clasifica como la prueba de mayor dificultad la de soldadura de tuberías a 45- y con una brida cerca de la junta (6GR). En la figura se indican los ángulos de los segmentos de circunferencia en que se realiza cada posición de soldeo, así como el movimiento del electrodo para la solda dura de tubería fija en horizontal y rotando el soldador Secuencia de soldadura 177 Se presentan dos ejemplos de condiciones operatorias de la soldadura de tuberías. Uno en posición de cornisa (2G) y otro a 45° posición 6G del código ASME, en estos ejemplos se muestra como puede ser un modelo de impreso con las condiciones opera torias, en el que se dan los datos de: a) Preparación de bordes con el entrehierro, ángulo de bisel y talón. b) Datos del material base, tipo de acero, diámetro del tubo, espesor, etc. c) Datos del material de aporte, diámetro del electrodo y su longitud. d) Número de pasadas a realizar y sobreespesores. c------------------------------------------------ > CONDICIONES OPERATORIAS DE SOLDADURA Especificaciones: Para tubos en posición de cornisa P eparación de bordes (2G) o N -O C «0 * 2 a Material base Tubería de 20” de A/soldado API 5LS gr. X 60 20" 0 x 10 mm de grosor x 70 mm de longitud t------------- 7 ¿> I 1, 5-1 —<^5: Material aporte Electrodos celulósicos de 4-5 mm 0 350 de longitud P< sadas de so dadu ra 0,5-1 ti Gas de protec ción l & 1 1 r ? i 1 Posición de sol- 2 G Cornisa tubo fijo deo 0.5-2 Desalineamiento de bordes Ninguna Proceso de soldadura Eléctrica al arco Pasadas Raíz Segunda Resto Intensidad de corriente (A) .................. 110-120 160-170 3. a 180-200 4. a 170-180 5. a 150-160 Tensión de arco (V)............................... 30 30-35 3. a 30 4. a 25 5. a 25-30 Polaridad.............................................. - + + 0 de electrodo ...................................... 40 40 50 Oscilación del electrodo....................... Ninguna Ligero mto. de atrás hacia adel. Movimiento rectilíneo Limpieza................................................ Cepillado mecánico y esmerilado Tipo de pasada...................................... Estrechas no superior a 3 0 del electrodo Precalentamiento................................. Entre -10 °C y +10 °C ambiente, a 50 °C Menor de -10 °C ambiente a 100 0 C Temp. entre pasadas ............................ La de soldeo ininterrumpido T. Térmico pos soldadura .................... Enfriamiento protegido con temperatura ambiente in ferior a -10 °C Ensayos mecánicos............................... Tracción, impacto y plegado, S/API Ensayos no destructivos....................... Radiográfico al cien por cien 178 e) Posiciones de soldeo, horizontal, cornisa, etc. f) Parámetros a regular, intensidad, tensión, polaridad. g) Oscilación, tipos de movimientos. h) Operaciones, anteriores y posteriores, como precalentamientos, limpieza, tra tamientos térmicos, ensayos mecánicos, ensayos no destructivos. r CONDICIONES OPERATORIAS DE SOLDADURA DE TUBERIA EN POSICIONES MULTIPLES Especificaciones: Para tubos en posiciones múltiples, Preparación de bordes 45° (6G) Material base Tubería de 20" de A/soldado API 5LS gr. X 60 20" 0 x 10 mm de grosor x 70 mm de longitud punteado Electrodos celulósicos de 4-5 mm 0 350 de longitud Material aporte Pasadas de soldadura Gas de protec ción Posición de sol (6G) Posiciones múltiples, 45° deo (tubo fijo) Desalineamiento de bordes Ninguna Proceso de soldadura Eléctrica al arco Pasadas Segunda Resto 160-170 3. ’ 180-200 4. * 170-180 5. * 150-160 Intensidad de corriente (A) Tensión de arco (V) 5.* 25-30 Polaridad 0 de electrodo Oscilación del electrodo Ninguna Ligero mto. de 3.* y 4.* pasad, atrás hacia adel. ant. 5.* mto. transv. Limpieza Cepillado mecánico y esmerilado Tipo de pasada Estrechas no superior a 3 0 del electrodo Precalentamiento Entre - 10 °C y +10 °C ambiente, a 50 °C menor de -10 °C Temp, entre pasadas La de soldeo ininterrumpido T. Térmico pos soldadura Enfriamiento protegido con temperatura ambiente in ferior a -10 °C Ensayos mecánicos Tracción, impacto y plegado, S/API ^Ensayos no destructivos Radiográfico al cien por cien 179 Capítulo 11 SOLDADURA M I G/M A G 1. INTRODUCCION Desde hace algunos años, se utiliza el método de proteger el arco eléctrico y el baño de fusión mediante un gas protector. Al principio del desarrollo de esta técnica los cordones resultaban con muchos poros, debido a la presencia de oxígeno, ya que se utilizaba CO? como gas protector. Este problema se solucionó con el uso de elec trodos que contienen en su composición determinadas cantidades de elementos deso xidantes. Pero el CO? tiene una limitación y es que sólo se puede utilizar para soldar piezas de acero. Posteriormente se emplearon para la protección del arco gases inertes como el argón o el helio con los que no hay problema de reacción química entre el baño de fusión y el gas, pero el gas inerte tenía algunas limitaciones en la penetración. En con secuencia, se han desarrolado mezclas de gases activos e inertes para conseguir características parecidas de ambos. El CO? se sigue usando en empresas como astilleros, en las que es necesario sol dar muchas cantidades de chapas de acero de gran tamaño, y en las que el CO? da resultados aceptables y menores costes de producción. 1.1. Razones de la implantación del procedimiento MIG/MAG Este procedimiento se ha ido implantando en la industria de transformados metálicos en sustitución de otros procedimientos tradicionales. Esta implantación se debe principalmente a: 1) Sus características mecánicas. Con el procedimiento de arco eléctrico con protección gaseosa se obtienen mejores características mecánicas que con los méto dos manuales, de electrodo recubierto, soplete, etc, ya que al ser un hilo continuo, no hay que parar para cambiar el electrodo, operación que da lugar a que se enfríen los bordes; este enfriamiento obliga a calentar la pieza para volver a iniciar la soldadura, con lo cual hay una acumulación de tensiones y deformaciones. 181 Si ponemos como ejemplo el de la construcción naval, donde se sueldan gran des chapas de acero con empalmes cada cierta longitud, es notable la ventaja de no tener que parar hasta terminar el cordón, obteniendo una soldadura más fuerte y con menos riesgos de rotura o fisuraciones. 2) Las buenas características de penetración permiten la preparación con bordes más cerrados, con el consiguiente ahorro en material de aportación, tiempo de soldadura y deformación. En las uniones mediante cordones en ángulo, el procedimeinto MIG/MAG tam bién permite reducir el espesor del cordón en relación con otros procedimientos de soldeo. 3) La disminución de defectos. Comparando el procedimiento MIG/MAG con otros procedimientos de soldadura, está claro que a igualdad de condiciones se obtendrán menos defectos ya que: - Utiliza un gas protector que crea una atmósfera inerte tal, que evita la entrada en el baño de fusión de óxidos y partículas extrañas. - Al ser un proceso con capacidad de mecanización y robotización, no existe el cansancio del operario, con los consiguientes fallos humanos. - Todos los parámetros de soldadura son ajustados automáticamente, aunque en el caso de la semiautomàtica, es el operario quien debe controlar con su pulso la velocidad de avance y la separación de la pieza a la pistola. 4) Su gran diversidad. Existen actualmente equipos para todas las necesida des, con una amplia gama de accesorios que hacen la soldadura más asequible. La diversidad de pistolas según el tipo de unión a soldar, el vasto surtido de alambre electrodo, etc, constituyen algunos ejemplos. 182 5) La posibilidad de mecanización y robotización. Al tener la ventaja de la conti nuidad en el metal de aportación, es un método apto para la automatización.La investiga ción en este campo avanza rápidamente: mientras que en un principio era posible hacer un simple seguimiento de juntas por medios electrónicos, actualmente es posible progra mar un ordenador para que efectúe una serie de soldaduras, saltando de una a otra, e incluso cambiando los parámetros dependiendo de las condiciones de trabajo. El uso de robots libera a los operarios de los trabajos monótonos, y aumenta la calidad del trabajo. 6) Un continuo perfeccionamiento. El perfeccionamiento no sólo se refiere a la maquinaria, sino a la metalurgia y protección del hilo electrodo. Se encuentran nue vas aleaciones que satisfacen las características demandadas por los fabricantes, a la vez que aparecen nuevos productos químicos para la composición de los fluxes en los hilos tubulares, sin olvidar las nuevas mezclas de gases que consiguen una perfecta protección además de reducir las emisiones de gases contaminantes. La electrónica y la informática se van introduciendo en el procedimiento con la consiguiente perfección en los equipos, que se dotan de sistemas que permiten esta blecer parámetros de soldeo contenidos en memoria según sea el tipo de material, espesor, preparación de bordes, etc. 7) El abaratamiento de costos. Indudablemente se reducen en gran medida los tiempos muertos que hay en otros procesos, a la vez que se necesita menos mano de obra y no tan cualificada, debido a la sencillez del proceso. Si a esto le unimos la calidad de la soldadura, obtenemos un producto elaborado de forma más barata y con mejor posibilidad de venta. 2. FUNDAMENTOS DEL PROCEDIMIENTO Es un procedimiento de soldadura eléctrica en el que el arco eléctrico salta entre dos con ductores, que son el alambre electrodo y la pieza a soldar, en una atmósfera de gas protector. El arco eléctrico va acompañado de un gran desprendimiento de calor que puede alcanzar temperaturas del orden de los 4000QC. Este calor, sumado al que se produce por el choque de los electrones en el ánodo, provoca la fusión del metal base y el hilo electrodo. Procedimiento MIG/MAG 1. Boquilla metálica 2. Boquilla de contacto con corriente de soldadura 3. Gas de protección 4. Electrodo tubular 5. Flux del electrodo 6. Longitud libre de varilla 7. Arco eléctrico 8. Baño de fusión 9. Escoria líquida 10. Metal de soldadura sólido 11. Escoria solidificada 12. Cordón de soldadura 183 En el proceso MIG/MAG se usa la corriente continua o continua pulsatoria por dar mejores características de soldeo. Como forma de proteger el arco y el baño de fusión se emplea un gas protector; según sea activo o inerte, el procedimiento se denominará MAG o MIG respectiva mente. El electrodo que se emplea en este procedimiento es un hilo continuo y desnudo (cobrizado) arrollado en un carrete y que puede estar relleno de un polvo o flux que mejore sus características. Tanto el gas como el electrodo salen concéntricamente por la boquilla de la pis tola cuando se acciona el interruptor. La forma de alimentación es mediante unos rodillos de arrastre por presión movidos por un motor eléctrico. 3. EQUIPO DE SOLDEO. El equipo de soldadura MIG/MAG consta de los siguientes elementos (Figura 3): A) Fuente de alimentación de potencial constante, que puede ser un generador de corriente continua o un equipo transformador rectificador. B) Unidad de control, para la regulación de parámetros. C) Fuente de alimentación del hilo electrodo, la cual se encarga de conducir el hilo a través de una manguera en cuyo extremo se encuentra la pistola. D) Pistola, que es la encargada de energizar al alambre electrodo para que se establezca el arco, y desde la cual se inicia o corta todo el procedimiento. E) Equipo del gas protector, para aportar de una manera controlada el gas nece sario para que se realice la soldadura en las condiciones adecuadas. El con 184 junto puede ser estacionario (como es el caso para el sistema automático) o colocado en el equipo de soldadura (sistema semiautomàtico). En la actualidad existen equipos que satisfacen todas las necesidades de produc ción y que, con la adición de algunos elementos, transforman el sistema en automáti co o robotizado para conseguir: - Reducir tiempos - Obtener soldaduras de alta calidad - Eliminar las pérdidas de sobrantes - Reducir distorsiones y alabeos durante la soldadura 185 - Soldar todos los metales - Aportar menos pasadas de soldadura en un cordón 3.1. Generador. Fuente de corriente continua. La fuente de alimentación que se usa en la soldadura MIG/MAG debe producir corriente continua. Para ello, pueden usarse medios electro- mecánicos como el gene rador o bien electrónicos como el grupo transformador-rectificador o los convertido res de frecuencia. En este tipo de soldadura el calor se genera por el arco que se establece entre el extremo del hilo electrodo y la pieza. Para que la soldadura sea estable y uniforme, deben mantenerse constantes la tensión y la longitud del arco. Esto puede conseguir se de dos formas: 1. - Aportando el hilo a la misma velocidad con la cual se va fundiendo. 2. - Fundiendo el hilo a la misma velocidad con la cual se produce la alimentación. En soldadura se pueden distinguir dos tipos de generadores según la curva característica tensión-intensidad, la cual nos indica cómo varía la intensidad en rela ción con la tensión en el circuito de soldadura, desde la situación de circuito abierto a la de cortocircuito. Los generadores de característica descendente o de intensidad constante sumi nistran su máximo voltaje en circuito abierto, y su máxima intensidad cuando el elec trodo toma contacto con la pieza en la operación de cebado. Cuando el electrodo se separa, los valores de tensión e intensidad se estabilizan al valor normal seleccionado para el trabajo a realizar. Al usar estos generadores en soldadura MIG/MAG debe ajustarse la velocidad del hilo de forma que vaya en concordancia con la de fusión. Aún así, cuando se varia la distancia desde la boquilla a la pieza se produce una alteración en el voltaje que afecta negativamente a la uniformidad del cordón de soldadura. Para atender esta variación y conseguir un mejor control del arco de soldadura, se han desarrollado los generadores de potencial constante. Los generadores de potencial constante tienen la curva característica casi hori zontal. Su principal característica es que mantienen sin variaciones apreciables el mis mo voltaje, independientemente de la corriente que circule, con lo que se dispone de una intensidad casi ilimitada para fundir el hilo electrodo. Tienen por esto una capaci dad de autorregulación que les permite mantener un arco de longitud casi constante, o en otras palabras, suministrar la intensidad adecuada a la velocidad de alimentación establecida. En cuanto al reglaje de estos generadores, se actúa sólo sobre dos ele mentos: 1. - Un reostato en el generador que selecciona el voltaje adecuado. 2. - El mecanismo de alimentación para controlar la velocidad del hilo electrodo. No disponen de mando alguno para la regulación de la intensidad de corriente ya que ésta se adapta automáticamente a la velocidad de alimentación seleccionada. Algunos generadores incorporan un sistema mediante el cual se puede regular la pen diente de la curva característica, lo que dota a la máquina de una gran versatilidad. 3.2. Transformador - rectificador. Este equipo consta principalmente de un transformador similar a los ya mencio nados para la soldadura manual por arco eléctrico, y el cual se encarga de reducir la tensión de salida y aumentar la intensidad, de manera que se mantenga la relación de 186 potencias entre el primario y el secundario. Como es sabido, el transformador sólo funciona con corriente alterna, y como se necesita corriente continua para la soldadu ra, precisamos de un elemento que realice dicha transformación. Este elemento es el rectificador, compuesto por semiconductores, y el cual se conecta a la salida del secundario. La corriente obtenida a la salida del conjunto no es realmente una corrien te continua pura, sino pulsatoria, lo cual no afecta para nada al objetivo del equipo. Se llama rectificación a la conversión de corriente alterna en corriente unidirec cional o continua mediante dispositivos eléctricos o electrónicos, los cuales deben ofrecer baja resistencia a la corriente de un sentido y elevada a la de sentido contrario. El elemento rectificador principal es el diodo semiconductor. Los rectificadores se pueden clasificar en dos grupos generales: 1- .- Con resistencia infinita en el semiperiodo inverso. 2- .- Los que, con este tipo de resistencia, tengan una caída de tensión práctica mente constante en el semiperiodo directo. Los circuitos rectificadores más usuales son los siguientes: a) Rectificador de media onda. Es la forma más sencilla de rectificador y consiste en la conexión en serie de un diodo con la salida del transformador y la carga. El diodo sólo conduce en semiciclos alternos y la forma de la corriente será como indica la figura. (a) Tensión de alimentación Corriente de carga Corriente del diodo (a) Rectificador de media onda con condensador de filtro; (b) formas de onda del circuito. b) Rectificador de onda completa. Para mejorar el sistema rectificador anterior, la manera más evidente es aprove char los ciclos completos de la alimentación alterna en lugar de limitarse a la unidad de cada uno de ellos. El rectificador de onda completa exige un transformador con 187 toma intermedia, lo cual sirve para dos propósitos simultáneamente, ya que se puede aprovechar para variar la tensión de alimentación a un valor deseado. Durante los semiciclos que hacen al punto A positivo respecto al B, la corriente pasa por Di, y durante los restantes por D2. En ambos casos el retorno hacia C tiene lugar a través de la carga. Estos rectificadores presentan el inconveniente de que, al aumentar la corriente de carga, la tensión media de corriente continua disminuye y el rizado aumenta; no obstante, si la corriente de carga es suficientemente regular, este inconveniente no resulta perjudicial. Di U D2 ¿X(a) 188 c) Rectificador en puente. Este es un rectificador de onda completa que tiene la ventaja de no necesitar transformador con toma intermedia. Su principio de funcionamiento es simple: en los semiciclos de la tensión que hacen positivo al punto A con respecto al B, pasa corrien te de A a B a través de D2, la carga y Di, mientras que durante los otros semiciclos pasa de B a A a través de Ds, la carga y Dí. Al quedar siempre en serie dos de los diodos con la carga, resulta un inconve niente en la aplicación a tensiones bajas. Para hacer más constante la señal de salida de los rectificadores se usan los fil tros, cuya misión es la de rellenar los espacios existentes entre los impulsos de la corriente continua pulsatoria, para que así la carga reciba una corriente continua casi pura. El filtro básico es un condensador en paralelo con la carga. Existen también fil tros constituidos a base de circuitos electrónicos ya sean pasivos o activos. Rectificador en puente. d) Rectificadores gobernados. Estos rectificadores se han desarrollado por la necesidad de poder gobernar la potencia que se suministra a una cierta carga. Los resistores en serie tienen el incon veniente de que parte de la potencia es consumida por ellos. Los rectificadores gober nados tienen la propiedad de poder ajustar la potencia transmitida con un mínimo consumo. El más usado es el rectificador gobernado de silicio, cuyo componente bási co es el tiristor, que no es más que un diodo de cuatro capas con un electrodo de mando en una de las capas intermedias, la cual permite regular a voluntad la tensión de cebado. Estos rectificadores, en cuyo funcionamiento sería complicado entrar, pre sentan grandes ventajas como son: - Aligeramiento del peso y del costo de la máquina. - Mejor autorregulación respecto a las variaciones de tensión del primario. - Elementos para mando a distancia de muy pequeño volumen. - Posibilidad de regulación de la característica dinámica de la máquina. 189 3.3. Fuentes de arco pulsado Tienen la característica de poder soldar con transferencia spray con niveles de corriente bajos, lo que hace posible la soldadura en vertical a la vez que mejora la cali dad de ésta. Esto se consigue gracias a la generación de corriente por impulsos a dos niveles, uno de base y otro de pico. El impulso de base mantiene encendido el arco y al hilo con un cierto calentamiento durante un tiempo, pero sin que se pro duzca el aporte de materias. El impulso de pico termina de generar la gota para reali zar la aportación. El ajuste debe buscarse de forma que se consiga una gota por impulso, que es lo que permite el mejor control del baño de fusión. El equipo consta de dos unidades combinadas: el generador de corriente de fondo y el generador de impulsos. El prime ro es trifásico y de rectificación completa, y el segundo monofásico y sólo rectifica media onda. Ambos generadores son de potencial constante y están conectados en paralelo con una conmutación adecuada para conseguir una corriente unidireccional. El manejo de este equipo es similar al de los generadores convencionales de potencial constante: 1. - Antes de cebar el arco, es nece sario ajustar el voltaje máximo del impulso al valor adecuado (según el electrodo). 2. - A continuación se regula la velocidad de alimentación has ta conseguir una intensidad adecuada al espesor a soldar. 3. - Se ceba el arco y se actúa sobre el voltaje del generador de fondo hasta conseguir una longitud de arco conveniente. 100 Hz Todos los reglajes posteriores deben hacerse sobre el generador de fondo. El sistema de regulación puede ser de bucle abierto o cerrado. Cada vez es más fre cuente el de bucle cerrado, por el método denominado sinèrgico, en el cual, el alimentador, la máquina o ambos, manifies tan una interacción correctora sobre cual quier desviación de unos valores ya fijados en el sistema de control. La prese lección se efectúa en función de los requerimientos del cordón. 190 3.4. Unidad de alimentación de alambre La unidad de alimentación de alambre es el dispositivo encargado de hacer llegar el alambre electrodo hasta la pistola para fundir se en el arco. Tiene gran importancia ya que la calidad y uniformidad del cordón de soldadura dependen de que el alambre llegue al tubo de contacto con una curvatura pequeña (mínima), sin mordeduras y a una velocidad constante. Para esto, el arrastre ha de ser uniforme, sin deslizamientos en los rodillos, y con parada instantánea. Generalmente los alimentadores son de velocidad constante, y ésta se establece antes de comenzar a soldar. Los sistemas de veloci dad variable sólo se pueden usar con fuentes de alimentación de característica descendente, ya que la velocidad de alimentación va en rela ción a las variaciones en el voltaje del arco. El sistema de alimentación puede montar se sobre el generador de soldadura o separado del mismo. Dependiendo fundamentalmente del diámetro y composición del alambre usado, y a veces de la distancia entre el carrete y la pistola, el sistema de alimentación puede ser de arrastre, de empuje o combinado. Su principio de funcionamiento se puede ver claramente en la figura 9. El alambre del carrete llega a un sistema de arrastre compuesto de rodillos, uno de tracción que tiene un surco calibrado según el diámetro del hilo y otro de presión. En la mayoría de los equipos es un sis tema de arrastre el que devana el hilo del carrete y lo empuja por un conducto flexible hasta la pistola. Algunas unidades disponen de un siste ma de enderezado del alambre, el cual obliga al alambre a adoptar una flecha inversa a la que conserva al devanarse. Esta curvatura es conve niente eliminarla, a fin de evitar rozamientos que produzcan desgastes en puntos de los órganos de conducción. Los motores que accionan los rodillos de arrastre son generalmente de corriente continua, y, rara vez, el mecanismo es accionado por aire com primido. Figura 9 En este sistema, el ajuste de intensidad es sincronizado y variará a medida que la uni dad de control aumente o disminuya la veloci dad de alimentación, con el fin de mantener la longitud de arco. 191 3.5. Pistola de soldadura La misión de la pistola de soldadura es la de dirigir el alambre electrodo, el gas de protección y la corriente al electrodo hacia la zona de soldadura. Son considera blemente más complejas que las emplea das para soldadura manual con electrodos revestidos. Pueden llevar una refrigeración natural o bien forzada mediante agua, según el uso a que se vayan a destinar. Hay pistolas que incorporan un pequeño sistema de tracción que tira del hilo, ayudando al sistema de alimentación, y son adecuadas cuando se trabaja con alambres de pequeño diámetro o de mate rial blando. En ocasiones, incluso se añade una pequeña bobina de alambre con capa cidad limitada a 1/2 ó 1Kg de peso de elec trodo. El pulsador o gatillo del que dispone la pistola controla el sistema de alimenta ción, la corriente de soldadura, la circula ción del gas protector y la del agua de refrigeración en su caso, y un temporizador que una vez que se extingue el arco, retrasa el cierre de la válvula del gas, man teniendo la circulación hasta la solidifica ción del extremo del cordón. Los elementos más importantes de la pistola para semiautomàtica son: 1. - La boquilla. Se construye normal mente de cobre o cuproberilio, con un diámetro interior que oscila entre 3/8 y 7/8 de pulgada, según el tamaño de la pistola. 2. - El tubo de contacto es de cobre y guía el electrodo a través de la boquilla, suministrándole la corriente. 3. -Conducto de alimentación del alambre a través del cual el elec trodo llega procedente de una bobina. 4. -Tubería de suministro de gas de protección a la boquilla. En algunos casos, el tubo de contacto suele tener una pequeña curvatura para garantizar la existencia de contacto eléctri co con el alambre en movimiento. 192 Las pistolas refrigeradas por agua son similares a las refrigeradas por aire, con la simple adición de tuberías y conductos que permiten la circulación de agua alrededor del tubo de contacto y la boquilla. La selección del tipo de refrigeración se debe basar en el tipo de gas, intensidad y voltaje de soldadura, diseño de las juntas y experien cias anteriores. Cuando se suelda con CO? se pueden soportar mayores temperaturas, debido a la enérgica acción refrigerante de este gas. Las pistolas de soldadura automática tienen generalmente los mismos componentes que las de semiautomàtica. Se pueden montar en una cabeza soldante fija o con sistema de oscilación. Por lo general, las pistolas para máquinas automáticas disponen de refrigeración forzada (agua, gas o aire), debido a que las condiciones de trabajo son más severas. En algunos modelos de pistolas, el gas de protección se hace llegar al arco a tra vés de conductos externos en lugar de conductos internos a la pistola. 3.6. Equipo del gas de protección La alimentación de gas se hace por canalización o desde la botella de gas com primido, la cual dispone de un manorreductor que reduce la presión de envase a la de trabajo y conectado a el se coloca un caudalímetro que nos permite regular el caudal necesario en cada caso de soldadura. Cuando el gas de protección es CO2, es preciso intercalar entre la botella y el caudalímetro un calentador de gas para evitar que éste se hiele a la salida de la botella, asegurando un suministro de gas seco. El conducto de gas llega a la unidad de control, donde están dispuestas las electroválvulas, tanto del gas como del refrigerante en su caso. La electroválvula del gas se acti va con el interruptor de la pistola, y deja pasar el gas durante el tiempo de soldadura. 4.-GASES DE PROTECCION 4.1. Necesidad de protección de la soldadura MIG/MAG Para que un cordón de soldadura se desarrolle en buenas condiciones, es nece sario entre otras cosas que se realice en una atmósfera controlada. Ya hemos visto que en la soldadura con electrodos recubiertos, los gases que rodean y protegen al arco proceden de la combustión de sustancias contenidas en el revestimiento del elec 193 trodo. En el caso de la soldadura MIG/MAG la protección la proporciona el gas sumi nistrado a través de la boquilla procedente de una fuente externa. El aire de la zona de soldadura se desplaza debido a este chorro de gas, lo cual hace que el arco y el baño de fusión se mantengan en el interior de una atmósfera protegida del nitrógeno y el oxígeno contenidos en el aire, que se pueden mezclar con el metal en fusión y formar óxidos y nitratos metálicos, contaminando el material y su aportación. Al ser el oxígeno un elemento muy activo, combina fácilmente con los metales, for mando óxidos y gases perjudiciales para la soldadura. En los aceros aleados, la oxida ción se puede evitar añadiendo desoxidantes como el manganeso y el silicio al metal de aportación. Estos elementos se combinan con el oxígeno y forman una ligera capa de escoria que flota sobre el baño de fusión. En la zona de soldadura hay oxígeno libre que al combinarse con el carbono del acero forma monóxido de carbono; si éste CO no se desprende del baño de fusión durante el enfriamiento forma porosidad en el cordón. El nitrógeno disuelto en el aire es el que mayores dificultades puede plantear en la soldadura de los aceros. El hierro en estado de fusión es capaz de disolver grandes cantidades de nitrógeno, pero en el enfriamiento la solubilidad disminuye, por lo que el gas en exceso precipita en forma de nitruros o nitrógeno libre. Estos nitruros hacen que se reduzca notablemente la resiliencia y la ductilidad, lo que ocasiona general mente fisuraciones en la zona afectada, mientras que el nitrógeno libre puede dar lugar a porosidades. Debido al alto porcentaje de nitrógeno en el aire (78%), es preci so proteger convenientemente el baño de fusión durante la soldadura. También el hidrógeno tiene un efecto negativo sobre las características del metal depositado. Con el hidrógeno ocurre igual que con el nitrógeno, no puede disolver todo el presente cuando se enfría. Al quedar el gas aprisionado en una estructura sóli da, crea unas tensiones que pueden dar lugar a fisuras o roturas. Es pues importante eliminar de la zona de soldadura estos componentes del aire, cosa que se consigue con la protección de un gas inerte o mezcla de gas inerte con CO2. 4.2. Función y propiedades de los gases Cuando aumentamos la temperatura de un gas, éste se ioniza, y de sus átomos disocia dos se libera un electrón, llegando al estado de plasma. El plasma de arco depende entre otras cosas de las propiedades físicas de los gases de protección como: - Energía de ionización - Energía de disociación - Conductividad térmica y su dependencia sobre la temperatura. - Conductividad eléctrica y su dependencia sobre la temperatura. La ionización consiste en la desintegración de los átomos o moléculas en iones y electrones, para lo que se requiere una energía que es tomada del arco. Dependiendo de la energía ionizada y la conductividad del gas, se dotará al arco de un mayor o menor contenido de energía. La disociación, por otra parte, es la descomposición en elementos más simples por la acción del calor, que también se toma del arco. Cuando el plasma vuelve a su estado gaseoso tras el contacto con la pieza, la energía ionizada y disociada se libera y se transfiere a la pieza de trabajo. La conductividad térmica de un gas tiene gran influencia en la temperatura del arco. Según sea el gas que utilicemos como protección, obtendremos una mayor o menor penetración dependiendo de la producción de energía calorífica del gas en cuestión. Así pues, con un gas inerte puro se obtiene menor penetración que con CO2. No siempre se desea una máxima penetración, para lo cual se han desarrollado unas 194 mezclas de gases que se adaptan a cada trabajo de soldadura. Una muestra de la influencia de los gases en la penetración se puede ver en la tabla de la figura 13. Influencia de los gases de protección en el arco. Corriente de soldadura 340 Amp. Tensión de soldadura 29 Volt. Velocidad de soldadura 60 cm/min. Posición de soldadura horizontal Preparación a tope Material Ac. St 37, esp. 8 mm. La energía de ionización de un gas determinará la temperatura a la cual comienza la ionización y su dependencia con la temperatura que alcanza el arco. En gases multiatómicos, también la energía de disociación tiene una gran influencia sobre las pro piedades del arco. La disociación tiene lugar a temperaturas muy bajas y antes de la ionización, incrementando el contenido energético del gas. Por esto, si añadimos hidrógeno al gas de protección incrementamos la transmisión de calor a la pieza. 195 La conductividad térmica y su dependencia sobre la temperatura también influye en las características del arco. Los procesos de disociación e ionización dotan al arco de sus características eléc tricas (dependencia del voltaje sobre la corriente). Influencia del hidrógeno sobre la soldadura. Ya se han estudiado los peligros que entraña la inclusión del hidrógeno del aire circundante en el cordón de soldadura; pero puede ocurrir que el hidrógeno prove niente del gas de protección sea el que se introduce en el baño y agríe el material. El hidrógeno se concentra en las pequeñas inclusiones de escoria originando los llama dos "ojos de pez", que en los ensayos de rotura se traducen en zonas brillantes dis puestas irregularmente alrededor de la superficie de rotura, en cuyo centro casi siem pre se encuentra un poro o una inclusión de escoria. 4.3. Selección del gas de protección Son varios los factores que debemos tener en cuenta a la hora de elegir el gas adecuado para el proceso de soldadura MIG/MAG. Los más destacados son: - Tipo de material a soldar - Espesor de la unión a realizar - Requerimientos de calidad - Factores metalúrgicos - Modo de transferencia Un factor también muy importante en la formación de un cordón es la influencia de la conductividad térmica de los gases. Aunque los gases inertes protegen el arco de los agentes contaminantes, no siempre son los indicados como protectores en sol dadura. Así pues se recomienda que se mezclen los gases inertes con cantidades con troladas de gases reactivos, como el dióxido de carbono, oxígeno y nitrógeno, consi guiendo mezclas que producen un arco estable y sin salpicaduras. Se debe seleccionar el gas de protección según la transferencia del metal de aportación. Los dos cuadros siguientes muestran las variables a tener en cuenta según se trate de transferencia en cortocircuito o transferencia pulverizada. 196 a) - Transferencia en cortocircuito. Tipo de metal Gas de protección Resultados y ventajas ACEROS AL CARBONO Argón con 20-25 % de CO2 En espesores inferiores a los 3'5 mm se obtiene una alta velocidad de soldadura, buena fusión y penetración con muy pocas salpicaduras y mínima distorsión de la pieza bajo proceso. ACEROS AL CARBONO 50 % Argón, 50 % CO2 Usando esta mezcla para espesores superiores a los 3'5 mm se obtiene un mínimo de salpicaduras, óptimo control del arco de soldadura en posición vertical y sobre cabeza. ACEROS AL CARBONO CO, Alta velocidad de aportación de la soldadura, penetración profunda, a menor costo (siendo el dióxido de carbono mas barato que el argón y que el helio), pero con una proporción de salpicaduras más alta en especial en pequeños espesores. ACEROS DE BAJA ALEACION 60 - 70 % Helio 25 - 35 % Argón 4 - 5 % Dióxido de carbono Buena resistencia, unas excelentes características del material apotado y de contorno del cordón; produce pocas salpicaduras. ACEROS INOXIDABLES 90 % Helio - 7'5 % Argón 2'5 % Dióxido de carbono No produce ningún efecto dañino en la resitencia a la corrosión; una buena estabilidad del arco de soldadura; no produce distorsión de la pieza bajo proceso dada la poca aportación de calor y no produce socavaciones. b) - Transferencia pulverizada. Tipo de metal Gas de protección Resultados y ventajas ACEROS AL CARBONO co2 Con el sistema automático de soldadura produce cordones a altas velocidades . También én el método de soldadura manual con dióxido de carbono nos proporciona óptimos resultados, con bajos costos mucho más inferior que los demás gases. 197 4.4. Tipos de gases. Mezclas En la soldadura MIG/MAG puede emplearse como gas de protección un gas solo en estado puro, o bien una mezcla de dos o más gases con el fin de mejorar las carac terísticas. Los gases y mezclas mas usados son los siguientes: DIOXIDO DE CARBONO ( CO2 ). Es un gas multiatómico, en el cual cada molécula está compuesta de un átomo de carbono y dos de oxígeno. Su fórmula química es CO2. Las características propias del gas son: - Es incombustible. - Es incoloro e inodoro, con tendencia a un gusto ácido. - Es 1'5 veces más pesado que el aire, y se licúa para su transporte y almacena miento. - Es un gas reactivo. Aunque a temperatura ambiente se comporta como un gas inerte, a elevadas temperaturas como la del arco eléctrico, se disocia en monóxido de carbono y oxíge no hasta que la concentración de oxígeno alcance un 20 ó 30 % . La atmósfera de CO2 posee un carácter oxidante que obliga a utilizar hilos ricos en elementos desoxidantes, como pueden ser el manganeso, silicio, aluminio, etc. Básicamente existen dos formas de obtener el CO2: como producto de la com bustión de sustancias como el gas natural, el fuel-oil o el carbón de cok, o bien como subproducto en las operaciones de calcinación en hornos de cal, fabricación de amoníacos y fermentación del alcohol, donde se obtiene una pureza de casi el 100 %. Las normas para soldadura exigen que el grado de pureza sea tal que garantice que el punto de rocío no se presente hasta temperaturas ¡guales o inferiores a -4'5fiC. Las ventajas de usar CO2 en la soldadura son: - Proporciona penetraciones más profundas y anchas en el fondo. - Reduce las mordeduras y mejora el contorno. - Resulta más económico. Como principal inconveniente cabe resaltar su tendencia a producir arcos enérgi cos, que presentan problemas de proyecciones cuando el aspecto del cordón es importante. Se suele usar el dióxido de carbono para la obtención de mezclas protectoras con gases inertes. ARGON Se obtiene por la destilación del aire, donde se encuentra en una proporción del uno por cien. Es aproximadamente diez veces más pesado que el aire, lo que lo hace más efectivo al formar una cubierta protectora sobre la zona de soldadura después de haber salido de la boquilla. Al ser un gas inerte no reacciona con el metal a soldar. El arco es muy estable y fácil de encender, permitiendo un buen control del proceso. El cordón realizado tiene más penetración en el centro que en las orillas. Es más adecuado para materiales de poco espesor y baja conductividad térmica. 198 HELIO Es un gas muy ligero que se encuentra en la tierra en forma de gas natural. Exis ten muy pocos manantiales en el mundo, lo que unido a los problemas de distribución hacen que su precio sea elevado. El helio es mucho más difícil de manejar debido a su baja densidad y bajo punto de ebullición, aunque su conductividad térmica es alta. Por razones de su elevado coste, sólo se usa en soldaduras donde realmente exista una ventaja en su uso. El arco tiene un alto contenido en energía, lo que permi te soldaduras a alta velocidad. La alta energía ionizada del helio produce problemas en el cebado del arco, por lo que se ha de usar un flujo de protección mayor debido a la baja densidad del gas. Se usa el helio para materiales gruesos, y las soldaduras presentan un cordón con refuerzos más anchos. MEZCLAS ARGON - CO2 En soldaduras sobre aceros al carbono, donde la protección con CO2 no permite obtener los resultados adecuados, sobre todo cuando se debe cuidar el aspecto super ficial y reducir al mínimo las proyecciones, se suele recurrir a las mezclas de argón con COz. Las proporciones están limitadas, admitiéndose en algunos casos hasta el 80 % de CO2. La tendencia generalizada es usar mezclas ricas en dióxido de carbono para abaratar los costes, siempre que permita obtener los resultados deseados. Aunque en el mercado existen botellas con mezclas de distintas proporciones, ésta también puede ser realizada por el soldador utilizando botellas de ambos gases provistas de caudalímetros para regular los porcentajes, lo que presenta unas venta jas: - Permite variar las proporciones de la mezcla. - Consigue mezclas relativamente homogéneas. - Resulta mucho más económico. Las mezclas de ARGON - CO2 se emplean en la soldadura de aceros al carbono, aceros débilmente aleados y aceros inoxidables. MEZCLAS ARGON - HELIO - CO2 Su principal aplicación es la soldadura de aceros inoxidables austeníticos. Permite realizar cordones de excelente aspecto y mínimo sobreespesor, por lo que resulta espe cialmente adecuado para trabajos en los cuales interese una superficie lisa y sin resaltes. Se usa sobre todo en la soldadura de tuberías de acero inoxidable. MEZCLAS ARGON - CO2 - NO Durante la soldadura al arco con protección gaseosa se desprenden gases noci vos, entre ellos el ozono, cuyo valor límite admisible es muy bajo. Debido a la relación del ozono con los óxidos de nitrógeno, si añadimos óxido nítrico al gas de protección, podemos reducir notablemente el nivel de ozono. Existen mezclas comercializadas que pueden reducir los niveles de ozono hasta un nivel del 90 %. Esto es debido a que se le incorpora al gas una pequeña cantidad de NO, de manera que el ozono generado reacciona con él formando dióxido de nitró geno y oxigeno libre. O3 + NO--------- > NO2 + O2 199 4.5. Gases y mezclas. Clasificación según DIN 32526. PROCEDIMIENTO CLASIFICACION GAS DE PROTECCION ARGON-40 ARGON-48 ARGOHELIO-25/75 SIGMA-1/2/3 SIGMA-8/12 ARGONHELIO-30 H ARGONHELIO-15 C C-2 C-15 C - 25 STARGON/COXARGON CO2 COMPOSICION DIN 32526 GRUPO ARCO CORTO ARCO LARGO ARCO PULSADO Ar 99'990 Ar 99'998 Ar - He Ar-O? AR-O2 Ar-He-CO2-H2 Ar-He-COí Ar-COí Ar-CO; Ar-COí Ar - CO2 - O2 CO2 11 11 I3 M 11 R 23/R 33 * * * * * * * * * * * * * * * * * * M12 M12 M21 M21 M 22/ M 32 C1 * * * * * * * * * * * 4.6. Caudal del gas protector En la mayoría de los procesos de soldadura se deben adoptar valores de caudal comprendidos entre 14 y 17 litros por minuto según las condiciones particulares del trabajo a realizar. El reglaje perfecto del caudal dependerá del material a soldar, de la posición de soldeo, del diámetro del hilo, del tipo de junta y de la natura leza del gas. Si el caudal del gas es el correcto, el arco presenta un silbido característico; si por el contra rio el caudal es insuficiente, el arco "petardea" y se manifiesta por una decoloración de la soldadu ra, porosidad y aumento de las proyecciones. La dirección de la corriente del gas protector es un factor muy importante a la hora de conse guir una protección adecuada. Se han de eliminar las influencias exteriores que puedan alejar la corriente del gas de la zona del arco, y ajustar la boquilla en la posición adecuada. La distancia de la boquilla a la pieza es importante. Una distancia excesiva redu ce la efectividad del gas, mientras que una distancia muy corta provoca cráteres en el cordón y proyecciones en la boquilla que reducen la vida de la misma. 4.7. Factores que influyen sobre el gas de protección Los principales factores que influyen sobre el gas de protección son los siguientes: * Turbulencias: si existen turbulencias cerca de la zona de soldadura que pue dan causar corrientes de aire, desplazan el gas de protección. 200 * Flujo de gas: si disponemos un flujo de gas inadecuado, muy alto o bajo, pue de ocurrir que el gas de protección se mezcle con el aire o sea insuficiente. * Angulo de la pistola: se le debe dar a la pistola el ángulo adecuado, el cual no debe exceder de 10 - 202, ya que puede ocurrir que el aire sea succionado por el flujo de gas dentro de la atmósfera protectora. * Longitud libre de varilla: cuando la longitud libre de varilla es muy larga se originan turbulencias, el arco se quema en la parte exterior del gas y el aire puede entrar sin problemas dentro del arco. * Colocación incorrecta del tubo de contacto y la tobera: puede ocurrir que el tubo de contacto y la tobera del gas no estén dispuestos concéntricamente. * Obstrucciones: regular mente se debe limpiar la boquilla de las proyecciones depositadas, ya que influyen . en la turbulencia del flujo de gas. Cuando aplicamos silicona en spray a la tobera, no debemos dirigir el chorro directamente a ella, para no obstruir los canales. 4.8. Gas de protección en la raíz El gas de protección debe estar presente hasta que todo el oxígeno desaparece de la superficie del metal a soldar. Se deben por lo tanto efectuar unos baldeos de lim pieza antes de comenzar a soldar. El número de baldeos se determina en cada caso y están relacionados con cómo se ha preparado la protección de raíz: el objetivo se cumple cuando no se forman óxidos durante la soldadura. 201 Una vez determinado el número de baldeos o cambios de volumen, calculamos con la ayuda de un monograma el tiempo que debe durar. Cuando termina la opera ción, se deja que baje la temperatura de la superficie hasta que pase el límite de oxi dación peligrosa. En el caso de una plancha lisa, la protección de raíz se consigue mediante un dis positivo en forma de canal a través del cual fluye el gas de protección por debajo del cordón de la raíz. Se aplica el gas con una presión superior, ya que el gas soporta tam bién el metal fundido del cordón. Para soldaduras de secciones cilindricas con diámetro pequeño, la protección de raíz se consigue llenando todo el volumen. Si lo que se va a tratar es la unión de dos tubos, se usa un sistema consistente en unas bolas infiables que se colocan a ambos lados de la junta evitando que el volumen de gas sea embutido. 202 Las partes del sistema de protección son: 1. - Bolsas 2. - Discos de bloqueo 3. - Válvula 4. - Manguera flexible de metal para el gas de protección 5. - Conexión para la manguera de gas 6. - Dispositivo de extracción Los gases más usados para protección de raíz son el argón puro o mezclas de nitrógeno con aproximadamente un 10 % de hidrógeno. El gas de protección de raíz se debe mantener durante toda la operación de solda dura hasta que el metal se haya enfriado; antes de comenzar a soldar, el volumen debe bombearse al menos diez veces para asegurar que no quede oxigeno ni humedad. Cuando los conductos del gas han permanecido en desuso durante algún tiem po, hay una difusión del oxígeno y la humedad dentro del material del conducto, y se producirán defectos si no se purgan antes de usarlos de nuevo. Ocurre lo mismo si se cambian las gomas del gas de protección. 4.9. Formación de ozono Las radiaciones ultravio letas de una longitud de onda determinada (entre 130 nm y 240 nm) emitidas por el arco eléctrico, pueden generar ozono a partir del aire atmos férico. Estas radiaciones, al chocar con una molécula de oxígeno, disocian los dos áto mos, combinándose cada uno con una molécula de oxígeno y formando dos de ozono. Las radiaciones de longi tud de onda corta generan más ozono, y éste se forma en las proximidades del arco, ascen diendo en la cortina con los demás gases y humos genera dos durante la soldadura. Comparado con el oxí geno, el ozono es inestable y reactivo, y puede ser consu mido mediante reacciones químicas. Así pues, la presen cia de óxido nítrico en la sol dadura tiene una gran influencia sobre la cantidad de ozono generada como.se vio al estudiar los tipos de mezclas de gases. 203 5. PARAMETROS OPERATORIOS 5.1. Parámetros a regular A la hora de realizar una soldadura, debemos tener en cuenta una serie de pará metros que intervendrán en el arco y en el baño de fusión, condicionándonos, así como la transferencia del metal, la penetración y la forma del cordón. Parámetros a tener en cuenta son: - Tipo de corriente y polaridad. - Tensión. - Intensidad y Velocidad de alimentación del hilo. - Longitud libre de varilla. - Naturaleza y cantidad de gas. - Diámetro del electrodo. 5.2. Tipo de corriente y polaridad En MIG/MAG se usa corriente continua; la polaridad influye enormemente en el comportamiento del arco, penetración y velocidad de fusión. Normalmente se trabaja con la pistola conectada al positivo, lo que se denomina polaridad inversa y es la que permite obtener mejores resultados. Esto es debido a que la mayor parte del calor se concentra sobre el baño de fusión, y ejerce una enérgica acción de limpieza sobre éste;lo cual es muy importante a la hora de soldar metales que originen óxidos pesa dos. Si queremos disminuir la penetración, podemos usar la polaridad directa. 5.3. Tensión Se regula desde el generador y es un factor que determina la forma de transpor te. La tensión elevada origina cordones anchos y de poca penetración, y con tensiones bajas los cordones son estrechos y abultados. La tensión nos dará un arco más o menos largo. Cuando el arco es largo (tensión alta), éste abarca más superficie de la pieza y produce una zona de fusión poco pro funda y amplia; además proporciona una mala protección e inestabilidad, lo que da lugar a proyecciones y mordeduras. Por el contrario, un arco corto (tensión baja) da lugar a zonas fundidas muy pequeñas, lo que hace aumentar la velocidad de solidifi cación y puede producir solapes debido al exceso de material aportado. Para una intensidad de corriente dada, el coeficiente de aportación disminuye proporcionalmente a la tensión de arco, debido a las pérdidas por radiación 5.4. Intensidad y velocidad de alimentación del hilo A la vez que controlamos la velocidad en metros de hilo por minuto, se autorre gula la intensidad. Esta sincronización evita que llegue al arco más hilo del que puede fundir, o que llegue menos y se funda la boquilla. La intensidad estará en función del calor necesario en el arco para fundir el espe sor de la chapa, el diámetro del electrodo, la penetración deseada, la posición de soldeo. La intensidad se regulará conjuntamente con la tensión, por lo que para un valor de tensión podremos regular en un campo de intensidades en los que el arco es esta ble y con pocas proyecciones y para valores inferiores a ese campo el electrodo cho cará con la chapa sin fundir adecuadamente, así como para valores superiores a ese campo el arco irá subiendo hacia la boquilla dando un cordón abultado y estrecho. 204 Dentro de este campo de trabajo el aumento de la intensidad servirá para aumentar la velocidad de soldeo o la cantidad de metal depositado. Según aumentamos la tensión y la intensidad obtenemos mayor densidad de soldeo y un mayor calor aportado. El campo de trabajo es mas amplio para las mez clas de argón y otros gases que para el CO2, lo que da como resultado menos defectos y más velocidad de trabajo aunque el CO2 consigue mayor penetración. 5.5.Longitud libre de la varilla La corriente de soldeo se transfiere al hilo en el cabezal de la pistola por medio del tubo de contacto. Es necesario que el punto de transferencia sea siempre el mismo si queremos conservar un determinado coeficiente de aportación. Para esto, es impor tante que el hilo entre en el tubo de contacto con una curvatura constante, lo cual exi ge que el bobinado del hilo se haga con una cierta precisión. Una pequeña parte de la energía que suministra el generador no es consumi da por el arco, sino que se pierde en radiación luminosa y calor radiante. Otra pequeña parte se transforma en calor debido al efecto Joule en la longitud libre de varilla. Debido a este efecto, este trozo de varilla de calentará, y cuanto más calien te esté antes se fundirá. El calor desarrollado en esta parte del hilo viene dado por la formula: 0 = 0'24 PRt donde R es la resistencia de la parte conductora del hilo. Por otra parte sabemos que la resistencia de un conductor de longitud I y sección s viene dada por la fórmula: R = 8 l/s siendo 8 la resistividad del material. Es patente que un aumento de longitud conduce a una elevación de la tempe ratura del hilo, y por tanto a una mayor velocidad de fusión. Como los generado res están dotados de autorregulación, cuando aumenta la longitud de la parte ter minal, disminuye automáticamente la corriente de soldadura; y en el caso de que disminuyera la longitud, aumentaría la intensidad hasta un valor adecuado para fundir el material a la velocidad de aportación establecida. Podemos pues variar el coeficiente de aportación con sólo modificar al distancia pieza de trabajo - tubo de contacto. K mm V m/min 1 A P kg/h 10 9.5 18 95 25 95 330 300 270 5 5 5 205 10 8 300 42 18 95 300 50 25 11 300 58 Una longitud libre de varilla excesiva crea un gran precalentamiento del hilo, lo que aunque presenta la ventaja de aumentar la velocidad de aportación, tiende a pro ducir soldaduras de mal aspecto. Si la longitud es muy excesiva, llega un momento en el que es difícil dirigir el material de aportación. Si por el contrario, esta longitud es muy pequeña, se producirán calentamientos excesivos en el extremo de la boquilla acortando la vida de la misma. Realmente, es difícil medir la longitud libre de varilla, pero una medida muy aproximada es la distancia pieza - tubo de contacto, que puede oscilar entre 7 y 40 mm. En cada caso particular se ha de considerar si la realización de la junta precisa de poco o mucho depósito de material, y adaptar la longitud libre a las necesidades. Con respecto al diámetro del hilo, ya hemos visto que la resistencia del hilo es inversamente proporcional a la sección, con lo cual para una misma intensidad se obtendrá mayor coeficiente de aportación con un hilo de menor diámetro. 5.6. Naturaleza y cantidad de gas. Tiene una gran influencia en la transferencia y aspecto del cordón. El caudal del gas consumido debe ser el adecuado. Una protección insuficiente originaría poros y sopladuras, y un volumen excesivo de gas produce turbulencias, saliendo defectuosas las soldaduras. 5.7. Diámetro del electrodo. Aunque no es un parámetro en sí, debe tenerse en cuenta a la hora de realizar un determinado trabajo de soldadura. Normalmente se usan diámetros pequeños, lo que favorece la estabilidad del arco y la formación de gotas muy finas. 5.8. Influencia de los parámetros en la transferencia Los parámetros que se corresponden con las variables eléctricas tienen una estrecha relación con los modos de transferencia, en función del tipo de corriente y la polaridad usada en el proceso. * Corriente continua con electrodo positivo y transferencia en gotas. Cuando la densidad de corriente es baja se obtiene una transferencia del tipo glo bular, independiente del tipo de gas usado para la protección. Según aumenta la corriente, el tamaño de las gotas disminuye y no tienen una dirección axial. Si ajusta mos los parámetros de forma que la punta del electrodo esté bajo la superficie del metal fundido, se pueden reducir las salpicaduras. * Corriente continua con electrodo negativo y transferencia en gotas. En este caso la transferencia será globular y de dirección no axial, independiente del gas y nivel de corriente empleado. Se obtiene una penetración menor que emple ando polaridad positiva en el electrodo, además de una gran cantidad de salpicaduras. Para conseguir una transferencia spray con dirección axial podemos recubrir el elec trodo con unos compuestos metálicos alcalinos, que aumentan la emisividad del mismo. * Corriente alterna y transferencia en gotas. Si el voltaje en circuito abierto es lo bastante alto, es posible mantener un arco estable, aunque durante el semiciclo en que el electrodo es negativo las característi cas de la transferencia no son aceptables. * Corriente pulsada continua y transferencia en gotas. Si empleamos corriente pulsada y gas de protección inerte podemos conseguir transferencia globular spray con intensidades más bajas. 206 La corriente pulsada alterna dos niveles de corriente, uno inferior llamado corriente de fondo y otro superior llamado corriente de pico. Empleando el margen superior obtenemos transferencia spray, y con el inferior la transferencia sería globu lar. La frecuencia de pulsación oscila entre 50 y 100Hz, y normalmente se desprende una gota por pulsación. 6. TRANSFERENCIA DEL METAL Básicamente hay dos formas para que el metal del electrodo pase a la pieza: 1-.- Que se desprendan gotas del electrodo, desplazándose a través del arco has ta llegar a la pieza. Esta transferencia por vuelo de gotas puede ser globular o en forma de spray. 2a.- Que el metal se transfiera cuando el electrodo entra en contacto con la pieza en el baño de fusión. Se le denomina entonces transferencia por cortocircui to. Varios factores tienen influencia en el tamaño, forma y movimiento de las gotas, entre los que destacan: - Densidad de corriente y composición. - Longitud libre de varilla. - Clase y magnitud de la corriente de soldeo. - Composición del gas de protección. - Presencia de ciertos materiales en el electrodo. 10- Arco Pulsado 207 La transferencia globular esta caracterizada por la formación de gotas relativa mente grandes de metal fundido en el extremo del electrodo; cuando la fuerza de la gra vedad supera a la tensión superficial de la gota fundida, ésta cae en el baño de fusión. Por el contrario, en la transferencia por arco spray, las gotas son ¡guales o menores que el diámetro del electrodo, y su transporte al baño fundido desde el extre mo del alambre se realiza en forma de una corriente axial de gotas finas que no están interconectadas entre sí. En la transferencia por cortocircuito se producen salpicaduras causadas por reacciones del gas o por fuerzas electromagnéticas sobre el electrodo. En este tipo de transferencia influyen varios parámetros entre los que destacan: - Magnitud de la corriente de soldadura. - Característica de la fuente de alimentación. - Extensión, composición y diámetro del electrodo. Así pues al soldar con electrodo fusible y protección gaseosa, el transporte del material de aportación puede verificarse de tres formas: por pulverización, globular y por cortocircuito. Dentro del transporte por pulverización o spray existe otra forma que es mediante arco pulsado. 6.1. Transferencia por pulverización (Arco SPRAY). Este tipo de transporte se caracteriza por la formación de gotas muy pequeñas que, atravesando el plasma el arco, se proyectan desde el electrodo hasta el baño de fusión. El metal fundido es atraído por fuerzas electromagnéticas a través del arco Para conseguir un arco spray hacen falta intensidades altas que dotan al arco de una gran estabilidad, distinguiendo en su centro un núcleo cónico y brillante dentro del cual se produce el transporte del material. El tipo de gas necesario para producir el arco spray es el argón o mezclas de argón - oxigeno, porque produce sobre el hilo un efecto de estricción que facilita la formación de gotas de diámetro más pequeño que el hilo. El diámetro del hilo a usar debe ser grueso puesto que este tipo de arco se emplea para soldar grandes espesores, para rellenos y para piezas que necesiten gran aporte de calor y de material fundido. Aunque se puede usar para soldar en posiciones, vertical y cornisa, se emplea principalmente para piezas en posición horizontal, puesto que debido al gran aporte de calor que transfiere a la pieza, el baño de fusión tarda en solidificar y se producen descolgamientos del material fundido. 208 6.2. Transferencia por arco pulsado. Con el fin de conseguir un aporte de calor ("heat input") menor que en el arco spray, reduciendo así las tensiones y deformaciones y conservando sus mismas carac terísticas, se ha desarrollado el sistema de transferencia por arco pulsado, con el cual Las ventajas de este procedimiento son: - Se sueldan espesores pequeños - Se reducen las proyecciones - Para soldar aluminio, la corriente pulsada rompe la capa de alúmina por los picos de corriente que se producen y funde este óxido a más de 2000Q C . - Se usan diámetros de hilos mayores y se aumenta así la velocidad de soldeo, si bien es cierto que se requieren soldadores expertos. La variante para este tipo de transferencia está en la fuente de poder, que tiene dos niveles de corriente: 1- Un nivel de fondo fijo y muy bajo, encargado de producir una transferencia pulverizada. 2- Corriente de intensidad de pulsación máxima, sobrepuesta a la corriente de fondo fijo en intervalos regulados. Durante una parte del período de pulsación la corriente se mantiene a un valor bajo, formándose en este tiempo un gota muy pequeña en el extremo del hilo; mien tras que en la segunda parte del período la corriente aumenta a más de 200 - 300Amp, entonces como resultado de las fuerzas electromagnéticas descendentes del metal fundido, la gota es forzada a caer en el baño de fusión. Combinando los dos niveles podemos producir un arco constante de transferen cia pulverizada axial, con unos valores de corriente de soldadura menores a los reque ridos por el método de arco pulverizado convencional. 209 6.3. Transferencia globular. (GLOBULAR TRANSFERI. Se presenta cuando la corriente de soldadura es menor a la de transición. Se usa una fuente de poder de corriente directa, con el electrodo conectado al polo positivo y haciendo uso de una densidad de corriente relativamente baja. Al ser la corriente tan pequeña, se pueden eliminar las fuerzas electromagnéti cas, y la gota fundida en el extremo del alambre sólo está influenciada por las fuerzas gravitacionales y por la tensión de la superficie. Cuando el peso de la gota supera a las fuerzas de tensión de la superficie, se corta y cae al baño de fusión con un diáme tro mayor al del electrodo. f t En el recorrido de la gota a través del arco, y debido a las fuerzas ejercidas por el mismo, ésta adopta formas irregulares y adquiere un movimiento de rotación, lo que provoca frecuentes cortocircuitos, un arco inestable y numerosas proyecciones ade más de una débil penetración. Por estas causas, no es el transporte más adecuado en la soldadura MIG/MAG, y sólo se emplea cuando interesa reducir la aportación de calor y para la soldadura de espesores finos. Puede obtenerse un transporte globular dirigido sin que provoque salpicaduras, usando gas inerte y un arco lo suficientemente distanciado del metal base para asegu rar un desprendimiento de las gotas sin que se el electrodo toque el metal derretido. No obstante este método no puede ser aceptado pues produce escasa penetración, falta de fusión y un refuerzo excesivo. 6.4. Transferencia por cortocircuito. Régimen de arco corto. En el apartado anterior hemos visto que en la transferencia globular la inestabili dad del arco se produce cuando la gota entra en cortocircuito con el baño, originando una transferencia del metal inaceptable. A pesar de todo es posible la soldadura si se trabaja con un voltaje muy bajo, de forma que el arco sea pequeño y se produzca el cortocircuito entre el baño y las gotas antes de que éstas sean tan grandes que pro duzcan inestabilidad. Se puede ver en la figura de la página siguiente cómo se verifica el transporte. En el extremo del hilo, la gota va aumentando de tamaño y entra en contacto con el baño de fusión antes de desprenderse del electrodo. Al producirse el cortocircuito se extin gue el arco, y como consecuencia de la estricción magnética sobre la gota, ésta se separa del hilo y pasa al baño de fusión. Se restablece de nuevo el arco y comienza otro ciclo. El número de cortocircuitos por segundo oscila entre 20 y 200 según los parámetros de soldadura. 210 I-— El aumento de la velocidad de corriente se controla por un sistema de ajuste que se llama inducción, y su valor está requerido en base a la resistencia eléctrica del cir cuito de soldadura y la temperatura del alambre electrodo. El régimen de arco corto, por tanto, permite la soldadura de espesores muy finos y como además facilita el control del baño de fusión, es adecuado para el soldeo en todas las posiciones. 7. MATERIAL DE APORTE 7.1. Introducción En la soldadura MIG/MAG, el electrodo consiste en un hilo continuo macizo o tubu lar con un diámetro que oscila entre 0'6 y 3'25 mm. Los diámetros comerciales son 0'6 0'8 - 0'9 - 1 - 1'2 - 1'6 - 2 - 2'4 y 3'25, aunque el más usado es el de 1'2. Para obtener bue nos resultados se debe utilizar el diámetro adecuado al espesor de la pieza y a la posi ción de soldeo. Con objeto de seleccionar el material de aporte mas adecuado, las casas clasificadoras expiden unas normas que permiten la elección correcta de un alambre por medio de unos códigos, dependiendo del tipo de soldadura a realizar. El hilo se presenta arrollado en capas en bobinas, que pueden ser más o menos pesadas, dependiendo de la instalación. El hilo suele estar recubierto de cobre para favorecer el contacto eléctrico con la boquilla y protegerlo de la oxidación. 211 7.2. Hilo sólido El hilo debe ser del mismo material que el metal base. Cuando usamos CO? como gas protector, el alambre debe tener en su composición un alto porcentaje de elemen tos desoxidantes, para evitar la oxidación del baño de fusión por la acción del oxigeno que queda libre en la disociación del CO? en el arco, que daría lugar a la formación de poros en el cordón depositado. La composición química de los alambres más utilizados es la siguiente: Carbono................ 0'07 - 0'14 Manganeso.......... 1'30 - 1'60 Silicio .................... 0'75 - 1'00 Azufre ................... 0'03 máximo Fósforo................. 0'03 máximo Según la norma DIN 8559 las tolerancias de los hilos son las indicadas en la tabla. DIAMETRO TOLERANCIA 0'6 + 0'01 - 0'02 0'8 1'0 1'2 + 0'01 - 0'03 1'6 + 0'01 -0'04 Las tolerancias son pequeñas para conseguir un funcionamiento correcto, en especial cuando las boquillas son nuevas. Cobreado. El hilo lleva una película de cobre que ha de ser uniforme y estar sólidamente unida a el, para evitar que se formen oxidos debajo. Si el cobreado se desprendiera en forma de cascarilla, obstruiría la boquilla y proporcionaría una salida irregular del hilo. La calidad del cobreado se puede comprobar fácilmente con un plegado y una lupa. Al ser el cobre un elemento de aleación, disminuye la elasticidad y resistencia del acero, por lo que el cobreado no debe superar las 5 mieras. Bobinado. El correcto bobinado del hilo es de una gran importancia. Para verificarlo, se cortan de una bobina dos o tres espiras y se dejan en el suelo: se deben entonces abrir en un círculo de un metro de diámetro aproximadamente. Si por el contrario el diámetro es menor o se cierra en espiral, posiblemente presente dificultad en la salida de la boquilla. La siguiente tabla muestra el diámetro del hilo en función del espesor del material base. M.BASE 0'8 ; 2'5 2 ;5 4 ; 10 8 : 40 20 ; 50 30 ; 60 D. HILO 0'8 1 1'2 1'6 2 2'4 212 7.3. Electrodos tubulares Las varillas tubulares están constituidas por un tubo de acero el cual está relleno de un polvo cargado de elementos desoxidantes o de aleación, según la calidad del hilo. El acero del hilo, junto con el polvo desoxidante, se funden a la vez bajo el efecto del arco. El polvo se derrama en la parte central del arco, y las gotas del metal fundido se transfieren alrededor de esa columna líquida; cuando el polvo solidifica, se forma una pequeña capa de escoria en la superficie del cordón. Los hilos tubulares van rellenos normalmente con flux o con polvo metálico, y en algunos casos con ambos. El polvo metálico, además de aportar algún elemento de aleación, mejora considerablemente el rendimiento gravimétrico del hilo. Los fluxes son compuestos minerales mezclados. Según el sistema de fabrica ción se dividen en: - Fluxes fundidos. La materia prima se mezcla en seco y posteriormente se funde en un horno a una temperatura entre 1500 y 17002 C. Después la mezcla es colada y enfriada. El resultado es un producto con apariencia cristalina. - Fluxes cohesionados. Las materias primas son pulverizadas, mezcladas en seco y cohesionadas con silicato sódico y/o potásico. Tras el cohesionado la mezcla se sintetiza y se cuece a una temperatura relativamente baja. - Fluxes aglomerados. Las materias primas son óxidos de hierro y productos químicos como silicatos, carbonatos, etc. La fabricación es similar a la de los cohesionados, pero en este caso se usa un aglomerante cerámico en lugar de un silicato. - Fluxes mezclados mecánicamente. Se pueden mezclar dos o más fluxes de los anteriores en la proporción necesaria para conseguir los resultados deseados. Cada tipo de flux presenta unas características, ventajas e inconvenientes que debemos tener presentes a la hora de su elección para la soldadura. 213 7.4. Tecnología de la producción La investigación y desarrollo se ha centrado en la fabricación de nuevos hilos tubulares con fluxes de novedosas sustancias químicas, capaces de satisfacer las recientes demandas de la industria moderna. El proceso de fabricación de los hilos tubulares es el siguiente: 1- Se fabrica el tubo partiendo de una lámina de acero que se conforma en caliente longitudinalmente en sección circular, soldando luego los bordes en continuo mediante soldadura por resistencia. Se limpia con aire comprimido y se comprueba su estanqueidad. 2- A continuación, y una vez determinada la composición del flux de relleno, se establece qué factor de relleno vamos a darle y se calcula el peso del relleno en función del peso del tubo. Colocamos entonces el tubo en la máquina de rellenar, disponiendo en un extremo de la bobina una tolva con el flux aglo merado, que por oscilaciones se introduce a través del agujero del tubo. 3- Se procede luego a la calibración estándar del hilo, el cobreado y posterior bobinado, terminando el proceso con un control de calidad. En la actualidad, el proceso de fabricación de los hilos tubulares es un proceso continuo, consistiendo el relleno de flux en dos capas. El proceso de calibrado se ha sustituido por un trefilado al diámetro final. 7.5. Tipos de varillas tubulares * Varilla tubular de rutilo. Su flux está compuesto básicamente de rutilo, ferromanganeso, ferrosilicio y otros elementos. El metal aportado por la vari lla tiene la composición química siguiente: Carbono ........... 0'08-0'10% Manganeso.......1'20 - 1'50 % Silicio ................0'40 - 0'50 % Los cordones son limpios y sin proyecciones, con escasa escoria que no hace falta eliminar para sucesivas pasadas. Se emplea normalmente en soldadura horizontal. * Varilla tubular de tipo básico. El flux está compuesto principalmente por carbonato de cal, feldespato, ferromanganeso, ferrosilicio y otros elementos formadores de escoria. La composición del metal aportado es: Carbono............. 0'05 - 0'08 % 214 Manganeso...... 1'00 - 1'20 % Silicio ................ 0'20 - 0'30 % Azufre ................0'03 Máximo Fósforo ..............0'03 Máximo El arco produce algunas proyecciones explosivas y el cordón resulta algo rugoso. El cordón posee excelentes características mecánicas. * Varilla tubular de tipo básico débilmente aleada. Introducimos en el flux ele mentos de aleación. En este caso son unos polvos compuestos de cromo y molibdeno. La composición del metal aportado en este caso es la siguiente: Carbono ........... 0'04 - 0'07 % Manganeso ...... 0'90 - 1'20 % Silicio................. 0'25 - 0'35 % Cromo ............... 1'00 - 1'20% Molibdeno ....... 0'40 - 0'50 % Azufre ................0'02 Máximo Fósforo ............. 0'03 Máximo El comportamiento de este tipo de varilla durante la soldadura es el mismo que la de tipo básico sin alear. 7.6. Precauciones para soldar con varillas tubulares A la hora de soldar con varillas tubulares, es necesario tomar las precauciones siguientes: a) Controlar el apriete de los rodillos de arrastre, de forma que no aplasten a la varilla. b) La tensión de corriente en el rectificador debe ser de al menos un 30% más que en la varilla sólida. c) Aumentar la velocidad de soldeo. d) Para empalmes del primer cordón, usar una técnica que asegure el fundimiento del defecto del cráter del final del cordón. e) No soldar en vertical descendente en uniones en ángulo ni a tope. f) Cuidar que la escoria no se adelante al baño de fusión, pues pueden quedar inclusiones en el cordón. 7.7. Ventajas e inconvenientes de los hilos tubulares frente a los sólidos. Las principales ventajas que presentan los hilos tubulares frente a los sólidos son: 1. - A igual intensidad de corriente la velocidad de soldadura (expresada en kilos depositados por hora) es mayor, debido a que la sección de la varilla tubular es menor. Admite además más intensidad de corriente en horizontal y en posición. 2. - Soldando con varilla tubular, las proyecciones son casi nulas lo que facilita el trabajo y la protección. 3. - Se consigue mayor penetración; esto permite reducir el entrehierro en unio nes a tope. 215 4. - Tienen una manejabilidad similar a la soldadura con electrodos revestidos, y el aspecto del cordón es más uniforme que con hilos solidos. 5. - Además de la protección gaseosa existe la protección del fundente interior, existiendo una gama de hilos tubulares que no precisan de protección gaseo sa. 6. - El hilo tubular puede llevar elementos estabilizadores del arco, aleantes y for madores de escoria que mejoren la calidad del cordón. Respecto a los inconvenientes, cabe destacar: 1. - Debido a que en los hilos tubulares puede existir hidrógeno difusible y resi dual en la soldadura por humedad del fundente, la soldadura tubular tiene tendencia a la fisuración en frío. 2. - Es característico que en los hilos tubulares el fundente no esté uniformemen te repartido en su interior, con lo que al realizar la soldadura quedarán zonas poco protegidas en las que aparecerá porosidad. 7.8. Norma AWS de simbolización del alambre electrodo sólido Se clasifican las siguientes normas para hilos macizos: AWS A5.18 Hilos para aceros al carbono AWS A5.28 Hilos para aceros de baja aleación AWS A5.9 Hilos para aceros inoxidables El sistema de simbolización es muy similar al usado para la clasificación de elec trodos recubiertos. El American Welding Society (AWS), dicta que la clasificación del material de aporte para soldadura de aceros al carbono y de baja aleación debe basar se en la composición química y propiedades mecánicas del deposito; mientras que para aceros inoxidables y materiales no ferrosos, la clasificación debe hacerse en base a la composición química del alambre electrodo. Veremos un ejemplo de la clasifica ción de un acero: AWS - ER 70S-3 AWS - American Welding Society E - El material de aporte es un electrodo, indicado para usar con método de sol dadura de arco metálico con protección gaseosa. R - Varilla. Indica que se puede emplear como material de aporte. 70- Indica el mínimo de resistencia a la tracción por pulgada cuadrada, se debe multiplicar por 1000, dando el resultado en libras. S - Indica que el alambre es sólido, macizo. 3 - Indica la composición química del depósito. La clasificación actual de los hilos según AWS Para aceros al carbono AWS-A5.18 Estos hilos se clasifican en base a su composición química y a las propiedades mecánicas del metal depositado. Para aceros de baja aleación AWS - A5.28 La clasificación es similar a la anterior, incluyendo las clases siguientes: - Clase B : Aceros al cromo molibdeno 216 - Clase Ni: Aceros al níquel - Clase D : Aceros al manganeso molibdeno - Clase S : Aceros de baja aleación, especiales Para aceros inoxidables AWS - A5.9 Se clasifican de acuerdo a su composición química y propiedades mecánicas, e inclu ye aceros en los que el cromo excede del 4% y el níquel no supera el 50% de la aleación. En la tabla siguiente se da una relación de electrodos macizos, con sus caracterís ticas, para la soldadura de aceros al carbono. E-60S-1 Varilla rica en silicio, para el soldeo de aceros de bajo contenido en carbono. Puede utilizarse con CO?, o mezclas de argón y CO?. Los mejores resultados se obtienen sobre aceros calmados. E-60S-2 Varilla de gran calidad, que además de los desoxidantes clási cos ( manganeso y silicio ) contienen Al, Zr y Ti. Puede utilizarse con CO2, mezclas Ar - CO2, 0 Ar - O2. Recomendable para tuberí as y construcción de recipientes pesados. E-60S-3 Es la que permite obtener una mayor calidad. Proteger con CO2, 0 mezclas de éste. Produce soldaduras de calidad media sobre aceros efervescentes y uniones de gran calidad sobre aceros semicalmados. E-70S-1B Hilos de acero débilmente aleado, adecuado para el soldeo e aceros al carbono, aceros débilmente aleados y aceros de gran resistencia y baja aleación. E-70S-3 Para trabajos de soldadura en general, sobre aceros ordinarios al carbono. Tiene un contenido en silicio suficiente para poder aplicarlo con CO2 0 con mezclas. E-70S-6 Silicio y manganeso en cantidades superiores a lo normal, por lo que presenta un marcado carácter desoxidante. Buenos resultados sobre superficies sucias 0 muy oxidadas. E-70S-5 Contiene aluminio y se recomienda para la soldadura en una 0 más pasadas de aceros al carbono efervescentes, semicalma dos 0 calmados. Normalmente se protege con CO2 y da buenos resultados sobre piezas sucias u oxidadas. 7.9. Designaciones AWS para electrodos con flux e hilos tubulares de metal. Se clasifican bajo las siguientes especificaciones AWS: - AWS A5.20-79 para hilos tubulares de acero al Carbono. - AWS A5.29-80 hilos tubulares de baja aleación. - AWS A5.22-80 hilos tubulares de acero inoxidable. En los casos en que la química del metal de soldeo no está contenida completa mente en la especificación AWS, se aplica el término más cercano después de la designación. 217 Los detalles dados en ésta sección son propuestos para dar una ¡dea general de las designaciones; para una información complementariael lector puede acudir a las especificaciones AWS apropiadas a cada caso. Electrodos con flux para acero al Carbono e hilos tubulares de metal (AWS A5. 20-79). La especificación AWS designa las clasificaciones de electrodos desde T-1 ... T11, también T-G y T-GS. Solo se describen a continuación las clasificaciones aplicadas a hilos tubulares. EXXT-X- E: Indica el electrodo X: Mínima resistencia a la tracción del metal solda do en unidades de 10,000 psi X: Posiciones principales de soldeo para las que se diseñó el electrodo: 0 - en cornisa y en horizontal 1 - todas las posiciones T: Indica un hilo tubular X: Aplicaciones y funcionamiento. T-1. Los alambres se diseñan para operación de pasada simple y múltiple; son apropiados para la transferencia por arco spray, tienen bajas pérdidas por salpicadu ras, valen para cordones en cornisa y un volumen moderado de escoria que cubre completamente el cordón. Estos electrodos tienen escoria de rutilo y operan con corriente continua y polaridad positiva. Estos electrodos están diseñados para gas protector CO? pero también se utilizan en mezclas de Argón/CCh. T -4. Electrodo autoprotegido. El sistema de escoria se diseña para permitir una gran deposición y dá soldaduras de una gran resistencia a la rotura, y con poca pene tración en las segundas pasadas de soldadura por lo cual estos electrodos se suelen emplear uniones de poca importancia; también para soldaduras de simple y múltiples pasadas en posiciones de cornisa y en horizontal. No cumple los requisitos de la prue ba al impacto Charpy-V. T-5. Se puede soldar con CCL, y con la mezcla Argón/CO?. Estos electrodos son característicos de las transferencias globular o por arco spray; la escoria es básica y no cubre completamente los cordones de soldadura lige ramente convexos. Los depósitos de soldeo mejoran las propiedades de resistencia al impacto y la rotura, comparándolos con los de rutilo ( T -1). Algunos electrodos T -5 pueden utilizarse en operaciones de c.c. de polaridad negativa. T-G. Electrodos aplicables para pasadas múltiples; no se recogen en ninguna cla sificación actualmente definida. No definen un sistema de escoria (o relleno de polvo de metal) ni otras características. Hilos tubulares de baja aleación (AWS A5.29-80) La especificación AWS designa la clasificación de electrodo T1, T4, T5 y T8. Estos se paracen a los grupos T-1, etc. usados para hilos tubulares no aleados. EXXTX-X- E: Indica el electrodo. X: Mínima resistencia a la tracción del metal solda do en unidades de 10,000 psi. 218 X: Principales posiciones de soldeo para las que se diseñó el electrodo: 0 - en cornisa y en horizontal 1 - todas las posiciones. T: Indica un hilo tubular. X: Aplicaciones y funcionamiento. X: Composición química del metal de soldadura depositado. Las Composiciones químicas indicadas normalmente por: -Ni,, -N¡2, -K3, -W, -Ai, B?, -Bs, se definen en la especificación AWS, Tabla 1, de metal de soldadura deposita do. A continuación se muestra una breve guia de los sufijos mencionados anterior mente. La composición del metal soldado se muestra entre paréntesis. - Ni-], C: acero al Manganeso (Ni 0.80/1.10) - N¡2, C: acero al Manganeso (Ni 1.75/2.75) - W, acero impermeable (Ni 0.40/0.80, Cr 0.45/0.70, Cu 0.30/0.75) - Kg, acero de alta resistencia (Ni 1.25/2.60, Mo 0.25/0.65) - Ap acero al Carbono-Molibdeno (Mo 0.40/0.65) - Bg, acero al Cromo-Molibdeno (Cr 1.00/1.50, Mo 0.40/0.65) - Bg, acero al Cromo-Molibdeno (Cr 2.00/2.50, Mo 0.90/1.20) Hilos tubulares de acero inoxidable (AWS A5.22-80) El sistema de clasificación en ésta especificación sigue con la mayor fidelidad posible el modelo standard utilizado en otras clasificaciones AWS de metal de relleno. Para gases protectores, la especificación AWS sólo se refiere a CO2 y a las mezclas de Ar-CL. Los elec trodos con flux e hilos tubulares se especifican en 2 tipos, empleando las mezclas de Ar-CL para electrodos < 0.03 % C, y mezclas de Ar-CO? para los tipos no bajos en Carbono. EXXXT-X- E: Indica el electrodo. XXX: Designan la clasificación de acuerdo con la com posición. T: Indica el hilo tubular. X: Media protección 1- CO2 2- Ar+2 % O2 3- Autoprotección. 8. CONDICIONES OPERATORIAS PARA LA SOLDADURA SEMIAUTOMATICA BAJO CO2 EN LA CONSTRUCCION NAVAL Las tablas siguientes muestran los diferentes parámetros a tener en cuenta en diferentes tipos de uniones: 219 8.1. En uniones a tope sin respaldo 8.2. En uniones en ángulo PREPARACION TECHO VERTICAL HORIZONTAL VARILLA PASADAS INTENSIDAD VOLTAJE SOL.1'2 210 - 230 27 29 SOL 1'6 360 - 380 36 38 TUB. 1 '6 270 - 290 28 30 TUB.2'4 380 - 400 30 32 130 - 150 22 24 200 24 - 26 SOLIDO ASCENDENTE 1'2 DESCENDENTE TUBULAR ASCENDENTE 1 10 - 130 21 1'6 DESCENDENTE 170 - 190 22 - 24 SOL.1'2 160 - 180 24 TUB.1'6 160 - 180 22 - 24 220 220 23 26 221 Además de los parámetros establecidos en las tablas A, By C, es necesario con siderar las siguientes condiciones operatorias, válidas para los tres tipos de uniones especificadas: 1) El caudal de CO? será de unos 15 a 20 lit / min. 2) La longitud libre de varilla deberá ser de 10 a 15 mm., y la del arco de 2 a 5 mm. 3) Las uniones deben estar bien pañeadas y limpias de greñas, óxidos, etc. 4) El espesor de los cordones o capas de soldadura en el relleno no será mayor de 4 mm. de espesor y el balanceo será inferior a 8 mm. 5) Con varilla sólida se picará la escoria cuando ésta dificulte la soldadura, y con varilla tubular se picará siempre entre pasadas. 6) Para el peinado final de cordones se emplearán las intensidades mínimas de entre las indicadas, o ligeramente inferiores a éstas. 7) El sobreespesor de los cordones será menor de 3 mm. 8) Las intensidades son orientativas y pueden modificarse según las condiciones de las uniones a soldar. 9. METODOS OPERATORIOS En la soldadura MIG/MAG tienen una gran importancia la posición de soldeo y la trayectoria descrita por la pistola. Aunque la posición más favorable es la horizontal, también se suelda en posición vertical y cornisa. Otro factor importante es la posición del hilo electrodo en relación con la junta a soldar. Así pues, cuando se sueldan piezas del mismo espesor, el hilo se dirige hacia el centro de la junta, mientras que cuando los espesores son distintos, es conveniente dirigirlo hacia la pieza más gruesa. En soldadura horizontal tanto en piezas a tope con chaflán como en ángulo el avance se puede realizar hacia la derecha o hacia la izquierda, siendo este último el más adecuado para piezas de poco espesor, ya que se obtiene una menor penetra ción. Se le puede dar a la pistola un ligero balanceo lateral, es decir, que vaya oscilan do para que pueda "barrer" todo el ancho de la junta o sin oscilar en cordones estre chos. Posiciones de soldadura En soldadura a tope con preparación en V se usan electrodos de tipo básico para el cordón de raíz, pudiendo usarse también electrodos de rutilo con soportes cerámi cos de respaldo. La soldadura en posición vertical puede ser ascendente y descendente El vertical descendente se hace con movimientos de la pistola en forma de media luna o en zig-zag, con parada en los extremos, tal como se ve en la figura. Es preferible la soldadura ascendente tal como se ve en la figura, para obtener propiedades mecánicas óptimas. La posición vertical descendente se utiliza para planchas delgadas por producir menor aportación de calor. Los ángulos de inclinación de la pistola y el ángulo de avance, así como el tipo de oscilación se pueden ver en las figuras. 222 Soldadura horizontal a izquierda y a derecha a tope y en ángulo Soldadura vertical ascendente y descendente a tope y en ángulo. 223 Realización de la soldadura Cualquiera que sea el tipo de trabajo que se vaya a realizar, para soldar con MIG/MAG es preciso seguir un determinado orden de operaciones, que se pueden resumir en: 1. - Ajustar los parámetros de corriente y gas a los valores requeridos por el tipo de soldadura a realizar. Puede ser preciso cambiar la velocidad de alimenta ción durante la operación de soldeo. 2. - Ajustar la longitud libre de varilla. 3. - Cebar el arco y desplazar la pistola dirigiendo el hilo hacia la parte delantera del baño de fusión,manteniendo la aportación en el centro del chorro del gas para conseguir una buena protección. 4. - Cuando se suelte el interruptor al final del cordón, debemos mantener la pis tola sobre la soldadura hasta que cese la circulación de gas, con vistas a pro teger convenientemente el baño en su solidificación. 5. - Una vez terminado el trabajo, para poner el equipo fuera de servicio es nece sario realizar las siguientes operaciones: a) Desconectar el sistema de alimentación de alambre. b) Cerrar las botellas del gas protector. c) Presionar el interruptor de gas de la pistola para descargar los conductos y colgar la pistola en su sitio. d) Desconectar el generador de soldadura. Si por cualquier circunstancia fuese necesario modificar los resultados obtenidos en la forma del cordón, se puede hacer variando los parámetros oportunos. En la siguiente tabla figuran algunas variaciones típicas. ACCION QUE SE REQUIERE CAMBIO DESEADO Aumentar el poder de penetración Aumentar la intensidad de corriente, disminuir la distancia tubo de contacto - pieza o utilizar un hilo de menor diámetro. Reducir la penetración Disminuir la intensidad de corriente, aumentar la distan cia desde el tubo de contacto a la pieza o utilizar hilos de mayor diámetro. Aumentar el cordón Aumentar la intensidad de corriente, reducir la velocidad de avance o aumentar la distancia tubo de contacto - pieza. Obtener cordones planos y anchos Aumentar el voltaje de arco o reducir la distancia desde el tubo de contacto a la pieza. Reducir el cordón Reducir la intensidad de corriente, aumentar la velocidad de avance o reducir la distancia tubo de contacto - pieza. Reducir la velocidad de depósito Disminuir la intensidad, reducir la distancia tubo de con tacto pieza o emplear varillas de mayor diámetro Aumentar la velocidad de depósito Aumentar la intensidad de corriente, aumentar la distancia tubo de contacto - pieza o utilizar hilos de menor diámetro. 224 10. SEGURIDAD E HIGIENE EN SOLDADURA MIG/MAG 10.1. Introducción Al igual que la mayoría de los procesos industriales, también la soldadura MIG/MAG puede presentar un riesgo para la persona que la maneja. Esto hace nece sario que se tomen las medidas oportunas de seguridad y prevención. Las lesiones pueden venir por causas directas, bien como resultado de un con tacto con los componentes de la máquina o bien por los efectos sobre el organismo de reacciones producidas durante el proceso. Los problemas a los que estará expuesto el soldador en la soldadura al arco con protección gaseosa pueden ser: - Contaminantes en el aire, humos y gases. - Radiaciones producidas por el arco. - Altos niveles de ruido, sobre todo cuando se usa el arco pulsado. - Proyecciones incandescentes. En soldadura al arco con protección gaseosa se deben tomar las siguientes medi das: - Precauciones eléctricas. - Precauciones con los gases comprimidos. - Ventilación en la zona de trabajo. - Precauciones contra incendio y explosión. - Equipo personal de protección. 10.2. Precauciones eléctricas De todos son sabidos los efectos de la electricidad en el organismo del hombre. El flujo de la corriente en un circuito lo gobierna la ley de Ohm: Voltios = Resistencia x Intensidad lo que explica que para una misma tensión pueda obtenerse una gran escala de intensidades dependiendo de la resistencia del circuito. Cuando el cuerpo humano for ma parte del circuito la resistencia que presenta es muy alta, dependiendo del grado de humedad. Se han de evitar entonces humedades y contactos con tierra que puedan hacer del cuerpo un conductor ideal. En el proceso de soldadura MIG/MAG, los peligros eléctricos son mucho menores que en la soldadura manual con electrodo recubierto, debido a que el valor del voltaje en circuito abierto no sobrepasa de los 30 voltios, mientras que en la manual puede lle gar hasta un máximo de 90. Bien es cierto que existen pistolas de soldadura semiautomática que utilizan tensiones de 110 - 120 voltios para controlar los circuitos, pero exis ten equipos más seguros que trabajan el control de circuito con bajo voltaje de 24 voltios. De toda formas han de tenerse en cuenta siempre las siguientes normas: 1) Evitar circuitos de alimentación vivos. Cuando se vaya a efectuar una opera ción de servicio en la máquina, toda energía de la unidad debe estar desco nectada. 2) Al efectuar lecturas de prueba en una máquina viva, los terminales del proba dor deben estar aislados y con una longitud adecuada, acortando en lo posible el tiempo de medición. 225 3) Evitar los voltajes de circuito abierto. 4) Realizar la conexión a tierra del equipo, para dar un camino más fácil a la elec tricidad. 5) No usar cables de soldar sobrecargados o pelados. 6) Evitar la humedad en el equipo y la pieza a soldar. 10.3. Precauciones con gases comprimidos Para cualquier tipo de proceso que precise de gases comprimidos deben utilizar se exclusivamente cilindros que cumplan con las normativas y exigencias impuestas por los organismos que dictan las normas para envases y almacenamiento de los gases comprimidos. En soldadura semiautomática, en la cual las botellas van adosadas al equipo, éstas deben asegurarse de manera sólida y de forma que no puedan caerse. Además deben seguirse unas normas de seguridad entre las que destacan: - No tirar los cilindros al suelo, dejarlos expuestos al sol por largo tiempo o uti lizarlos como rodillos. - No poner en contacto el electrodo o la masa con la pared del cilindro, ni cebar el arco con ella. - No usar nunca lubricantes en la conexión del gas, ni colgar las mangueras arriba de los reguladores. 10.4. Ventilación en la zona de trabajo. En todos los procesos de soldadura se generan polucionantes del aire cuyo gra do dependerá entre otras cosas del metal de aportación y del tratamiento del metal base. Las partículas que forman el humo son principalmente óxidos, producidos por la evaporación del metal fundido por el arco al entrar en contacto con el aire. Al soldar con hilos tubulares, la composición del flux contribuirá a la formación de humos. Además de humos, en la soldadura al arco eléctrico con protección gaseosa se forman gases debido a las temperaturas extremadamente altas y las radiaciones ultra violetas emitidas por el arco. Estos gases suelen ser: - Monóxido de nitrógeno y dióxido de nitrógeno, que se forman a partir del oxí geno y el nitrógeno presentes en el aire circundante. - El ozono, formado a partir del oxígeno del aire según la reacción: 3 O2_ ___ > 2 Os. - El monóxido de carbono, generado principalmente por la disociación del dió xido de carbono del gas de protección. Existen una serie de factores que influyen en la emisión del aire viciado y la com posición de los elementos polucionantes, como pueden ser: parámetros de soldadura, metal de aportación y base, modo de transferencia, caudal del gas, relleno de los hilos tubulares, etc. Se han realizado medidas de emisiones que determinan qué cantidad de polucio nantes pueden ser nocivos para la salud, existiendo un valor límite higiénico recomen dado para locales industriales, que permite la exposición de ocho horas diarias duran te cinco días a la semana sin efectos nocivos para la mayor parte de los individuos. Para reducir los riesgos de la exposición a sustancias peligrosas se pueden tomar las siguientes medidas: 226 - Reducir el nivel de emisión, empleando los gases adecuados al proceso. - Proteger al soldador de la exposición mediante el uso de extracción local o protección respiratoria. - Mantenerse el soldador mientras trabaja, alejado de la cortina de humo ascen dente alrededor de la zona de soldadura. Los efectos de las emisiones sobre el organismo, son muy variados. Hay elemen tos que pueden causar enfermedades agudas o crónicas, sin tener una dependencia con el tiempo de exposición. Al ser microscópicas las partículas de los humos, pueden penetrar en los pulmones y dañarlos. Algunas sustancias permanecen en el organis mo y no causan problemas hasta después de mucho tiempo, lo que dificulta el estudio estadístico de soldadores dañados por la exposición a polucionantes. Al soldar con CO? se deben tomar precauciones, ya que aunque no es venenoso, una alta concentración puede producir la asfixia por haber desplazado el aire atmosfé rico. Para contrarrestar todos los efectos de los polucionantes es preciso que el solda dor trabaje en una zona suficientemente ventilada. Actualmente se reconoce que debe tener una ventilación natural de 10 pies cúbicos de aire libre. Si la ventilación natural del local no es adecuada, se debe instalar un sistema de ventilación adicional. Si aún así la ventilación general no cumple su cometido, debe emplearse extracción local para mejorar la situación del soldador, colocando la extrac ción tan cerca como sea posible de la zona de soldadura. La extracción local tiene como inconveniente que es molesta de manejar, y puede entorpecer los movimientos del soldador. Algunos equipos incorporan un sistema de extracción local en la pistola de sol dadura. Hay que tener presente que una extracción local demasiado intensa podría afectar al caudal del gas protector. 10.5. Precauciones contra incendio y explosión. En lo que se refiere a las precauciones contra incendio, hay que tener en cuenta que la soldadura MIG/MAG es menos peligrosa que la de electrodo recubierto, por la 227 escasez de salpicaduras, que se enfrían rápidamente. Se le debe añadir la ventaja de no emplear un gas inflamable. No obstante, el que sea menos peligrosa no quiere decir que se deban descuidar las medidas de seguridad. Algunas precauciones son: - No soldar cerca de materiales inflamables o explosivos. - Antes de cebar el arco en tanques o recipientes cuyo contenido anterior des conocemos, efectuar controles de seguridad. - Disponer extintores cerca del área de soldadura. 10.6. Equipo personal de protección. El equipo es básicamente el mismo que para otros procesos de soldadura. Pun tos a recordar son: 12.- Para la protección del cuerpo usar mandiles, manguitos, polainas y guantes, para evitar quemaduras debidas a las intensas radiaciones del arco, y las sal picaduras. También debe protegerse la cabeza. 2-.- Utilizar caretas con cristales adecuados según la luminosidad del arco. Exis ten caretas con suministro exterior de aire, y equipos autónomos de respira ción con la máscara incorporada. Cuando se usen equipos autónomos, el soldador debe tener un entrenamiento previo. 33.- El área de trabajo debe estar protegida con cortinas antirreflejantes y opacas para la protección del personal que no interviene en el proceso de soldadura, pero que están expuestos a las radiaciones del arco. 42.- En el caso de tener que trabajar en posiciones difíciles, usar tapones de oídos para impedir la entrada de proyecciones incandescentes. 228 CONDICIONES OPERATORIAS DE SOLDADURA DE CHAPA CON RESPALDO EN CORNISA Especificaciones: Para chapa achaflanada con res Preparación c e t ordos paldo 2 mm. máx. Material base 8 i mm Chapa de a/c e = 16 mm \/l5° Material aporte Hilo-electrodo continuo de 1,2 mm 0 macizo Pasadas de soldadura 8j (1 7) W Gas de protec CO2 pureza > 99,7C % ción Caudal: 15-18 l/min Posición de sol- Horizontal ASME IX 2G deo Desalineamiento de bordes < 2 mm Semiautomàtica «MAG» por una cara Proceso de soldadura Raíz Segunda Resto 120-140 150-170 150-170 Tensión de arco (V)............................. 20-23 24-26 24-26 Polaridad............................................. Inversa (+) Inversa (+) Inversa (+) 0 de electrodo .................................... 1,2 mm 1,2 mm 1,2 mm Pasadas Intensidad de corriente (A)........ Oscilación del electrodo............ . Oscilante en zig-zag inclinado Limpieza............................................... Las uniones deben estar bien pañeadas y limpias de grasas, óxidos, etc. Tipo de pasada.................................... El sobreespesor de los cordones de relleno será me nor de 3 mm Precalentamiento................................. Según composición del acero Temp. entre pasadas .......................... No superior a 250 °C T. Térmico pos soldadura .................. Ninguno Ensayos mecánicos.............................. Plegado Ensayos no destructivos...................... Visual y líquidos penetrantes 229 230 CONDICIONES OPERATORIAS DE SOLDADURA DE CHAPA CON RESPALDO EN HORIZONTAL Especificaciones: Para chapa achaflanada con res Preparación de bordes paldo Material base Chapa de a/c e = 15 a 20 mm Material aporte Hilo-electrodo tubular a/c Rutilo y básico 0 1,6 mm Long, libre: 10 a 15 mm Pasadas de soldadura Gas de protec CO2 Pureza > 99,70 % Caudal: ción 15-20 l/min Posición de sol- Horizontal ASME IX-1G deo Desalineamiento de bordes > 1 mm Proceso de soldadura Semiautomàtica MAG por una cara Pasadas Segunda Resto 240-260 280-300 280-300 26-28 30-32 30-32 Polaridad Inversa (+) Inversa (+) Inversa 0 de electrodo 1,6 mm 1,6 mm Sin Balanceo inferior a 8 mm Intensidad de corriente (A) Tensión de arco (V) Oscilación del electrodo Limpieza Decapado y desengrasado total Tipo de pasada A izquierda. El espesor de los cordones en relleno no será >4 mm Precalentamiento Según composición del acero Temp, entre pasadas No superior a 250 °C T. Térmico pos soldadura Ninguno Ensayos mecánicos Plegado Ensayos no destructivos \_______ ________ Visual y líquidos penetrantes 231 Capítulo 12 SOLDADURA T.I.G. 1. INTRODUCCION En torno al año 1940 se empezó a investigar la forma de evitar los efectos produci dos por inclusiones del oxígeno y el nitrógeno del aire en el baño de fusión, que produ cían defectos como; porosidad, oxidación, fisuración, etc. En Estados Unidos se experimentó con atmósfe ras de soldeo inertes, com probando que se obtenían soldaduras de buena cali dad libres de impurezas y defectos cuando el arco sal taba en presencia del helio y sin aire circundante. El helio monoatómico emple ado al principio es muy usado actualmente por los países que tienen yacimien tos de petróleo ya que este gas se encuentra en las bol sas de crudo y su obtención resulta económica. En Europa fue reemplazado por el argón que se obtiene de la destilación fracciona da del aire y resulta mas barato. Las siglas T.I.G. significan: (T): Tungsteno. (I): Inerte. (G): Gas. Tungsteno hace referencia al material que constituye el electrodo, no consumi ble, situado dentro de la boquilla y cuya finalidad es la de establecer el arco eléctrico. 233 Inerte hace mención al tipo de gas empleado para proteger el baño de fusión, ya que se usa un gas que no reacciona con otros elementos del baño de fusión ni de su atmósfera circundante. 2. FUNDAMENTO DEL METODO Como resultado de muchas investigaciones se desarrolló el método TIG, en el que se consigue desplazar al aire de la zona de soldadura aportando un caudal de gas inerte. El arco salta en un circuito eléctrico en el que un polo va a la pieza a soldar y el otro polo va a un electrodo que no se funde por lo que se produce la soldadura en una atmósfera inerte y con un arco limpio. El procedimiento es parecido a la soldadura oxiacetilénica pues el arco TIG se pue de regular en forma parecida a la llama oxiacetilénica pero no tiene restos de la combus tión como ella y en ambos casos se puede soldar con o sin material de aporte que se aplicará en forma de varillas siendo las técnicas y métodos operatorios muy semejantes. La finalidad del arco eléctrico es crear una elevada temperatura capaz de produ cir la fusión de los metales. En la fabricación del electrodo se emplea el tungsteno, ya que este no es consu mible en el proceso, por tener un elevado punto de fusión. Para preservar el baño de fusión se emplea un gas inerte que generalmente es argón o helio. Los principales elementos que forman parte del procedimiento de soldadura TIG son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. - 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. - Conexión a la red Fuente de corriente Aporte de corriente al electrodo Aporte de corriente a la pieza Pinza de masa Bombona de gas protector con reductor de presión y caudalímetro de gas Manguera del gas de protección Torcha Varilla de aportación Pieza a soldar Electrodo de tungsteno Boquilla de aporte de corriente Arco 14. - Metal fundido de la soldadura 15. - Metal sólido de la soldadura 16. - Gas protector 234 3. EQUIPO DE SOLDADURA El equipo para la soldadura T.I.G. está compuesto por los siguientes elementos fundamentales: * Fuente de alimentación. * Torcha de soldadura. * Sistema de aporte de gas. * Electrodo. 1. 2. 3. 4. - 5. 6. 7. - 8. 9. - 10. 11. 12. 13. - Equipo de soldadura TIG con sus elementos de regulación y control: Caudalímetro y manorreductor para el gas Post-flujo de gas Graduación descendente Interruptor de selección de método Soldadura TIG con arranque de alta frecuencia " " " de arco elevado Soldadura MMA con arranque en caliente Escala de corriente Interruptor y lámpara indi cadora La función 2-/4-tiempos le da al operador la posibili dad de soldar sin mante ner el interruptor del soplete presionado Interruptor para la salida del control remoto Salida (toma) del control remoto Salidas para el cable de vuelta y pinza portaelectrodo Conexión central para el soplete "Carro" compacto y esta ble con mandos plegables Control remoto por pedal 3.1. Fuente de alimentación Para la soldadura T.I.G. al .igual que en otros métodos de soldadura, podremos emplear fuentes de alimentación de corriente continua o alterna según el tipo de soldadura que vayamos a realizar. 3.1.1. De corriente continua. En el caso que tengamos que unir cualquier tipo de acero y especialmente aceros inoxidables o aleaciones pesadas, emplearemos una fuente de alimentación de corriente continua similar a la usada en soldadura eléctrica. Para ello podremos usar las siguientes máquinas: * Transformador rectificador. * Motor-generador. * Convertidor rotativo. 235 3.1.2. De corriente alterna. Cuando nos encontremos con piezas a unir de Aluminio, Magnesio o aleaciones ligeras tendremos que usar una fuente de alimentación de corriente alterna, para ello dispondremos de un equipo con: * Transformador. * Oscilador de alta frecuencia. 3.2. Torcha de soldadura Sirve como soporte para el electrodo de Tungsteno y sus finalidades son las siguientes: * Aportar corriente al electrodo, conectándolo con un polo del circuito de soldadura, mediante una pinza unida a un cable * Servir de estrangulamiento del gas inerte para que este pueda proteger el baño de fusión. La tocha está com puesta por un electrodo recambiable y rodeando a este se encuentra una pro tección de material refrac tario y una carcasa que protege toda la tocha de material aislante, pudién dose localizar en ella un interruptor que acciona el paso de corriente,la elec trovalvula del gas de pro tección y los temporizadores que permiten que empiece a salir gas antes de iniciar el soldeo y que continúe saliendo al finali zar para proteger el cor dón hasta que se enfríe. La carcasa puede ser de doble encamisa do, con ello pretende dejar un espacio para el fluido refrigerante. Las torchas según su refrigeración pueden ser: * Torchas refrigera das con aire. * Torchas refrigera das con agua. Partes fundamenta les de una torcha: 1. - Boquilla de contac to; 2 piezas de Cu-N¡ 2. - Protección térmica de teflón y sello estanco del gas 236 3. - Soporte del electrodo 4. - Canal de refrigeración 5. - Cuerpo de torcha de Cu y aislante de goma 6. - Cabezal para electrodos largos 7. - Interruptor de encendido 8. - Empuñadura acanalada 9. - Conexiones estancas de mangueras 10. -Mangueras 11. -Cable de funciones de control con funda 3.3. Sistema de aporte de gas La finalidad esencial del sistema de aporte de gas es almacenar y dosificar el gas de protección, dicha dosificación se realiza de la siguiente manera: El paso del gas de protección se realizará en el instante anterior al salto del arco eléctrico y se cerrará segundos después su cese, garantizándose la protección total del baño de fusión desde su inicio hasta su solidificación. El sistema de gas está compuesto por los siguientes elementos: * Electroválvulas; encargadas de asegurar la protección del baño de fusión mediante el adelanto y el retardo de apertura u cierre del paso del gas de protección. * Manorreductor y caudalímetro, que miden la presión de gas en la botella y el caudal de salida por la torcha respectivamente. * Botellas y mangueras. 3.4. El electrodo La característica principal del electrodo es que tiene un elevado punto de fusión , por lo cual no se funde y su misión es la de mantener el arco eléctrico sin aportar material. El tipo de electrodo más usado es el de Tungsteno puro aunque podemos encon trar varias aleaciones como pueden ser: * Electrodo de tungsteno puro. * Electrodo de tungsteno-torio. * Electrodo de tungsteno-circonio. 3.4.1. Electrodos de tungsteno puro: Tienen un punto de fusión de 33802 C. Los electrodos de tungsteno puro son ideales para la soldadura con corriente alterna en aluminio y sus aleaciones. Cuando se suelda durante mucho tiempo se corre el riesgo de contaminar la soldadura, ya que debido a la alta temperatura que alcanza puede desprenderse en forma de gota. 3.4.2. Electrodos de tungsteno-torio: En este caso el tipo de electrodo se encarece ya que lleva una proporción de torio del 0,5, al 2 %. Con este electrodo se consigue un arco mas direccional y al poder ser de menor diámetro se accede mejor a las juntas en chaflán y ángulo. Su punto de fusión es el mayor en comparación con los otros tipos de electrodos pudiendo alcanzar los 4000 2 C. El electrodo de tungsteno-Torio se usa para soldadura con corriente continua especialmente en aceros al carbono, aceros inoxidables, cobre, etc. Se debe afilar cada cierto tiempo para que el arco salte exactamente por su punta. 237 3.4.3. Electrodos de tungsteno-circonio: Este tipo de electrodos también se encarece más que el de tungsteno puro debido a que el cir conio forma una aleación con el tungsteno en una proporción del 0,3 al 0,9 %. Su punto de fusión es mayor que el de tungsteno puro y menor que el de tungsteno-torio alcanzando los 3800 eC. Podemos decir que el electrodo de tungste no-circonio es un buen electrodo multiuso ya que puede usarse tanto en soldadura con corriente alterna como continua. Ej:electrodo 01.6 => í =2x1.6 J? =3.2 Una característica general de los electrodos usa dos para corriente alterna es la forma de su punta, siendo esta redondeada; mientras que los usados en corriente continua su punta es puntiaguda. Cuando por acción de la alta temperatura la punta del electrodo se redondea, se hace conveniente afilar esta para volver a dar su forma original; ello se realiza con ayuda de una esmeriladora desbastándose en sentido longitudinal. Es conveniente escoger bien el diámetro del electrodo dependiendo de la corriente que vayamos a utilizar, para ello podremos usar la siguiente tabla. TABLA PARA SELECCIONAR EL DIAMETRO DEL ELECTRODO Diámetro del electrodo Electrodo de Tungsteno Circonio Electrodo de Tungsteno Electrodo de Tungteno Torio Amp. D.C. 20 5 20 80 20 80 Inch. mm. 0,002 0,5 5 15 5 0,004 1 10 60 15 100 70 150 80 150 Amp. A.C. Amp. A.C. 1/16 1,6 50 3/32 2,4 100 160 110 180 120 220 1/8 3,2 130 180 150 200 200 300 5/32 4 180 230 180 250 250 400 NORMA AWS ELECTRODOS TUNGSTENO DESIGNACION DISTINTIVO (color) COMPOSICION % (en peso) DE LOS OXIDOS AÑADIDOS TIPO DE CORRIENTE Verde Tungsteno puro Alterna Amarillo 1% ThO2 Continua EWTh-1 Rojo 2% ThO2 Continua EWTh-2 Continua EWTh-3 Azul Marrón ThO2 Hasta 0,4% ZrO2 Altema-continua 238 EWP EWZr 4. POLARIDAD Para la correcta unión de dos planchas mediante el procedimiento de soldadura T.I.G. deberemos tener especial atención en la polarización del electrodo y la plancha, ello vendrá determinado por el espesor de las planchas, el material y el tipo de corriente empleada; pudiendo ser esta alterna o continua. 4.1. Corriente continua Cuando empleemos este tipo de corriente podremos polarizar tanto directa como inversamente según el grado de penetración que deseemos obtener. En el caso de realizar una polarización directa conectaremos el electrodo y la plancha a soldar según se indica en la figura siguiente. Según comprobamos en la figura el elec trodo esta conectado al borne negativo (-) del equipo y la pieza a soldar va conectada al bor ne positivo (+). Con ello se quiere obtener una circula ción electrónica desde el electrodo hacia la pieza, lo cual dará lugar a una mayor penetra ción y a un baño de fusión estrecho; puesto que se consigue concentrar la energía calorífi ca del arco sobre una zona reducida la pieza. Por esta razón el electrodo sufre menos des gastes pudiendo soportar una intensidad mayor que si estuviese conectado al polo posi tivo (+). Si por el contrario realizamos una polari zación inversa las bomas del equipo quedará conectadas según se muestran en la figura. Como podemos ver en la figura el borne positivo (+) queda ahora conectado al electro do y el negativo (-) a la pieza a soldar, ello dará lugar a una circulación de electrones con traria a la reseñada anteriormente. Los electrones circularan desde la pieza al electrodo consiguiéndose así una menor pene tración de la energía calorífica del arco y un baño de fusión más ancho; ya que será el elec trodo quien soporte en gran medida esta ele vada temperatura. En la polarización inversa el electrodo sufrirá un mayor desgaste, por lo deberemos emplear electrodos con diámetros mayores y con la punta redondeada para que este no se funda y contamine la solda dura. 4.2.Corriente alterna Con este tipo de corriente se pretende sumar las características que proporciona la polaridad directa y la inversa en el proceso de soldadura T.I.G. Se emplea principalmente en la soldadura del aluminio y sus aleaciones. 239 Según podemos comprobar en la siguiente figura cuando se aplica una corriente alterna al electrodo, en el primer semiciclo positivo (+) se actúa como si estuviese polari zado inversamente; al llegar la siguiente mitad de onda [el semiciclo negativo (-)] el equipo actuará como si estuviese polarizado directa mente. Estas ventajas serán de gran utilidad para realizar soldaduras T.I.G. en planchas cuya superficie posea una película de oxido consi derable,humedad, costras,etc. Cuando apliquemos la corriente alterna, en el caso de actuar el semiciclo negativo (-) sobre el electrodo estaremos proporcionando una temperatura suficiente sobre la película de oxido como para vencerla. Una vez rota dicha película llegaría al electrodo el semici clo positivo (+) produciendo una menor penetración en el material, protegiéndolo así de una posible perforación. Si en este mismo caso si solo hubiésemos operado con polaridad directa, una vez rota la película de oxido la energía calorífica proyectada sobre la plancha a soldar sería tan intensa que la fundiría. Pero por el contrario si solo operamos con polaridad inversa no podríamos realizar la soldadura, ya que la película de oxido impediría la creación del baño de fusión. Con el objeto de conseguir una mayor estabilidad del arco eléctrico se emplean bajas intensidades, altos voltajes y sobre todo altas frecuencias. Para su uso es nece sario el empleo de un generador de alta frecuencia que facilitará el cebado del arco y su posterior estabilización. 5. METODOS OPERATORIOS Para la realizar una soldadura mediante el procedimiento T.I.G. tendremos en cuenta las siguientes operaciones: 5.1. Operaciones previas al soldeo * En función de las características de cada soldadura optaremos por la utilización de corriente alterna o de corriente continua. * Comprobar que la conexión del equipo en la pieza hace buen contacto. * Escoger un electrodo adecuado tanto diámetro como en punto de fusión. * Ajustar en el equipo los parámetros adecuados en voltaje e intensidad, y en el caso de usar corriente alterna regular también en frecuencia. * Regular el caudal de gas inerte. 5.2. Cebado del arco Cuando utilizamos corriente alterna para el cebado del arco se procede de la siguiente manera: Para el cebado se establece una diferencia de potencial entre el electrodo y la pieza mediante la regulación del voltaje, se coloca el porta electrodos en posi ción horizontal de manera que diste este de la superficie una distancia de unos 5 cm. 240 Posteriormente se gira el electrodo me diante un movimiento suave de muñeca, posicionando este perpendi cularmente a la superfi cie de la pieza hasta que diste 3 mm. aproxima damente. Es entonces a causa de la corriente de alta frecuencia cuando se hace conductor el aire y se establece el arco. En el caso de usar corriente continua el cebado del arco se con sigue como se indica a continuación: El procedimiento de cebado del arco en corriente continua es similar al anterior. Pri mero situamos el portaelectrodo en una posición horizontal y a una distancia de la pieza de unos 50 mm, lue go lo giramos hasta que el electrodo toca la superficie de la pieza; de esta manera queda cebado el arco, luego lo retiramos hasta una distancia de 3 mm. Tanto utilizando corriente alterna como corriente continua el arco se suprime ale jando el electrodo hasta una posición paralela a la pieza, esta operación se realiza rápidamente para evitar cualquier alteración en la soldadura. 5.3. Posicionamiento y ejecución de la soldadura Para la iniciación de la soldadura T.I.G. y una vez que el arco se haya esta blecido se posiciona el portaelectrodos a 85- respecto a la pieza que va a ser solda da, luego se calienta la zona de la pieza hasta que se obtiene el baño de fusión apropiado; posteriormente se inicia el avance constante de la pistola portaelec trodos a lo largo de la junta a soldar. Si por necesidades de la junta, la sol dadura precisa metal de aportación, la operación se realizará como sigue: El metal de aportación guardará una inclina ción de 15s respecto de la pieza, este se introduce en el baño de fusión hasta depo sitar una gota, para posteriormente ser retirado; esta operación se repite hasta rellenar la junta a soldar. 241 Las diferentes posiciones de soldeo en chapa son: * * * * * * Soldadura Soldadura Soldadura Soldadura Soldadura Soldadura a tope. a solape. en esquina. en vertical. en cornisa. en techo. En soldadura de tubería tiene una gran aplicación este sistema, realizándose con TIG las primeras pasadas de raíz para aceros suaves en cualquier posición y para tubos de aluminio y acero inoxidable se suelda toda la junta con TIG o se combinan TIG y MIG en todas las posiciones. 6. VARIANTES DEL PROCEDIMIENTO 6.1. Soldadura T.I.G. automática Este sistema viene caracterizado por el suministro automático del metal de apor tación mediante un motor que alimenta una boquilla situada tras la torcha. Existe un procedimiento derivado del anterior, consistente en someter a un calentamiento previo el alambre del metal de aportación para que llegue en estado candente al baño de fusión; este procedimiento se denomina T.I.G. hilo-caliente. 6.2. Soldadura T.I.G. arco pulsado Este sistema consiste en utilizar una corriente que oscila entre un nivel alto y otro bajo, con una velocidad de oscilación dependiente de la frecuencia y es regulable según las necesidades de la soldadura. En un primer impulso, determinado por un nivel alto de corriente, se produce un punto de soldadura, seguido de este impulso llega otro caracterizado por un nivel bajo de corriente; el cual permitirá el enfriamiento del baño para seguir con un nuevo pun to producido por otro impulso. Este proceso se repite constantemente durante la reali zación de la soldadura, con este sistema se pretende obtener un cordón formado por puntos o un cordón continuo en el que sea importante controlar el aporte de calor como en el caso de chapas finas, posiciones difíciles de soldeo o porque se puedan producir cambios metalúrgicos en el metal base. 6.3. Soldadura T.I.G. por puntos Este tipo de soldadura se consigue realizando varios puntos seguidos, formando un cordón más o menos continuo dependiendo de las distancia entre puntos. El punto de soldadura se lleva a cabo tocando con la boquilla de la pistola la superficie a soldar, a continuación se aprieta el gatillo iniciando la salida del gas iner te y la refrigeración de la pistola. En este momento el electrodo comienza su aproximación hacia la pieza, tocándola para posteriormente retroceder hasta alcanzar una separación de 1,5 mm. Es en este instante cuando se consigue la ionización del gas que da lugar al salto del arco eléctrico. El tiempo de duración del arco es breve, aunque se puede regular con ayuda de un temporizador según se desee obtener un punto con mayor o menor superficie; dicho tiempo suele oscilar entre 0 y 6 segundos. En la soldadura T.I.G. por puntos se utiliza un electrodo sin afilar, es decir; con su extremo plano lo cual dará lugar a mayores desgastes. 242 6.4. Soldadura orbital Este método de soldadura T.I.G. es empleado para soldadura en tubos de auto mática. Una característica específica de este proceso es el hecho de hacer girar el electro do alrededor de la tubería sobre la superficie a soldar, independientemente de que se precise o no la aportación de metal a la soldadura. 6.5. Soldadura por hilo caliente Es otra de las variantes que ofrece la soldadura T.I.G. automática, la cual viene caracterizada por el calentamiento previo de la varilla del metal de aportación, consi guiéndose una mejor fusión y más rápida; dando lugar a un mayor rendimiento. 7. SOLDADURA T.I.G. EN METALES Y ALEACIONES Dentro de este apartado hablaremos brevemente de la soldadura T.I.G. en aceros al carbono, cobre y sus aleaciones, magnesio, aluminio y aceros inoxidables, facilitan do en cada caso tablas con los parámetros adecuados para soldar diferentes tipos de juntas en distintos espesores, estas tablas son orientativas debiéndose obtener los parámetros exactos según las condiciones particulares de cada soldadura. 7.1. Aceros al carbono Para el soldeo de piezas de acero al carbono, a veces se precisa un precalenta miento de la zona a soldar y el uso del sistema TIG se limita a la soldadura de piezas que sean de importancia y en las que sea preciso tener la seguridad de que no se 243 dejan defectos como es el caso de cordones de raíz en tuberías, en calderas, en con ductos a presión o piezas de poco espesor ya que este sistema es caro por el uso de gases inertes y electrodos de tungsteno, y que para su aplicación se requieren solda dores especialistas siendo un procedimiento seguro pero lento. 7.2. Cobre y aleaciones La soldadura T.I.G. es apropiada para soldadura de cobre y aleaciones formadas por cobre y cualquiera de los siguientes materiales como pueden ser el latón, bronce, silicio, berilio, aluminio y níquel. COBRE Y SUS ALEACIONES Corriente soldad. A Electrodo Vari.apori. mm. 0 mm. 0 Veloc sol Número mm/min pasadas Pos. Horiz. 90-100 100-115 100-115 110-125 1,6-24 130-145 130-145 1.6-2,4 115-130 135-150 140-160 170-200 2,4-3.2 2,4-3.2 190-220 2.4-3,2 2.4-3,2 190-220 2.4-3,2 2.4-3,2 200-220 190-225 205-250 Precalent 205-250 150°-200“C 244 7.3. Magnesio En método de soldadura T.I.G. con Magnesio presenta una gran similitud con la soldadura en aluminio, debido a su coincidencia en el elevado punto de fusión, facili dad para la transmisión de calor y elevada dilatación. MAGNESIO Y SUS ALEACIONES 245 8. CONSUMIBLES Los dos elementos consumibles en la soldadura TIG son los gases y la varilla de aportación. 8.1. Gases Los gases inertes y sus mezclas se han descrito anteriormente en el tema MIGMAG. El gas mas usado en la soldadura TIG es el argón que se puede usar con todos los metales. El helio puro se puede utilizar para soldar aleaciones de aluminio y de cobre, en soldaduras que necesiten gran aporte de calor o velocidad en su ejecución. 8.1.1. Mezclas de gases Las mezclas de argón e hidrógeno que contienen de un 2 a un 5% de Hidrógeno se suelen usar para el acero inoxidable y aleaciones de níquel. Esta mezcla per mite usar mayor tensión del arco con lo que se aumenta la penetración, aunque tienen la limitación de que no se deben usar para aceros al carbono porque pue den producirse fisuras en la ZAT ni en las aleaciones de aluminio y cobre debido a la porosidad del metal de la soldadura. Las mezclas de argón y helio dan mayor penetración al tener mayor aporte de calor y por lo tanto la soldadura es mas rápida pero es mas difícil el cebado del arco que con el argón. Estas mezclas se pueden usar en aceros aleados y en aceros inoxidables, así como en aleaciones de aluminio y cobre. Las mezclas de argón y nitrógeno se emplean en la soldadura del cobre por el gran aporte de calor que resulta de la disociación del nitrógeno en el arco y pos terior recombinación en la pieza y que es muy útil para contrarrestar la alta con ductividad térmica del cobre y lograr su fusión en un punto concreto. 8.1.2. Varillas de aportación Las varillas de aportación suelen ser de la misma composición que el metal base ya que en este procedimiento suele haber pocas perdidas de los elementos de la aleación en el arco. Se suelen usar desoxidantes para evitar las oxidaciones procedentes de inclu siones accidentales de aire o los óxidos de superficie de las piezas. Las com posiciones de las varillas utilizadas en TIG suelen ser ¡guales que las de MIGMAG. La espeficicación AWS para varillas de TIG es la A5, 2, 7, 9, 10, 14, 16, 18 y 28. 246 CONDICIONES OPERATORIAS DE SOLDADURA TIG DE TUBERIA DE ALUMINIO 6G Preparación de bordes Especificaciones: Para soldeo de aluminio Material base Tubos de 0 96 x 75 long. y 3 mm espesor Material aporte Varilla de 0 2 y 3 Gas de protec Argón 99,99 % ción / Posición de sol Inclinada a 45° (6G) deo Proceso de soldadura Pasadas Intensidad de corriente (A) Longitud de arco Caudal de gas (l/min) 0 de electrodo Oscilación del electrodo Limpieza Desengrasado y decapado Posición de torcha 90° sobre el eje del tubo Longitud punta electrodo 2 mm sobre tobera Movimiento de torcha Avance y retroceso horizontal Mecanizado Pequeño chaflán Ensayos 247 CONDICIONES OPERATORIAS DE SOLDADURA TIG DE TUBERIA DE ALUMINIO EN HORIZONTAL Especificaciones: Para soldeo de aluminio P reparación de bordes Material base Tubo de 0 102 x 96, espesor 3 mm Material aporte Varilla de 02 y 3 Gas de protec Argón 99,99 % ción i ■- ? I r Posición de sol Cornisa (2G) deo Proceso de soldadura TIG Pasadas Raíz Intensidad de corriente (A) ................. 75-90 Longitud de arco ................................. 3 mm Caudal de gas (l/min)........................... 8-10 0 de electrodo .................................... 2,4 Oscilación del electrodo ...................... Segunda Resto Sin balanceo Limpieza................................................ Desengrasado y decapado Posición de torcha................................ Caída de 10 Longitud punta electrodo..................... 2 Movimiento de torcha......................... Avance retroceso Mecanizado ......................................... Achaflanado Ensayos ................................................ Visual ------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------ / 248 9- SOLDADURA EN ALUMINIO La utilización del aluminio ofrece ventajas como la resistencia a la corrosión, bue na conductividad eléctrica, resistencia a la tracción y bajo peso; por ello el aluminio resulta ideal para construcción aeronáutica y naval. El inconveniente principal que presentan el aluminio para su soldadura es que las planchas vienen cubiertas por una fina capa de oxido llamada alúmina, dicha capa tiene un punto de fusión de unos 2000- C mientras que el aluminio funde antes entorno a los 658- C. Para poder llevar a cabo la soldadura T.I.G. en aluminio tendremos que romper la capa de alúmina sin deteriorar el material por la acción de una penetración excesiva, para ello realizaremos la soldadura con corriente alterna, ya que esta cambia de pola ridad entre 100 y 120 veces por segundo. Según se desarrolla la soldadura T.I.G. en aluminio se mejora su uso con el empleo de maquinas de corriente alterna de onda cuadrada que permiten regular los tiempos de alternancia hacia un positivo aumentado o un negativo aumentado según se desee una mayor penetración. El positivo aumentado rompe mejor el óxido de alu minio y el negativo aumentado aporta mas calor y consigue mayor penetración. En la soldadura con aluminio la limpieza es un factor decisivo para la obtención de cordones de buena calidad, por esto una operación previa al soldeo será la limpie za de la zona a soldar con una solución de acetona o metanol puro. El metal de aportación suele ser aluminio sobrealeado con Si o Mg para evitar zonas de soldadura susceptible agrietamiento o rotura. Normalmente se emplean electrodos de tungsteno puro y como gas de protección se usa Argón de gran pureza (99,99 %). Otro inconveniente digno de mencionar que presenta la soldadura T.I.G. en alu minio son los rechupes al final del cordón, esto se soluciona volviendo un paso atrás para rellenar con material de aportación la zona del rechupe. 10.- VENTAJAS QUE OFRECE LA SOLDADURA T.I.G. En la soldadura T.I.G. se pueden destacar las siguientes ventajas respecto a otros método de soldadura : * Este método no siempre precisa de material de aportación, como en el caso de las chapas finas. * No se producen humos ni salpicaduras, con lo cual se ahorran costes en protec ción del operario, sistema de ventilación y trabajo final al no tener que limpiar la superficie después de la soldadura. * No se producen inclusiones de escorias ni se precisa su eliminación después de la soldadura. * Debido a que se realiza bajo una atmósfera inerte se consiguen soldaduras más resistentes a la corrosión, limpias de contaminaciones, más dúctiles y fuertes. * Es posible realizar soldaduras en todas las posiciones. * Se puede aplicar para una amplia gama de metales. * Se consiguen cordones de gran calidad y elevado rendimiento. 249 ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Espesor de Tipo de chape mm junta Comente soldadura A Horizontal Vertical Techo Electrodo Varilla Velocidad Argón Número mm. 0 aportac soldadura l/mm pasadas mm. 0 mm./min. 1,0 tvz-nr— ■ 35-60 35-60 35-60 1-1.6 1,6-2 275-325 5 1 T— 45-70 30-50 35-60 1-1,6 1,6-2 250-300 5 1 45-70 30-50 40-70 1-1.6 1,6-2 250-300 5 1 30-45 30-45 30-45 1-1.6 1,6-2 200-250 6-7 1 60-80 60-80 60-80 16 1,6-2 250-300 6 1 =- 70-90 55-75 60-80 16 1,6-2 225-250 6 1 )i Ik 70-90 70-90 70-90 16 1,6-2 225-250 6 1 -CU- 60-70 60-70 60-70 2 1,6-2 180-200 6-7 1 IL 70-130 90-130 90-130 2 2-2.4 200-225 ' 6 1 =¿li= 60-90 60-90 60-90 3 2-2 4 175-200 7 1 75-100 75-100 75-100 1 6-2.4 2-2 4 250-275 6 1 =- 65-90 65-90 65-90 1.6-2.4 2-2.4 225-250 6 1 IL 65-90 65-90 65-90 1.6-2.4 2-4 225-250 6 1 ===== 125-145 115-135 120-140 24 2.4-32 225-250 7 1 140-160 125-145 130-160 2.4 2.4-32 200-225 7 1 IL 140-160 115-135 140-160 24 24-3.2 200-225 7 1 =!Jtt= 75-100 60-90 60-90 3.2 24-3.2 175-200 7 1 150-180 140-170 125-160 2.4 24-3,2 250-275 8 1 == 160-200 150-190 145-180 2.4 24-3.2 200-250 8 1 IL 160-200 150-190 145-180 2,4 2,4-32 200-250 8 1 130-160 120-150 120-145 3.2 24-3.2 175-225 8 1 =,= 190-220 190-220 180-210 3,2 3,2-4 225-250 8-9 1 ==>- 210-240 190-220 180 210 3.2 3.2-4 175-225 8-9 1 210-240 190-220 180-210 3.2 3,2-4 175-225 8-9 1 —JÍE- 150-180 140-170 135-160 4 3.2-4 150-200 8-9 1 =U!= 170-210 160-195 155-190 4 4-4 8 100-150 8-9 1 , ,„K. 1.5 2.0 2,5 3,0 4,0 5.0 lk„. 6.0 250 Capítulo 13 SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW) 1. INTRODUCCION El arco sumergido es un proceso de soldadura por arco metálico con protección de flux en donde se forma el arco entre el extremo de un electrodo y la pieza de trabajo. Este proceso nació en 1935 y se distinguen dos períodos básicos en su evolución: a) de 1935 a 1960: En 1935 Kennedy, Jones y Rodermund patentaron un proceso que incluía la soldadura por arco eléctrico bajo una capa de flux de soldadura granulado que sumergía completamente la zona soldada y permitía usar corrientes de hasta 1000 A. En poco tiempo se estableció el proceso, que se adoptó para aplicaciones de recubrimientos en soldaduras de aceros de alta y de baja aleación. Se usó al principio en soldaduras de poca importancia, y a medida que fue evolucionando se fue aplicando en soldaduras de mayor calibre. 251 b) de 1960 a hoy en día: El procedimiento se mejoró usando la soldadura multielectrodo: se perfeccionó el equipo, se estableció el recargue con cintas sim ples y dobles, y para mejorar los grados de aportación y la calidad de la solda dura se generalizó el uso de polvos metálicos y de electrodos fríos continuos. Pronto se conocieron qué electrodos y combinaciones de éstos eran capaces de producir buenas características metalúrgicas en el metal de aportación, así como sus limitaciones y el grado de aportación al que debían ser restringidos para obtener las propiedades mecánicas requeridas por las piezas a soldar. El campo de aplicación comprende: - Construcción de tuberías. -Construcción naval. - Construcción de puentes. -Construcción de recipientes presurizados. - Reparaciones y tratamientos superficiales. - Industria del motor. - Fabricación en general. 2. FUNDAMENTOS DEL PROCEDIMIENTO La soldadura por arco sumergido es un procedimiento automático que consiste en la fusión de un electrodo continuo (aportado automáticamente) y de los bordes de la pieza a soldar gracias al calor generado por el arco eléctrico. El electrodo va bobinado en un carrete que a su vez va en una máquina (cabezal de soldadura) que lo desenrrolla a la velocidad precisa y aporta la electricidad y el flux necesarios para que se suelden las piezas en las condiciones adecuadas. Por delante del electrodo se va depositando el flux gracias a una tolva que también recogerá y reciclará el flux no utilizado. El arco eléctrico se establece entre el electrodo metálico y la pieza a soldar, mien tras que el flux protege al arco y al baño de fusión de la atmósfera exterior haciendo a éstos invisibles durante el proceso. Dicho proceso es altamente productivo y se lleva a cabo tal como se ve en las Figuras 2 y 3. Fig. 3 1. - Conexión del primario. 2. - Fuente de alimentación. 3- Cable de alimentación de corriente al elec trodo. 4. - Cable de alimentación de corriente a la pieza. 5. - Carrete portaelectrodo. 6 - Unidad de alimentación del electrodo. 7. Boquilla de contacto. 8 - Pinza de masa. 252 910.1112. 13. 14^ 15 16.17 - Pieza a soldar. Flux en polvo. Escoria líquida. Escoria sólida. Extracción de flux. Cable portaelectrodo. Arco eléctrico. Baño de fusión. Cordón de soldadura. 3. EQUIPO El equipo está formado básica mente por: a) La unidad tractora: Está com puesta por un carro con ruedas motrices sobre el que se monta el equipo de soldadura. La uni dad tractora contiene los siguientes elementos: 12. 3. 4. - Panel de control. Carrete portahilo. Tolva para el flux. Unidad de alimentación y enderezado del hilo. 5- Boquilla para el flux. 6- Antorcha de toma de corriente. b) La fuente de alimentación: es la que suministra de corriente eléctrica al electrodo, a la pieza, al carro, etc. Para el uso de alambres gruesos y macizos con arcos gemelos y/o para el revestimiento, la fuente ha de ser de alta capacidad y buenas características. Los dos tipos de fuentes de corriente son: 1) Los transformadores: regulan la intensidad de corriente variando la ten sión de la red. Normalmente elevan la intensidad tras disminuir la tensión. Sólo se usan en C.A. 2) Los rectificadores: reciben C.A. y la transforman en C.C. siendo ésta últi ma más conveniente en la soldadura SAW. Van colocados a la salida del transformador. 4. CARACTERISTICAS DE LA SOLDADURA BAJO FLUX Este tipo de soldadura se suele caracterizar por una fusión ancha y profunda, estando la sección de tal soldadura compuesta por dos zonas tal y como se ve en la figura inferior, en la cual se distinguen: Zona 1: En ella se lleva a cabo la fusión del material base (zona de fusión) hasta una determinada profundidad que será función de la intensidad del arco. El baño de fusión empieza a solidificar cuando la pérdida de calor en la masa es mayor que la ganancia debida al proceso de fusión. b) Zona 2: En ella se realiza el relleno con aportación. Aparece como consecuencia de la pre sión y de la fuerte acción de erosión resultante del flujo de material. La escoria favorece la desgasificación del baño al per manecer en estado líquido durante la solidificación del metal aportado, y al ser eliminada deja al descubierto el cordón de soldadura. La capa de polvo no fundido impide que la escoria líquida y la parte superior del baño solidifiquen demasiado rápido. a) 253 La soldadura SAW es de gran productividad porque permite usar elevadas inten sidades consiguiéndose con ello mayores grados de aportación y una mayor penetra ción que permite a su vez reducir el volumen de la unión con el consiguiente ahorro de material. 5. - METAL BASE Con la soldadura SAW se pueden soldar metales férreos así como sus aleacio nes. Este tipo de soldadura también se usa para revestir materiales que deben tener un tratamiento anticorrosivo (recargue). La soldadura SAW permite soldar materiales tales como: Aceros al carbono (de hasta el 0.3% de C), Aceros de baja aleación, Aceros inoxidables austeníticos y Aceros al Cr-Mo (utilizados en tuberías para altas temperaturas). 6. - CONSUMIBLES Hay dos tipos de consumibles o productos de aportación: 6.1 Electrodos. Pueden ser uno o varios hilos, o bien flejes o bandas en el caso especial de los recargues. Se suministran normalmente en forma de alambre sólido o compuesto (hilo hueco con flux en su interior) y se presentan bobi nados en carretes de 10 a 500 Kg en el caso del hilo, y en bobinas en el caso de flejes o bandas para el recargue. El diámetro del hilo varía de 1.6 á 6.4 mm. Hay electrodos para soldar aceros (al carbono, de baja aleación, aleados, inoxidables), y aleaciones (férricas, no férricas, especiales). También existen electrodos para aplicaciones de recargue. Los electrodos de ace ro se recubren de cobre para evitar la corrosión del material, mejorar el contacto eléctrico y disminuir el rozamiento hilo-dispositivo de alimenta ción. Los electrodos deben cumplir las siguientes condiciones para evitar proble mas de contacto y defectos en la soldadura: 254 a) Superficie lisa (sin rugosidades) y libre de grasas. b) " sin óxidos. c) " calibrada. d) Flexibilidad. e) Superficie cobrizada cuando se requiera tratamiento anticorrosivo. Las especificaciones actuales para los electrodos, de la AWS son: a) AWS-A.5.17, electrodos de acero al carbono y fluxes: los hilos se clasifican por su composición química y los fluxes según las propiedades del metal depositado. b) AWS-A.5.23, electrodos de acero de baja aleación y fluxes: empleando hilos de acero de baja aleación y fluxes que contengan elementos de alea ción (o electrodos con recubrimiento metálico equivalente) se consiguen los depósitos de baja aleación. c) AWS-A.5.9, electrodos de acero inoxidable: incluye aceros con mas del 4% de Cr y menos del 50% de Ni en la aleación. 6.2 Flux de protección. Los fluxes cumplen la misma función que cumplía el revestimiento de los electrodos en la soldadura manual, es decir proteger al arco de la atmósfera exterior, aportar elementos de aleación y desoxidantes al cordón, y formar una escoria viscosa para proteger al baño de fusión y al cordón durante su enfriamiento. El flux se aporta con una tolva y se recoge el sobrante con un aspirador. Este flux es en sí un polvo compacto compuesto de granos (que a su vez están compuestos de minerales tales como óxidos de aluminio y tilio,...) cuyo tamaño dependerá del tipo de soldadura, de tal manera que por ejemplo en la soldadura de chapas gruesas, las cuales requieren gran intensidad de corriente, se usa el polvo de grano fino, ya que éste dificulta la elimininación de calor por radiacción además de aumentar el tiempo de duración del baño de fusión favoreciéndose así la eliminación de gases del mismo. Con gran des velocidades de soldeo se usa el flux de grano medio y grueso ya que los gases se desprenden en poco tiempo debido a que la soldadura es de menor volumen y una más rápida solidificación. Existen cuatro tipos fundamentales de fluxes: a) fluxes fundidos: Se fabrican partiendo de minerales (tales como cuar zo, delomita, caolín, manganeso,...) que se mezclan en seco y se fusio nan en el horno eléctrico a unos 1500aC. Posteriormente la mezcla es colada, enfriada (con una corriente de agua), triturada (gracias al rápido enfriamiento y la consiguiente aparición de tensiones se consigue la rotura en pequeños trozos), clasificada (de acuerdo con el tamaño), y finalmente envasada. Son fáciles de almacenar (ya que no son higroscópicos), permiten el reciclado y son adecuados para las más altas velocidades de soldeo. Por contra presentan la dificultad de añadir desoxidantes y ferroaleciones sin segregaciones o pérdidas elevadas en su fabricación, debi das entre otras cosas a la alta temperatura asociada a la fusión de las materias primas. Además la intensidad máxima de uso se ve limitada a 800 A. 255 b) fluxes sinterizados: Se fabrican igual que los fluxes fundidos y se cla sifican en sacos de PVC. Además de adicionar desoxidantes y elementos de aleación al baño de fusión permiten un mayor espesor de capa y eli minar las ecorias más fácilmente. Por contra puede verse afectada la composición del flux por la pérdida de partículas finas, además de ten der a absorber humedad con el consiguiente riesgo de porosidad o fisuración. c) fluxes aglomerados: Se fabrican del mismo modo que los dos tipos de flux anteriores, pero usando silicatos, fluoruros, óxidos de hierro, carbonato,...; los cuales presentan minerales tales como propiedades tales como escorificación, ionización, viscosidad, desoxidación, aporta ción,... Estos fluxes aportan más elementos al baño de fusión que los fluxes fundidos, permitiendo mejorar su aleación. Son muy higroscópicos por lo cual requieren buenas condiciones de almacenamiento en lo referente a la estanqueidad de la humedad. d) mezcla de fluxes: A veces se mezclan distintos tipos de flux a fin de conseguir un nuevo tipo de flux adaptado a unas necesidades concretas. Comercialmente se presentan distintas mezclas con indicaciones de uso especiales. 7. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SAW Estos factores han de ser perfectamente conocidos para ajustar correctamnente la máquina y obtener así la mejor calidad posible. Son los siguientes: a) Parámetros de soldeo a.1) Influencia en la composición química: - Intensidad: si aumenta por encima del valor adecuado lo hacen tam bién las pérdidas por combustión del Mn y del Si, disminuyendo sus contenidos en el metal aportado. - Tensión: si aumenta la tensión del arco por encima del valor adecuado lo hace también la cantidad de escoria fundida, incrementándose el contenido de Mn y Si en el metal aportado. - Velocidad de soldeo: si la velocidad de avance aumenta por encima del valor adecuado, disminuye el contenido de Mn y de Si en el metal aportado. a.2) Influencia en la forma del cordón: - Intensidad: si es mayor de la adecuada, lo es también la penetración y el ancho del cordón, siempre que los demás parámetros permanezcan constantes. 250 A 450 A 650 A 256 850 A - Tensión: de ésta depende la longitud del arco. También influye sobre el ancho y la altura del cordón: el ancho aumenta si lo hace la tensión mientras que la profundidad aumenta si disminuye la tensión (con los demás parámetros constantes), lo que origina un aumento en la forma ción de escoria con mayor consumo de flux aumentando así el coste de la unión soldada y pudiendo también influir en la composición química y alterar consiquientemente las propiedades mecánicas. 32 V 36 V 40 V - Velocidad de soldeo: en la gráfica se ve que sólo a partir de ciertas velocidades, si éstas aumentan, lo hacen las penetraciones del cordón. Con un avance lento se forma un baño de fusión grande que actúa como "almohada" reduciendo la penetración. 25 35 50 70 90 cm/min PENETRACION b) Diámetro del electrodo La geometría de la junta determina el diámetro de electrodo a usar así como la corriente eléctrica, teniendo en cuenta que a mayores espesores, mayores diá metros e intensidades. La tabla siguiente muestra la relación diámetro del electrodo- corriente eléctrica: 257 corriente eléctrica (A) diámetro del electrodo (mm) 1.6 150 a 400 2.0 200 a 600 2.4 250 a 700 3.2 300 a 900 4.0 400 a 1000 4.8 500 a 1100 5.6 600 a 1200 6.4 700 a 1600 c) Clase de corriente y polaridad El uso de C.C. es más conveniente que el de C.A. en la soldadura SAW. Por ello se utilizan rectificadores como fuentes de corriente ya que disponemos en la red de C.A. la Cual se rectifica a C.C. Si la soldadura es de unión, se usa la polaridad inversa (hilo al polo positivo y pieza al polo negativo). Para el recargue, y a veces para la soldadura de algu nos aceros difíciles de soldar, se usa la polaridad directa (hilo al polo negativo y pieza al positivo) consiguiéndose en este caso disminuir la penetración y la dilución del metal base en el aportado. d) Preparación de bordes Este factor es importantísimo tenerlo en cuenta en la soldadura SAW. Los entrehierros son nulos o casi nulos (siempre menores de 1 mm), aunque se pueden usar entrehierros mayores cuando se dispongan soportes cerámicos y refractarios que eviten el riesgo de fusión y descuelgue. El talón suele ser grande y de forma que soporte las fuertes densidades de corriente y la gran penetración que caracteriza a este tipo de soldadura. El ángulo de chaflán suele ser pequeño por el gran poder de penetración que presenta este méto do. e) Conexión del cable de masa El cable de masa va conectado a las planchas a soldar. La máquina de solda dura debe mantenerse alejada de la conexión durante el proceso de trabajo, y los cables conductores no deben presentar arrollamientos que darían lugar a una caída de tensión inductiva que afectaría a la estabilidad del arco y a la sol dadura en sí. f) Recomendaciones generales a) En cuanto a la granulometría del flux: si se emplea un flux de granulometría muy fina y éste está siendo aspirado, el sistema de vacío puede separar las partículas más finas, reciclándose sólo las gruesas con el consi guiente perjuicio en la composición química del metal depositado. b) En cuanto al secado del flux: el flux debe mantenerse seco si se le exige un bajo contenido en H. c) En cuanto a la composición química del metal depositado: cuando el flux aporte elementos de aleación hay que mantener constante la relación electrodo que se funde-cantidad de flux que alimenta al baño. 258 8. DISEÑO DE JUNTAS Y PARAMETROS DE SOLDEO EN PIEZAS A TOPE Y EN ANGULO En las siguientes tablas se dan los parámetros de tensión, intensidad y velocidad a aplicar en diferentes tipos de juntas para diferentes espesores de plancha en cada una de las pasadas requeridas por la unión. TIPO DE JUNTA ESPESOR DE LA PLANCHA inin. « DEL ELECTRODO mm. 6 4 8 4 y ’0 4 A¿ 12 5 14 5 16 5 18 6 20 6 18 6 20 6 25 6 30 6 2 ^Cu 6-a TENSION INTENSIDAD V. A. VELOCIDAD m/h. 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 300 350 450 500 500 550 600 700 650 750 1 2 1 2 1 2 35 36 36 38 36 38 700 800 850 850 925 850 1 2 1 2 1 2 1 2 36 36 36 36 36 36 36 36 700 850 800 850 850 950 900 1000 30 2 1 28 325 75 4 2.5 1 30 450 40 6 3 1 31 510 30 8 3 1 32 525 26 10 3 1 33 600 23 12 3 1 33 625 20 A' t N° DE PASADAS 259 50 46 42 38 35 35 30 27 25 20 15 TIPO DE JUNTA ESPESOR DE LA * DEL PLANCHA ELECTRODO mm. mm. N* DE PASADAS TENSION V. INTENSIDAD A. VELOCIDAD m/h. UN SOLO CABEZAL Il 1k 1 1F= V JL > 6 > 8 >10 3 4 4 3 4 5 30-32 30-32 30-32 450 575 650 45 42 36 > 8 >12 >15 5 5 6 4 4 7 32-34 32- 34 33- 35 800 850 875 50 35 25 >15 >20 5 5 - 36 36 825 850 27 22 2x2.5 2x2.5 4 5 34 34 800 800 65 45 4 4 4 800 700 800 700 85 4 +32 '38 » +32 '38 - 5 4 5 5 600 500 600 600 65 - +32 '35 +32 '35 DOBLE ELECTRODO - DOBI .E CABEZAL + lL|t 1 1 \Xz \\ - 75 42 Los valores indicados se obtienen de forma experimental y, aunque puede servir de base para aplicarlos en condiciones de trabajo parecidas, se deben realizar solda duras en probetas del mismo material de la pieza para obtener los parámetros de tra bajo correctos. 9. DEFECTOS Al ser la soldadura SAW un método muy exigente tanto desde el punto de vista tecnológico como desde el punto de vista metalúrgico, si hacemos una mala aplica ción o no conseguimos las adecuadas condiciones de soldeo, aparecerán los defectos con sus malas consecuencias tanto económicas como técnicas. No obstante al ser un tipo de soldadura automática se eliminan los posibles errores humanos durante el proceso. Aun así se pueden presentar defectos debidos a factores como: - Mala preparación de bordes. Influencia del material base en relación con el electrodo y el flux. Inadecuadas técnicas de trabajo. Mala instalación de soldadura. Agritamiento en caliente (hot cracking) producido por el crecimiento del grano. 260 10. NORMALIZACION La AWS (American Welding Society) establece el siguiente sistema de clasifica ción de fluxes para la soldadura de aceros al carbono: F X, X2 Xa E C Xa Xs X F indica "flux". Xí indica las características mecánicas (según tablas) tales como: carga de rotura mínima del metal depositado, límite elástico mínimo y alargamiento mínimo. X2 indica con la letra P que la probeta de metal depositado ha sido tratada térmi camente mediante un recocido a unos 620a C durante 1 hora, o bien indica con la letra A que no ha sufrido tratamiento térmico alguno. X3 indica la temperatura más baja a la cual el metal depositado da una energía mínima de impacto de 27 J (resiliencia). E indica "electrodo". C indica electrodo tubular relleno. Su ausencia indica electrodo macizo. Xa Xs y Xs clasifican el electrodo según su composición química. Si la soldadura se refiere a aceros aleados, la clasificación anterior sigue siendo válida pero además se complementa de la siguiente manera: F X, Xí X3 E C Xa X6 X6 N, X, N2 Ni y N2 indican su uso en reactores nucleares. Su ausencia indica la no utiliza ción en éstos. X? indica la composición química del metal depositado según la tabla correspondiente. 11. TECNICAS ESPECIALES 11.1. Soldadura con hilo caliente Al proceso SAW se le añade el empleo de un hilo auxiliar calentado por resisten cia eléctrica y suministrado por una unidad de alimentación propia y conectado a su propia fuente de energía eléctrica. Se consigue incrementar el grado de aportación gracias al calor originado por la resistencia del electrodo de relleno, aunque la corrien te dada se limita de tal forma que el electrodo es precalentado como mucho hasta el rojo vivo pero sin dar lugar al arco. Esta técnica se usa también en la soldaura TIG. Si en vez de emplear el hilo se utiliza un fleje o banda, la técnica se llamará arco sumergido con electrodos de bandas, la cual se usa en recargues de baja penetración y baja dilución con rápida deposición. Si se aumenta la distancia del electrodo comprendida en tre la boquilla de contacto eléc trico y la pieza a soldar la técni ca se llamará soldadura con electrodo prolongado, la cual se caracteriza por tener ma yor velocidad de fusión. Si la mencionada distancia aumenta, 1. 2. 3. 4. - 261 Fuente de energía del electrodo Arco eléctrico Hilo caliente Fuente de energía del hilo caliente. se necesita un aumento de tensión en el arco para compensar la caída de tensión debida a tal aumento de longitud. El aumento de tensión dependerá del diámetro del alambre y de la prolongación extra a partir de los 30 mm. Esta técnica no permite el uso de C.A. porque ésta haría a la soldadura susceptible de atrapar escoria en prepa raciones estrechas y por lo tanto el arco tendería a desestabilizarse. 11.2. Soldadura con electrodos múltiples Puede clasificarse a su vez en: a) Soldadura por hilos paralelos: Dos o más hilos se conectan en paralelo a la misma fuente de corriente. Si se usa C.C. los arcos convergen consiguiéndose la mayor penetración con el electrodo en el polo positivo y la menor penetra ción con el electrodo en el polo negativo. Si se usa C.A. los arcos divergen entre sí obteniéndose una penetración intermedia a las dos anteriores. Con los electrodos dispuestos transversalmente a la dirección de soldadura se obtiene menor penetración y dilución. Con la disposición en támden (un elec trodo detrás del otro) se consigue una mayor velocidad de soldeo. b) Soldadura por arcos en serie: Dos electrodos se alimentan por separado de una misma fuente eléctrica. En C.C. las polaridades de los electrodos son opuestas y por tanto los arcos divergen, siendo con el electrodo en el polo positivo como se obtiene la mayor penetración posible. Con el electrodo en el polo negativo se obtiene un perfil de penetración desigual. La C.A. da un cor dón con una penetración transversal constante y se consigue una penetración estrecha y una baja aportación con los electrodos dispuestos transversalmente a la dirección de soldadura. c) Soldadura con arcos con multielectrodos: Los electrodos se alimentan, dirigen y controlan individualmente. El arco delantero opera con alta intensi dad y baja tensión produciendo una alta penetración. Los arcos intermedios aumentan algo la penetración y mejoran el contorno del cordón, ya que su intensidad es más baja que la del arco delantero. El arco trasero usa la intensi dad más baja y la tensión más alta. Se emplea en soldadura a tope y en ángu lo con hilos en támden normalmente con C.C. y con el electrodo en el polo positivo el primero y con C.A. los demás. d) Soldadura con adición de polvos metálicos: Permite aumentar el grado de aportación (y por tanto aumentar la productividad) sin tener que aumentar la intensidad de soldeo (energía del arco) gracias a la adición de polvos metálicos (polvos de hierro, etc.) los cuales se funden incrementando el volumen del baño de fusión, reduciendo su temperatura y disminuyendo la dilución en el metal base. En la soldadura SAW se emplea en aceros al carbono, aceros al Mn y aceros microaleados. 1. 2. 3. 4. 5. 6. - 262 electrodo polvo metálico metal base dirección de soldadura cordón flux granular e) Soldadura por arcos en serie: En ésta los electrodos se alimentan por sepa rado de una misma fuente eléctrica. Los arcos saltan entre cada electrodo y el baño de fusión. Con el electrodo en el polo positivo el arco penetra más y con éste en el polo negativo se obtiene un perfil de penetración desigual. 11.3. Técnicas en juntas estrechas Con preparaciones en V o en J, el metal que ha de ser adicionado, para rellenar la junta se incrementa a medida que lo hace el espesor de la junta. La SAW encontró en un principio inconvenientes en esta técnica tales como la difícil eliminación de escoria y las fusiones irregulares de las paredes del cordón. Ambas dificultades han sido superadas y hoy en día la SAW aplicada en juntas estrechas tiene importantes aplicaciones como: construcción naval (calderas, etc.), industria en general (tanques de presión, etc.) y espesores de hasta incluso más de 100 mm El diámetro del electrodo empleado es función del ancho de la junta (normal mente de 3 á 4 mm). A su vez, con el espesor de la pieza entre 100 y 250 mm, el ancho de la junta varía entre 14 y 20 mm. Es de crucial importancia que el flux usado sea aportado adecuadamente para que el arco sea estable, que tenga excelente poder de separación y que dé una acepta ble dureza a la soldadura. 12. VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL PROCESO Las ventajas que presenta este método son: 1- No se dan salpicaduras, ni deslumbramientos debidos al arco, por actuar éste bajo la capa de flux. 2. - Gran reducción en el desprendimiento de humos. 3. - Los parámetros de soldeo pueden ajustarse perfectamente. 4. - Al poder biselarse los bordes con una abertura estrecha (ángulo de chaflán pequeño) se gasta poco material de aportación y a veces incluso es innece saria la preparación de bordes. 5. - El enfriamiento lento del cordón evita la aparición de tensiones internas. 6- Permite utilizar altas velocidades de soldadura y de deposición, en posición horizontal de superficies de chapas cilindricas de cualquier espesor, y en recargues. 7 - Se puede usar en zonas expuestas al viento, ya que el flux granular ejerce un efecto protector de consideración. 8. - La capa de flux impide la radiación y el consiguiente gran aprovechamiento del calor generado por el arco. Además, esta capa actúa como un enérgico desoxidante que elimina contaminantes del baño fundido produciéndose por ello soldaduras sanas y con buenas características mecánicas. 9. - Se obtiene una soldadura sin defectos y de gran productividad (proceso automático) si se efectúa correctamente. Los inconvenientes son: 1. - Se necesita un dispositivo (tolva) para el almacenamiento, alimentación y recogida del flux. 2. - No es adecuado su uso para soldar metales de menos de 6 mm de espesor. 3. - Se obtiene una resiliencia baja debido al gran baño de fusión. 4. - Exige una preparación de bordes muy buena en cuanto a tolerancias y limpieza. 5- Excepto en casos especiales, sólo se efectúa en posición horizontal para evi tar derrames de flux. 263 Se pueden producir discontinuidades en la soldadura por estar sujeto el flux a contaminaciones. 7- Muchas juntas requieren el uso de anillos de respaldo. 6. 13. SEGURIDAD E HIGIENE Los humos y gases se emiten en menor proporción que en otros procesos de sol dadura, por lo que basta la ventilación natural para anular sus efectos perjudiciales. No obstante, los soldadores no deben inhalar el aire que rodea al baño de fusión. Las emisiones nocivas debidas a la fusión del flux, hilo y material base incluyen: CO, FeO, humos de Cu y Ni. En el manejo del flux hay que tener cuidado con estos polvos, debiendo llevar los operarios máscaras con filtros y mandiles en operaciones tales como llenado de la tolva o el reciclaje. Ha de evitarse el contacto de fluoruros con los ojos y la piel, pues pueden provo car quemaduras, irritar los pulmones e incluso debilitar la estructura ósea del opera rio. En cuanto a la electricidad, debido a las altas tensiones e intensidades que se manejan se requiere adoptar ciertas precauciones tales como: - Puesta a tierra del equipo. Cables con dimensiones adecuadas a sus funciones. Conexiones limpias, secas, ajustadas y bien aisladas. Cables y conectores perfectamente limpios. También debe tenerse en cuenta la protección del personal de la siguiente mane ra: - Empleo por parte de éste de vestimenta de protección adecuadajprendas de algodón o lana 100% limpias y secas). - Protección de la cabeza (gafas protectoras oculares para eliminar la escoria). 264 Capítulo 14 SOLDADURA POR UNA CARA - INTRODUCCION 1. A medida que se ha evolucionado en los métodos de soldadura, se han ¡do desa rrollando técnicas y soportes para poder soldar por una sola cara o por ambas al mis mo tiempo. En el caso de uniones a tope y con espesores pequeños es fácil la solda dura por una cara, ya que el mismo calor del proceso funde todo el espesor. 265 Sin embargo, al aumentar el espesor de la chapa y por lo tanto la cantidad de calor para fundirla, las dificultades se incrementan, ya que es necesaria una fuente de energía más estabilizada para conseguir uniformidad en el cordón de reverso, el material base tiene que ser de mejor calidad y los bordes tienen que estar mejor preparados. Hoy en día las técnicas han avanzado y se han desarrollado soportes de respaldo para los distintos procedimientos de soldadura que han permitido resolver el problema de la regularidad del cordón de reverso, realizar soldaduras en caras de difícil acceso o llevar a cabo soldaduras en techo en las cuales no es posible dar el volteo a la pieza. 2. TECNICAS DE SOLDADURA POR UNA CARA Hay dos formas de soldar una pieza por una sola cara. Estas dos formas son la soldadura con soportes de respaldo y la soldadura sin soporte. 1) Soldadura con soportes de respaldo. Existen diversos tipos de soportes; se pueden clasificar de diferentes formas: a) Según el tipo de aplicación - Soportes fijos. Son los diseñados para aplicarlos sobre instalaciones meca nizadas, de forma que la unión se desplaza hacia el soporte y no éste hacia la unión. Tienen una longitud de hasta 20 m. - Soportes portátiles. Se acoplan en aquellas uniones que son fijas, teniendo normalmente una longitud menor de 1 m. Se aplican generalmente en unio nes planas y curvas de prefabricación y montaje. b) Según el tipo de máquina de soldadura - Soportes estáticos. Son aquellos que no se desplazan durante el proceso de soldadura. Se utilizan con máquinas manuales o semiautomáticas. - Soportes móviles. Son aquellos que se desplazan a la misma velocidad que la propia de soldadura. c) Según el procedimiento de soldadura - Soportes para alta aplicación de calor. Son fabricados de manera que no sólo resisten los altos choques térmicos de los procedimientos de soldadura sino que además consigue un cordón de reverso uniforme y sin defectos. - Soportes de baja aportación de calor. Construidos para ser utilizados con pro cedimientos de soldadura que trabajen con intensidades inferiores a 500 A. ó como es el caso de la soldadura MAG. d) Según el tipo de unión - Soportes rígidos. Son aquellos que no pueden adaptarse a una unión curva. Se utilizan para uniones formadas por chapas planas y donde no se pueden aplicar los soportes fijos. - Soportes deformables. Son los que se pueden adaptar a uniones formadas por chapas con curvatura. Se utilizan en bloques de buques, calderería, tubería gruesa, etc. e) Según la posición de la unión - Soportes de horizontal. Son aquellos que se emplean sólo en posición hori zontal o ligeramente inclinados y a veces en cornisa. - Soportes de posición. Son aquellos que se aplican en todas las posiciones. 266 267 f) Según su composición físico - química los soportes pueden ser: - Cerámicos. Con diferentes clases. - De sílice o vidrio. En forma de sólido. - Metálicos. Refrigerados o sin refrigerar. - Flux o químicos. - Tipo combinado. Consecuencia de la combinación de los anteriores. 2) Soldadura sin soporte. El procedimiento de soldadura por una sola cara que no utiliza soporte de respaldo en las uniones a tope y en ángulo se basa principalmente en el empleo de procedimientos de soldadura con baja aportación de calor consi guiendo el equilibrio entre las fuerzas del arco, la fuerza de gravedad y la ten sión superficial del metal fundido. Este equilibrio es más difícil de conseguir cuando se suelda en horizontal que cuando se suelda en cornisa o en vertical y será más fácil cuanto menor sea la aportación de calor para realizar el cordón de reverso. Para realizar el cordón de raíz con penetración y sin soporte se requiere un solda dor con una gran habilidad y con mucho control del baño de fusión para no producir desfondamientos por exceso de intensidad o faltas de fusión por llevar poca intensi dad. Con electrodos revestidos los empalmes del cordón son difíciles de realizar, ya que es fácil que queden poros o inclusiones de escoria, por lo que en soldaduras de responsabilidad, que no permitan el uso de soportes como tuberías, calderas, etc..., se emplea el método T.I.G. para la primera pasada; este método tiene un arco muy controlado, de fusión lenta, que permite rectificar errores al soldador y que casi no produce defectos. Las siguientes pasadas se dan con otros procedimientos como MIG-MAG ó electrodos revestidos, de mayor rendimiento y más rápidos que el T.I.G.. - SOPORTES CERAMICOS 3. Los soportes de soldadura se emplean principalmente en las uniones a tope con preparación de bordes en V ó en X y en uniones en ángulo con penetración completa. Estos soportes permiten: - Grandes intensidades de corriente. - Mayor velocidad de soldeo. - Preparación de bordes más conveniente. - Mayor tolerancia en el entrehierro de las juntas. - Menos paradas, defectos y correcciones del cordón de soldadura. Las configuraciones más usuales se muestran en la figura 1. Los soportes cerámicos se comercializan con diferentes sistemas de fijado de la chapa, de una sola pieza ó en pequeñas piezas de 15 a 20 mm. de largo que permiten adaptarse a curvas y formas suaves de la pieza; también presentan distintas secciones que sirven de molde del cordón de raíz y que le dan distintos aspectos al acabado. Se pueden clasificar según su fijación en: 268 ■OCJ Figura 1 1) Soportes flexibles con alambre ó semirrígidos con guía metálica Se usan para uniones en V de 40- a 70a y para trabajos de peso que soportan bien gracias a la ayuda de las guías metálicas. _ . 9 II 34.8 31.3 I- 16 1b -I 24.5 21.5 13.0 -I l 0| S I | 31 269 2) Soportes cerámicos autoadhesivos con papel de aluminio Son muy flexibles y se adaptan bien a curvas y formas suaves. Se comercializan en tiras de 500 mm. y al soldar con éllas de respaldo se deben realizar los cordones sin paradas, pues el papel de aluminio se despega por el calor al poco tiempo de soldar. Son de fácil colocación, se presentan en tiras rígidas y por piezas adaptables y diferentes formas de acabado del cordón de penetración. 24.5 _ 29.7 29.7 7 r ii " ¡ TI ?T 73I | (o l°I O) I 3) Bloques cerámicos sin soportes adaptables a raíles metálicos Se usan en piezas de 75 a 150 mm. que van guiadas dentro de un raíl metálico que se fija con ¡manes, ventosas ó puntales. Se usan para grandes intensidades de corriente en MIG-MAG, arco sumergido, etc... 270 4) Piezas especiales y complementos Las piezas especiales se han diseñado para adaptarse a todas las construcciones, conseguir acabados de cordón especiales ó cubrir necesidades específicas. Existen muchos complementos para la adaptación de los soportes y los bloques cerámicos de diversas construcciones de acero o de otros metales, y para los distintos procedimien tos y posiciones de soldadura. Algunas de estas piezas son raíles, guías, ¡manes, ven tosas, puntales, etc... 271 Capítulo 15 SOLDADURA DE LOS ACEROS INOXIDABLES 1. INTRODUCCION El acero inoxidable es un acero de alta aleación, con un contenido mínimo del 12% en cromo. Estos aceros u otros con mayor contenido en cromo están protegidos contra la corrosión atmosférica mediante una película pasiva de óxido de cromo, que se forma en la superficie exterior de la pieza. Otros tipos de aceros inoxidables adicio nan más elementos en la aleación (elementos como el níquel, molibdeno, titanio, nio bio o cobre), para mejorar diversas características como pueden ser la carga de rotura, soldabilidad o la propia resistencia a la corrosión: - Para incrementar la resistencia a la corrosión general, se aumenta el contenido de cromo, níquel y molibdeno. - Los aceros inoxidables con bajo contenido en carbono se emplean para evitar la corrosión intergranular. - La aleaciones ricas en cloruros originan corrosión por picaduras o cavidades; para evitarlo, añadimos molibdeno a la aleación. Además de la resistencia a la corrosión, los aceros inoxidables poseen una resistencia contra la oxidación mayor que la de los aceros no aleados. El acero inoxidable se está empleando cada vez más en las industrias de plantas de refino e instalaciones de extracción de petróleo y gas, construcción naval, etc. Tipo de acero C Cr Ni Mo Propiedades Austenítico <0,25 12-30 6-40 0-5 No endurecible En general, buena soldabilidad. Cambiadores de calor, equipos y tuberías en industria química, energía y alimentación. Endurecible. Poca soldabilidad. Herramientas y piezas de máquinas. No endurecible. Maquinaria doméstica, piezas de automóviles, industria química. Piezas de máquinas. Piezas de máquinas. Ejemplo típico 0,003 18 12 3 Martensítico 0,1-0,3 11-17 0-3 0-2 Ejemplo típico 0,2 13 2 1 Ferrítico <0,25 12-30 0-5 0-5 Ejemplo típico 0,03 17 3 3 Ferrítico-Austentíco <0,15 18-30 4-10 0-2 Ejemplo típico 0,02 25 5 1,5 No endurecible. Soldabilidad relativamente buena. Ferrítico-Martensítico Ejemplo típico 0,1-0,15 0,1 12-15 13 0,1 0,1 0,2 0,2 Endurecible. Pobre soldabilidad. 273 Empleo 2. SOLDADURAS DE ACEROS INOXIDABLES Para la soldadura de los aceros inoxidables se emplean los procedimientos de soldadura manual con electrodos revestidos, soldadura MIG y soldadura TIG, con gas de protección. El procedimiento MIG da excelentes resultados en la soldadura de los aceros ino xidables teniendo su uso principal en taller y para piezas en las que se necesite gran aporte de material. El procedimiento TIG se ha hecho imprescindible en los cordones de raíz de tube rías y uniones de planchas a tope sin respaldo. Las razones para ello son la gran cali dad de sus depósitos y la seguridad que ofrece de ausencia de defectos, siempre que la soldadura sea efectuada por un soldador experto y con condiciones adecuadas de gas de protección en raíz y en el cordón. Para chapas delgadas es más fácil usar la soldadura MIG que la de electrodo: las pasadas de raíz son mas fáciles de depositar y se producen menos humos. Asimismo en la soldadura por puntos y en las intermitentes se usa más la de electrodo porque da un fácil cebado y mejor calidad. 3. PROCEDIMIENTO MIG 3.1. Metal de aportación. El metal de aportación es un hilo o electrodo desnudo, alimentado de forma con tinua. El carrete estándar pesa unos 12 kg., y existen también otros tipos de carretes que se adaptan al diseño de la máquina. Los hilos se suministran en cuatro tipos de diámetros estándar: 0,8; 1.0; 1,2; 1.6 mm. Como en la soldadura con electrodo recubiertos, el metal depositado deberá ser de la misma calidad que el acero a soldar. La gama de electrodos es más pequeña que para la soldadura manual, la cual requiere de electrodo básico, rutilo, etc. El cuadro siguiente muestra la selección a partir de la clasificación del hilo: AWS A5.9 DIN 8556 Werkst. nr. BS 2901 P.2 NF 35-583 Z2CN 20.10 ER 308L X2CrN¡ 19 9 1.4316 309S92 ER 347 Si X5CrN¡Nb 19 9 1.4551 (347S96) ER 308LSÍ X2CrN¡ 19 9 1.4316 308S93 Z2CND20.10 ER316L X2CrN¡Mo 19 12 1.4430 316S92 Z2CND 19.13 ER 318 Si X5CrN¡MoNb 19 12 1.4576 (318S96) ER316LSÍ X2CrNiMo 19 12 1.4430 316S93 Z2CNDS 19.13 - - (309S94) Z 10 CNS 24.13 ER309SÍ (Z 6 CNNb 20.10) (Z 6 CNDNb19.13) ER309L X2CrN¡ 24 12 1.4332 309S92 Z2CN24.13 ER 310 X12CrN¡25 20 1.4842 310S94 Z 12 CN 25.20 - - 312S94 X15CrN¡Mn 18 8 1.4370 - ER 312 (ER 307) 274 Z 15CNM 19.8 3.2. Gas de protección. La misión del gas de protección es doble: proteger a la soldadura de la oxidación, y estabilizar el arco. El gas de protección más usado en la soldadura de aceros inoxidables es el argón mezclado con pequeños porcentajes de oxígeno. En acero con alto contenido en carbono se emplea una mezcla de argón con un 1% de CO2, y también se utilizan gases especiales y mezclas. Los gases de protección se han descrito ampliamente en el capítulo dedicado a la soldadura MIG-MAG, en el que se exponen tanto los gases inertes como las mezclas más usuales, sus aplicaciones, el caudal necesario, los gases y sistemas para protec ción del cordón de raíz. 3.3. Equipo de soldadura. El equipo de soldadura para el soldeo de aceros inoxidables mediante el procedi miento MIG se explica extensamente en el capítulo dedicado a la soldadura MIGMAG, en el que se incluye además una completa descripción de todos sus componen tes. 3.4. Método operatorio. Antes de comenzar a soldar, conectaremos la botella de gas al manómetro-caudalímetro. Acoplaremos a la pistola la guía del hilo (preferentemente de teflón), y la boquilla adecuada al diámetro de hilo a usar, pondremos también en la unidad de alimenta ción los rodillos correspondientes a ese diámetro. A continuación, fijaremos la tobera de gas, colocaremos y fijaremos el carrete de hilo, limaremos el final del hilo despuntando los bordes, enderezándolo y haciéndolo pasar por los rodillos hasta la boquilla de la pistola, y dejándolo salir unos 10 mm. La presión de los rodillos será la suficiente para que haya una alimentación continua de hilo pero cuidando que no sea excesiva pues el hilo se aplana y no puede salir por la boquilla. Seleccionamos después la velocidad de hilo, lo cual seleccionará automática mente la intensidad de la corriente; fijamos el voltaje del arco necesario para la zona de trabajo en que nos moveremos, y abrimos el gas para fijar el caudal deseado. Existen dos técnicas diferentes en la realización de la soldadura MIG: 1. - Soldadura adelante, en la cual la pistola está inclinada hacia fuera en la dirección en que se está soldando. 2. - Soldadura atrás, en la cual la pistola es dirigida hacia el baño de fusión. En ambos tipos de soldadura, el ángulo de avance deberá estar entre 70a y 80a con respecto al baño de fusión. La soldadura atrás o a izquierda es la técnica más popular mientras que la soldadu ra adelante o a derecha se usa únicamente en la soldadura de materiales finos, ya que da menos penetración y es donde se necesita un sobreespesor lo más plano posible. 3.5. Tipos de arco. En la soldadura MIG de los aceros inoxidables se usan tres tipos de arco: a) El arco corto b) El arco spray c) El arco pulsado 275 a) El arco corto En la soldadura por arco corto el material es transferido en grandes gotas las cuales continuamente cortocircuitan el arco; estas gotas caen con una frecuen cia de 50 a 100 por segundo. Esta velocidad puede variar ajustando el voltaje empezando por los niveles más bajos. Para la soldadura en arco corto se usa generalmente hilo de 0,8 mm. de diá metro. La longitud libre del hilo será de 5 a 10 mm., la cual es ligeramente inferior que para la transferencia en spray. La velocidad de alimentación del hilo es también algo menor, de 4 a 6 metros por minuto, lo que da una soldadura más lenta pero más fácil de controlar. Es necesaria una alta inductancia; para ello usaremos una de las conexiones altas del equipo de soldar. El arco corto se emplea en la soldadura en posición, para espesores delgados en todas las posiciones y a menudo para hacer la pasada de raíz en la posición horizontal en materiales gruesos. b) El arco spray La transferencia de soldadura en spray se caracteriza por el hecho de que el metal es transferido en gotas muy finas. El voltaje es seleccionado por el sonido del arco que es característico de la transferencia spray. Para la transferencia en arco spray se utilizan hilos de 1 mm. de diámetro o más; el que se usa normalmente es el de 1,2mm. La distancia hilo-boquilla es la longitud que debe sobresalir el hilo de la boqui lla, y que será de unos 10 mm. La velocidad de alimentación del hilo se suele poner entre 6 y 8 metros por minuto. La inductancia tiene poca importancia para arco spray pero debemos elegir la baja del equipo. La longitud del arco se ajustará entre 3 y 5 mm. regulándolo con los mandos de alimentación de hilo y de voltaje hasta que se produzca la transferencia en spray. En la transferencia spray la soldadura es más rápida que con arco corto pero generalmente sólo se usa en posición horizontal. Esta técnica se emplea prin cipalmente en la soldadura de materiales gruesos, y es más productiva que la técnica con arco corto. c) El arco pulsado La soldadura por arco pulsado es una nueva técnica que posee una serie de ventajas consistentes en que la aportación de calor y de baño fundido se con trolan mejor cuando se sueldan piezas más finas. El arco es más estable y casi exento de proyecciones. La intensidad media requerida es sensiblemente menor que en la soldadura por arco largo (una ventaja evidente cuando se sueldan muchos tipos de aceros inoxidables). 3.6. Acabado superficial. Cuando la soldadura MIG está terminada se necesita un acabado superficial eli minando algunas proyecciones y desoxidando la soldadura usando una pasta desoxi dante que se aplicará con un pincel. 3.7. Técnicas más usadas de soldeo de las juntas, en distintas posiciones. A continuación se describen las técnicas a usar, el tipo de arco y los parámetros mas adecuados para soldar las uniones de piezas de acero inoxidable que más se encuentran en la industria. 276 12 Soldadura a tope en chapa de 3 mm. (Fig. 1a) - Entrehierro de 1,5 a 2 mm. - Una sola pasada. - Hilo de 0,8 mm de diámetro. - Arco corto. - Técnica de soldadura izquierda o derecha. - Velocidad de alimentación del hilo de 6 m/min. - Inductancia máxima. - Llanta de respaldo en la cara inferior de la chapa para asegurar la protec ción posterior del cordón. 2B Soldadura a tope en vertical en chapa de 3 mm. (Fig. 1b) - Entrehierro de 2 a 2,5 mm. - Una sola pasada. - Hilo de 0,8 mm. de diámetro. - Arco corto. - Técnica de mano atrás y pistola a derechas. - Velocidad de alimentación del hilo de 6 m/min. - Inductancia media. ”, 1 3- Soldadura a tope en horizontal en chapas de 12 mm. de espesor - Preparación de chapas en chaflán en V. de 60e. - Entrehierro de 3 a 3,5 mm. - Tres pasadas.- Primera pasada: - Hilo de 0,8 mm. en la pasada de raíz. Arco corto. Técnica de mano atrás. Oscilación de boquilla igual a entrehierro. Velocidad de alimentación del hilo 5m/min. Inductancia al máximo, para mejor fluidez. Segunda pasada: - Arco spray. Hilo de 1,2 mm. Técnica de mano atrás. Oscilación de boquilla a lo ancho del cordón de raíz. Velocidad de alimentación del hilo 8m/min. Inductancia máxima. Tercera pasada: - Iguales condiciones de soldeo que la segunda pasada. 4S Soldadura a tope en vertical en chapas de 12 mm. - Preparación de chapas en chaflán en V. de 60°. - Entrehierro de 3 a 3,5 mm. - Tres pasadas. - Hilo de 0,8 mm. 277 - Arco corto en todas las pasadas. - Cordón de raíz: - Técnica de mano atrás. - Oscilación igual al entrehierro. -Velocidad de alimentación del hilo 5m/min. - Posición vertical descendente. - Inductancia media. - Segunda pasada: -Técnica de mano atrás. -Velocidad del hilo 6m/min. - Inductancia máxima. - Oscilación igual al ancho del cordón de raíz. - Tercera pasada: - Iguales condiciones de soldeo que la segunda pasada. 52 Soldadura a tope en cornisa en chapas de 12 mm. de espesor - Preparación de las chapas en chaflán en V a 60e. - Entrehierro de 3 a 3,5 mm. - Seis pasadas. - Hilo de 0,8 mm. en todas las pasadas. - Arco corto. - Técnica de mano atrás y oscilando la pistola. - Cordón de raíz: - Oscilación igual al entrehierro. - Velocidad del hilo 5m/min. - Inductancia máxi ma. - Segunda pasada: - Oscilar hasta conseguir 2 mm. de espesor. - El resto de las pasadas en ¡guales condiciones de soldeo, pero con veloci dad de 6m./min. en la alimentación del hilo. 6g Soldadura en ángulo en posición cornisa en chapa de 3 mm. - Una sola pasada. - Hilo de 1 mm. de diámetro. - Arco spray. - Técnica de mano atrás y pistola a derechas. - Velocidad de alimentación del hilo 7m./min. - Inductancia media. 7° Soldadura en ángulo en posición cornisa en chapa de 8 mm. - Una sola pasada. - Hilo de 1,2 mm. - Arco spray. - Técnica de mano adelante y pistola a derechas. - Velocidad de alimentación del hilo 8m./min. 278 8a Soldadura en ángulo en posición vertical de chapa de 3 mm. - 4. Una sola pasada. Hilo de 0,8 mm. de diámetro. Arco corto. Velocidad descendente. Velocidad de alimentación del hilo 6,5m./min. Inductancia máxima. SOLDADURA TIG DE ACEROS INOXIDABLES La soldadura T.I.G. en aceros inoxidables es muy usada en los casos en que se precise una elevada resistencia a la corrosión atmosférica. Para este tipo de soldadura usaremos como gas de protección Argón con una pureza del 99,99 %, aunque se emplea con mayor frecuencia una mezcla con Argón en un 95 % e Hidrógeno en un 5 % por dar una mayor potencia en el arco eléctrico. Siempre emplearemos corriente continua aplicando el polo positivo (+) al electro do, dicho electrodo estará constituido por Tungsteno-Torio o Tungsteno-Circonio. La intensidad del equipo se ajustará según la relación de 30 amperios por cada milímetro de espesor que tenga el material a soldar. Cuando soldemos tuberías en aceros inoxidables deberemos rellenar el tubo con gas de inerte para proteger la raíz del cordón de posibles contaminaciones de aire. 279 Al igual que la soldadura T.I.G. en aluminio la limpieza es esencial para obte ner un cordón exento de defectos, prece diéndose también a una limpieza previa al soldeo de la zona a soldar. Parámetros recomendados para la soldadura de los siguientes materiales A) ACERO INOXIDABLE Espesor de Corriente soldadura A Electrodo mm 0 Horizontal Vertica Velocidad Número apcrtac. soldadura pasadas Varilla mm El acero inoxida ble después de ser soldado mediante el procedimiento T.I.G. necesita ser tratado con el fin de preser varlo de la corrosión, para ello podremos utilizar cualquiera de los siguientes méto dos: 0 mm./min. 300-350 300-350 250-300 250-300 250-300 250-300 - Amolado. - Baño desoxi dante. - Cepillado. - Chorreado. 250-300 250-300 250-300 250-300 5. UNION DE METALES DIFERENTES Las uniones ino xidables con aceros no aleados no son muy usuales; se reali zan en uniones de cerramiento en juntas que no tengan que soportar grandes soli citaciones mecánicas. Cuando solda mos acero inoxidable con acero no aleado, existe el riesgo de que se forme martensita en el metal solda do, resultando una unión frágil. Esta martensita puede evitarse depositando una capa intermedia en el cor 70-100 175-225 175-225 125-175 120-200 125-175 125-175 120-200 10-180 100-150 100-150 100-150 150-250 140-230 280 135-225 dón de material sobrealeado (24% Cr y 13% Ni). La capa intermedia se deposita en el metal no aleado y la unión se realiza con el metal de aportación adecuado para el ace ro inoxidable que vayamos a soldar. Para realizar este tipo de unión se necesita, ade más de un equipo y los consumibles de elevada calidad, una gran experiencia y un grado adecuado de conocimiento sobre las propiedades de los materiales a soldar. 281 Capítulo 16 SOLDADURA LASER 1. SOLDADURA LASER En el campo del láser se entiende por soldadura la acción de unir dos metales, los cuales se han calentado hasta su punto de fusión y luego se han unido al solidifi carse. Los factores que intervienen en la soldadura láser son los siguientes: - Coeficiente de difusión térmica del material. 283 - Punto de fusión y ebullición del material. - Grado de absorción o reflexión de su superficie. - Geometría de su unión. - Mínimas tolerancias aceptables (distancia entre las piezas). - Gas de aporte. Los láseres más utilizados en la soldadura son el de Nd-VAG y el de CO2. El pri mero opera indistintamente lo mismo en modo pulsado que continuo. Una de la ventajas de trabajar en modo pulsado es la menor formación de plas ma, con lo cual mejora el rendimiento del proceso. Para que el plasma tenga lugar es necesario superar un umbral de ionización en la zona. La ionización creada por la interacción del haz con la atmósfera sobre la sol dadura, compuesta por el gas de aporte y vapores procedentes de la misma, contribu ye a alcanzar dicho umbral. Con la utilización de un láser pulsado se reduce el tiempo de interacción, la ionización de la zona es menor y el plasma no llega a formarse. Hay dos tipos de soldadura láser: -Soldadura de penetración en profundidad. -Soldadura limitada por conducción. La primera consiste en transmitir al material una cantidad de energía tal que sea capaz de producir la fusión de una parte del material, formándose así un cilindro hue co que recibe el nombre de "keyhole". Este cilindro se llena de vapor de material ioni zado con lo que llega a absorber el 95% de la radiación incidente. Al mover el haz láser con respecto a la pieza, el keyhole y su entorno de material fundido tienden a seguir el movimiento del láser; al desplazarse el "keyhole", el hueco que va dejando se va rellenando de material fundido que, una vez solidificado, constituye la soldadura en sí. Para conseguir este proceso, la densidad de potencia incidente debe de ser muy alta. Con este tipo de soldadura pueden llegarse a obtener penetraciones de hasta 20 mm. En la soldadura limitada por conducción el haz láser funde el material sin llegar a vaporizarlo. Se necesita menos densidad de potencia que en el caso de la soldadura 284 Rayo láser de penetración. Para ello se utiliza un láser de menor potencia. En este caso el keyhole no se forma. La energía incidente es absorbida por la superficie del material, transmi tiéndose por conducción hasta llegar a fundirlo. Esta técnica es utilizada para soldar planchas delgadas, de espesores inferiores a 2 mm, y preferentemente en geometrías de soldadura a tope y bordes rectos. Con la técnica de la soldadura por láser pueden soldarse una amplia gama de materiales metálicos entre los que destacamos los siguientes: -Acero al carbono. -Acero inoxidable. -Acero del tipo austenítico. -Acero del tipo ferrítico. -Aleaciones de aluminio. -Aleaciones de cobre. -Aleaciones de níquel. La gráfica 1 muestra la velocidad de soldadura para distintos tipos de ace ro, en función de la profundidad. 285 La gráfica 2 muestra la velocidad de soldadura para distintos tipos de gases de protección en función de la profundidad. Gráfica 2 2. COMPARACION DE LOS DIFERENTES SISTEMAS DE SOLDADURA Y CORTE En la figura 3 se observan los diferentes anchos de soldaduras conseguidas en una plancha de 3 mm de espesor con TIG, Plasma, Láser y Haz electrónico. TIG Plasma EB: Haz electrónico Figura 3 286 Láser EB La comparación de las velocidades de corte conseguidas con el láser, plasma y oxicorte se representan en la gráfica 3. Se ve claramente que las velocidades mas altas de corte se obtienen utilizando el láser cuando se trata de espesores pequeños, para espesores superiores a los 15 mm no es posible la utilización del láser. Velocidad de corte Gráfica 3 La comparación de los distintos sistemas de soldadura se ha llevado a cabo en una plancha de acero inoxidable de un espesor de 6 mm; los resultados obtenidos se muestran en la tabla 1. TABLA DE COMPARACION DE PROCESOS DE SOLDADURA Parámetros: Energía aportada a la pieza (kW) Velocidad típica de soldeo (mm/s) Velocidad de unión kW/mm2 (junction speed) Energía aportada J/mm Eficiencia eléctrica total (%) Láser EB Plasma TIG MIG/MAG 4 5 4 2 2,4 16 40 7 2 2 24 250 48 125 10 570 6 1000 5 1000 10 40 25 25 35 Tabla 1 287 3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA SOLDADURA LASER VENTAJAS: - Mínima zona afectada por el calor del metal base. - Ausencia casi total de distorsión en la pieza soldada. - Posibilidad de automatización del proceso (mediante controles NC y el uso de robots). - Facilidad de integración del sistema en líneas de producción ya existentes. - Soldaduras profundas y estrechas gracias al poder de penetración. DESVENTAJAS: - 4. Alta inversión inicial. - Parámetros de incidencia del gas de protección sobre la pieza a soldar, críticos. - Precauciones extremas requeridas en la preparación de la pieza a ser soldada. PERFORADO DE MATERIALES La técnica utilizada para el perforado por láser es similar a la del corte, ya que se consigue por vaporización, fusión o por una combinación de ambos. Aunque el metal vaporizado al expandirse aumenta la presión y expulsa al metal fundido de la zona donde estemos perforando, para obtener buenos resultados hay que ayudar a dicha expulsión por medio de un flujo coaxial de gas de aportación. Una pequeña parte del metal fundido resolidifica formando una fina capa alrede dor de la superficie interna del agujero; esta fina capa recibe el nombre de refundido. La profundidad del perforado que se consigue con el láser suele ser de hasta una pulgada. 288 Capítulo 17 SOLDABILIDAD 1. - CONCEPTO DE SOLDABILIDAD Un acero se considera soldable, en un grado prefijado,por un procedimiento determinado y para una especificación concreta, cuando mediante una técnica ade cuada se pueda conseguir la continuidad metálica de la unión, de tal manera que ésta cumpla con las exigencias establecidas con respecto a sus propiedades locales y a su misión en la construcción de que forma parte integrante. La soldabilidad es una propiedad cualitativa y está en función de la obra a realizar, de los materiales a emplear y de su destino, por lo que tendrá las siguientes facetas: -Soldabilidad operatoria: Es la que nos permite obtener una continuidad en la unión por medio del uso de los procedimientos de soldeo, herramientas y consumi bles adecuados para soldar correctamente en cualquier caso. -Soldabilidad metalúrgica: Es la que hace posible que por medio de la elección del material base, material de aportación, consumible, temperatura de soldeo, tratamientos térmicos, etc... obtengamos una unión con las características mecánicas y químicas desea das, a pesar de las transformaciones metalúrgicas que se producen en la soldadura. -Soldabilidad constructiva: Es la que permite que al realizar la soldadura no se acumulen tensiones en la zona de la unión ni se produzcan deformaciones ni pér didas de propiedades mecánicas y químicas, diseñando la pieza a soldar y las secuen cias de soldeo de forma adecuada para evitar estos efectos no deseados, producidos por el calor aportado por la soldadura. 2. - CALOR APORTADO EN LA SOLDADURA Las piezas soldadas reciben calor por: - El plasma del arco eléctrico. - Ionización y recombinación de los átomos del gas en el que salta el arco. - Choque de electrones en la pieza. El calor se pierde en el arco por: - Conducción en el flujo de retroceso a través del propio electrodo. 289 - Radiación. Convección, a través de los gases que se separan de la columna del arco. El calor se pierde en el baño de fusión por: - Formación de cualquier tipo de escoria originada por fundentes presentes en el arco. - Convección. - Conducción, a través de la pieza. En el cordón de soldadura podemos establecer las siguientes zonas de transformación metalúrgica debidas al calor aportado: 1. - zona de metal aportado 2. - zona de metal base + metal aportado 3. - zona afectada térmicamente como se indica en la fig. 1. Figura 1 3. ZONAS EN LA JUNTA SOLDADA La composición química del metal base como la del metal aportado y las temperaturas a que ha estado sometida la junta durante el soldeo tienen una importancia fundamental sobre la estructura metalúrgica resultante. Vamos a definir las zonas más importantes representadas en la figura (2). 2- Metal de soldadura 4- Parte transformada de la ZAT 6- Parte de baja temp. de la ZAT 1- Borde inicial de la junta 3- Línea de fusión 5- Línea de transformación - Metal base. Es la parte de la construcción no afectada por la operación de soldadura: su composición química y estructura corresponden a la de partida. 290 TRANSFORMACIONES MICROESTRUCTURALES EN LA ZONA AFECTADA TERMICAMENTE 291 Figura 3 - M etal de soldadura. Es el m etal fu n d id o por la operación de sold e o y cuya com p o sició n q u ím ica y estru ctu ra co rre sp o n d e n a la p ro p o rcio n a d a s p or la fu sió n de m aterial base y el de aportación. 4. O contenido de C °/o - ZAT. Zona afectada térm icam ente. Zona en la que se producen tra n sfo rm a d o nes o m od ificacion e s estructurales, tal co m o se indica en la fig u ra 3. O 4. INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION Para alcanzar las características mecánicas exigidas, los aceros llevan siempre Carbono,Manganeso o Silicio como desoxidantes, y Azufre y Fósforo como impurezas no deseables. Los aceros para usos especiales llevan además Níquel, Cromo, Molib deno, etc... La influencia de estos elementos sobre la soldadura es la siguiente: - Carbono Es el elemento fundamental. Añade dureza y resistencia al acero. Cuando aumen tamos la cantidad de C sin variar la del resto de los componentes, aumentamos la car ga de rotura, el límite elástico y la dureza, disminuyendo la dúctilidad. Con más de 0,25% de C se confiere fragilidad a la soldadura. - Manganeso Se emplea fundamentalmente como desoxidante y desulfurante de los aceros. Les confiere buena forjabilidad, aumentando su templabilidad con el incremento del mismo. No debe ser superior a 1,20%. - Níquel Al igual que el Mn un incremento en el contenidos de Ni aumenta la templabili dad del acero y su dureza, aunque el efecto es inferior al del Mn. Con porcentajes de Ni inferiores a un 5% los aceros de bajo contenido en carbono, tienen buena soldabilidad. La presencia de Ni en los aceros disminuye la temperatura de transición dúctilfrágil. - Cromo Su porcentaje no debe superar el 1%. Si se supera habrá que recurrir a técnicas especiales de soldeo. Tiene mayor influencia que el Mn en la templabilidad. - Molibdeno Mejora las propiedades resistentes disminuyendo muy poco la dúctilidad y tena cidad del acero. Su concentración no debe sobrepasar el 0,5%. - Fósforo Si su concentración es muy elevada puede ocasionar fragilidad en frío. No ofrece dificultades en su soldadura aunque sí en trabajos posteriores, como al conformar la pieza soldada, ya que pueden presentarse roturas en la zona de transición. Durante la soldadura forma, junto con el hierro, fósforo de hierro (Fe3P), que favorece el creci miento del grano con el consiguiente aumento de la fragilidad. - Azufre Debe ser siempre inferior al 0,06% con objeto de que se encuentre en forma de sulfuro de manganeso de características admisibles. Si se encuentra en pro porciones superiores puede formar sulfuro de hierro (FeS) aumentando la ten dencia al agrietamiento; para anular este efecto perjudicial, se neutraliza añadien do Mn. - Silicio Actúa como desoxidante durante su fabricación. Su presencia favorece el aumen to de la dureza, carga de rotura, y el límite elástico. Su presencia no debe superar el 0,30%. 292 - Cobre Mejora la resistencia a la corrosión, aunque se puede producir un endurecimien to por precipitación. - Boro Es el elemento de mayor poder templante. Es un desoxidante enérgico, se oxida fácilmente y puede dar lugar a la formación de compuestos no metálicos. - Aluminio Es desoxidante y afina el grano, eleva el límite elástico y disminuye la sensibili dad a la rotura frágil. - Vanadio Eleva el límite elástico del acero. - Titanio Tiene la desventaja de que se volatiliza fácilmente. - Niobio Eleva el límite elástico. Se aconseja que la temperatura de laminación sea baja para evitar su posterior normalizado que empeoraría sus características mecánicas. 5. TIPOS DE ACEROS. COMPOSICION QUIMICA Los diferentes elementos de aleación dan lugar a la existencia de muchos tipos de aceros. Una clasificación rigurosa sería extensísima, por lo que haremos una clasi ficación orientativa que recoja los tipos de aceros más usados en la industria: - Aceros de bajo carbono (% de C menor de 0.20) - Aceros de medio carbono (% de C entre 0.20 y 0.45) - Aceros de alto carbono (% de C mayor de 0.45) - Aceros débilmente aleados al Cr-Mo - Aceros al Ni o criogénicos (del 1% al 9% de Ni) - Aceros inoxidables austeníticos al Cr-Ni(tipos 18/8 ó 25/20) - Aceros inoxidables martensíticos (tipo 13% de Cr) - Aceros inoxidables ferríticos (tipo 17% de Cr) - Aceros al manganeso (13% de Mn). Los aceros de estructuras suelen tener contenidos en C entre el 0.18 y el 0.3 %. A veces contienen también pequeñas cantidades de Niobio (aceros de alto límite elásti co). Los aceros de contenido en C superior (a veces aleados con Cr y Ni en pequeñas cantidades) suelen utilizarse en elementos de maquinaria después de sufrir un trata miento térmico. Los aceros débilmente aleados al Cr y/o Mo se utilizan para trabajar en medios corrosivos a altas temperaturas (calderas, intercambiadores...). Los aceros al Ni, también llamados aceros criogénicos, se utilizan para trabajar a bajas temperaturas, por ejemplo para el almacenamiento y transporte de gases licua 293 dos. El acero con 9% de Ni se comporta bien a temperaturas de hasta -196a C. Los aceros inoxidables son especialmente resistentes a la corrosión de agentes como el ácido nítrico, sulfúrico, etc. Los del tipo austenítico resisten bastante bien las condiciones ambientales y tie nen buenas características mecánicas pero no son resistentes en medios reductores ni al agua del mar. Los martensíticos (son frágiles) y ferríticos tienen mejor comporta miento a altas temperaturas, pero resisten peor la acción del agua del mar. Son más baratos que los austeníticos. Una característica común a los aceros inoxidables es que pueden perder sus características durante la soldadura si no se toman las precau ciones adecuadas. Los aceros al Mn se utilizan fundamentalmente cuando se necesi ta una gran resistencia al desgaste. 6. SOLDABILIDAD DE LOS DIVERSOS TIPOS DE ACEROS 6.1. Soldabilidad de los aceros de alta y baja aleación. Son aceros que contienen cantidades específicas de diferentes elementos que se aña den para conseguir determinadas propiedades. Podemos distinguir dentro de este tipo de acero cuatro grupos: - Primer grupo: Aquellos aceros cuyo límite elástico esta comprendido entre 31 y 49 Kg/mm2. Estos aceros normalmente se suministran, sueldan y utilizan en la condi ción de normalizados o brutos de laminación; su soldadura es parecida a la de los ace ros al carbono estructurales sin alear. - Segundo grupo: Aceros cuyo límite elástico se encuentra entre 35 y 126 Kg/mm2. Algunos tienen excelentes propiedades de tenacidad incluso a bajas tempe raturas; estos aceros se suelen suministrar, utilizar y soldar en estado de revenido y templados. No suelen llevar tratamiento térmico posterior a la soldadura, aunque algunos de ellos sean sometidos a un tratamiento de eliminación de tensiones resi duales. - Tercer grupo: Aceros que necesitan un templado y revenido después de su sol dadura; su tenacidad no es muy alta, pero sí su resistencia. Se utilizan en construccio nes de grandes espesores, siendo su aplicación más importante en aquellos casos que no sea necesario una tenacidad muy alta pero sí una elevada dureza y un elevado valor de la relación resistencia/ peso. - Cuarto grupo: Aceros al Cr-Mo cuyas aplicaciones más importantes se encuen tran en las plantas transformadoras de energía y en refinería, donde las temperaturas de servicio alcanzan hasta 1300a F; a este tipo de aceros se les conoce con el nombre de resistentes al calor y a la fluencia. El siguiente cuadro ¡lustra la influencia de los distintos elementos: 294 Propiedades C Si Mn p s Cr Ni Mo Cu Al Carg.Rotura Dureza Lim. elástico Elongación Resilencia Trans.enfrío Forja Sold.a Presión. Soldadura Rotura Endurecimiento. Resis. al calor. Veloc.Enfriam. Resis.Corrosión. Resis.Oxidación. Compactación Resistencia + + + + + + d + + d + d + i + D + + + + - d + + + d d - + + + d 1 + + + d d d + + + - + + + i 1 1 i i i i + + + i d i + + i + d i d + - + i + i - i - 1 d d + + + i + i + i d d d + + i + + ¡ i Ligero incremento d Ligero decrecimiento + Incremento - Decrecimiento I Incremento notable D Decrecimiento notable 6.2. Soldabilidad de aceros de alto límite elástico. Son aceros en los que a través de la adición de distintos elementos de aleación se consiguió elevar el límite elástico desde un mínimo de 23-24 kg/mm2 hasta un mínimo de 36 kg/mm2, lo que permite construir estructuras de menor peso y mayores luces. Su uso en la industria se extendió rápidamente, pero a causa de algunos acciden tes ocurridos en Alemania y de los hundimientos de los barcos del tipo "Liberty" se limito el contenido de carbono, decisivo para la dureza en la zona afectada por el calor, alrededor de 0,2%, a la vez que se introdujo la fusión y colada con grano fino, seguida de un normalizado para obtener una mejora en las condiciones de tenacidad. Los distintos elementos que componen estos aceros influyen en sus propiedades de la siguiente manera: -Carbono En este grupo de aceros el contenido de carbono, normalmente, nunca es supe rior al 0,22% , y mejora las características mecánicas y favorece la templabilidad . -Manganeso Se añade durante el proceso de fabricación para evitar que el S que contiene el acero aparezca en forma de SFe, que es muy perjudicial . , Es un elemento de aleación relativamente barato , y el que mas da lugar a los aceros calmados, favorece la templabilidad y las características mecánicas . -Níquel El Ni favorece el temple de la misma forma que el C y el Mn en pequeñas cantidades; el Ni afina el grano e interviene favorablemente en la temperatura de transición del acero . 295 -Boro Favorece el temple y actúa como desoxidante . -Aluminio Actúa como desoxidante y facilita el afine del grano. -Vanadio Con el N forma nitruros con mas facilidad y rapidez que el Al. Eleva el limite elás tico . -Niobio Eleva el limite elástico pero sacrificando la resiliencia. Los aceros de alto limite elástico requieren una soldadura muy cuidada en lo relativo a los tratamiendos anteriores y posteriores al soldeo de la pieza, elección del procedimiento,numero de pasadas , espesor del cordón ,etc...pues , debido a que cuanto mas pequeños son los cristales de un material , mayor es su resistencia a la deformación, por lo que se debe evitar que los cristales se transformen en grandes y menos numerosos a causa de los efectos metalúrgicos de la soldadura. Estos aceros, al ser soldados, corren el riesgo de introducción de hidrógeno en el metal fundido, de absorción de otros gases, de fisuración en frío y en caliente, y de desgarre laminar, lo que requiere la adopción de una serie de medidas que se deben tomar para evitar estos problemas, algunas de las cuales se contemplan en los epígra fes 8 y 9 de este capítulo. 6.3. Soldabilidad de los aceros inoxidables. Son aleaciones con un contenido mínimo del 11% de Cr, para conseguir un com portamiento pasivo a la corrosión de determinados ambientes corrosivos. Los aceros que cumplen con esta condición se pueden dividir en cuatro grupos: Martensíticos, Ferríticos, Austeníticos y Austeno-Ferríticos. La soldadura de los aceros inoxidables debe obtener como resultado piezas de ¡guales características mecánicas y de resistencia a la corrosión que las del metal base, y no presentar defectos en el cordón ni en las zonas afectadas por el calor. Las altas temperaturas empleadas durante el soldeo, así como el tiempo de su aplicación, pueden producir cambios estructurales en los aceros inoxidables que modifican sus propiedades. Los cambios más importantes se producen por: a. - Una exposición a temperaturas entre 500 y 800a C durante un tiempo prolon gado ocasiona Precipitación de compuestos de elementos intersticiales, el Cr, Ti y Nb se combinan con el C y N, precipitándose en forma de carburos y nitratos en los bordes del grano y en las zonas del metal base cercanas al cordón que han sopor tado esa gama de temperaturas. Este cambio estructural produce pérdidas en las características mecánicas y de la resistencia a la corrosión. Para evitar este problema se deben seleccionar los aceros a soldar de bajo conte nido en carbono, inoxidables estabilizados con aleación de Ti y Nb, más ávidos de C que el N y el Cr, reducir los tiempos de calentamiento del metal con secuencias ade cuadas de soldeo, y aplicar tratamientos térmicos calentando la pieza a 1.100a C y enfriando muy rápidamente. b. - Una exposición a temperaturas entre 550 y 900a C durante un tiempo prolon gado ocasiona Formación de fases intermetálicas, que son fases Fe-Cr con algo de Mo que se forman en aceros con un contenido de Cr del 17%, y que no suele apare- 296 cer durante la soldadura sino cuando el tiempo de permanencia en este rango de tem peraturas es más prolongado, como sucede en los tratamientos térmicos. Estas fases producen fragilidad y aparición de corrosión intergranular. 6.3.1. - Aceros martensíticos. Este grupo comprende los aceros al Cr cuyo contenido de este metal puede variar entre 11,5 y 18% y en los que el contenido de carbono oscila entre 0,1 y 1%, pudiendo llegar en algunos casos hasta 1,4%. Sólo algunos tipos llevan Ni en propor ciones apreciables de 2 a 4%. Estos aceros son los más baratos al tener relativamente bajo el contenido de ele mentos de aleación. Entre los usos que tiene este tipo de acero podemos citar: Alabes de turbi nas, accesorios de bombas, cojinetes y piezas mecánicas en general, en la indus tria del petróleo, en elementos que han de operar en contacto con crudos o hidro carburos. Todos estos aceros pueden tomar el temple por enfriamiento desde temperatu ras elevadas y la dureza máxima que alcanzan depende de su contenido en carbono. Los más usuales son los AISI 410, y su soldabilidad varía según su composición. Es recomendable el precalentamiento y postcalentamiento, ya que la soldadura suele formar martensita de gran dureza en la zona afectada por el calor, produciendo grietas y fragilidad debidas a la contracción. 6.3.2. - Aceros ferríticos. Se incluyen los que no contienen más que cromo y algunos que pueden llevar pequeñas cantidades de otros elementos (Ni.Mo.AI). Los limites de composición sue len ser de 16 a 30% de Cr y 0,05 a 0,25% de C. Cuando el contenido de cromo es bajo,el carbono no puede superar el 0,08%. Su estructura es terrífica, es decir están constituidos por una solución sólida de ferrocromo alfa que contiene muy poco de carbono disuelto. Se puede considerar que tienen mejor resistencia química a la oxi dación que los aceros martensíticos y peor que los austeníticos. Estos aceros tienen el inconveniente de su débil resistencia mecánica, los fenómenos de fragilidad que se presentan en determinadas circunstancias y su difícil soldabilidad. Su ventaja frente a los austeníticos es su menor coste. Se utilizan en la fabricación de utensilios de cocina, en decoración, en la industria celu lósica, en la industria química, para soportar la acción de álcalis, sosa, nitrato amónico, nitra to cálcico, etc.; se usan también como acero refractario hasta 1050s C sobre todo en instala ciones de testación en fabricas de sulfites, ácido sulfúrico, etc. Es decir, y en términos generales, siempre que no tengan que soportar esfuerzos mecánicos y temperaturas altas. Estos aceros normalmente se suministran tras haberlos sometido a un tratamien to de recocido, seguido de un enfriamiento de aire en la mayoría de los casos. Los aceros ferríticos no aceptan el temple. Los más usuales son los AISI 405 y 410S, siendo difíciles de soldar porque pre sentan fases intermetálicas y precipitaciones que producen crecimiento del grano, pérdidas en su resistencia a tracción y en su resiliencia. Se aplicarán tratamientos térmicos adecuados al tamaño de cada pieza, en fun ción del calor aportado en la soldadura y de las características del metal base. Normal mente se aplica un precalentamiento de 200 a 4002 C a las uniones a soldar, y un post calentamiento entre 750 y 8502 C para diluir los precipitados. 297 6.3.3. - Aceros austeníticos. Es el grupo más importante de los aceros inoxidables y refractarios; están com puestos de Cr con un contenido del 16 al 26%, Ni del 6 al 25% y C de 0,08 al 0,25%. Este tipo de aceros ofrecen unas características mecánicas muy favorables, y en general pueden considerarse los más resistentes a la corrosión, aunque presenten el inconveniente de su sensibilidad a la corrosión intergranular. Sus aplicaciones son numerosas: industrias químicas, farmacéuticas, aeronáuti ca, nucleares, etc. La característica fundamental de estos aceros es que no admiten el temple y no son magnéticos. De acuerdo con la clasificación de la serie 300 del "American Iron and Steel Insti tute" los principales son: AISI 304, 316, 321 y 347. Se sueldan bien, pero presentan grandes contracciones al enfriar, por lo que se debe aportar el mínimo calor posible, distribuirlo adecuadamente con secuencias de soldeo simétricas, y embridar lo menos posible para evitar deformaciones en los con juntos soldados. Otro problema que presentan muladas en zonas que se debilitan contracción. Para evitarlo, se debe zas de S, P, Pb, Nb y Si, y un metal es el del agrietamiento debido a las impurezas acu y rompen al enfriar la soldadura por la fuerza de la seleccionar el metal base con las mínimas impure de aporte que no contenga estos elementos. 6.3.4. - Aceros austeno-ferríticos. Estos aceros llevan contenidos relativamente altos de Cr y bajos de Ni, pudiendo contener también Mo y Cu. Las ventajas de este tipo de aceros son su buen comportamiento frente a la corrosión, baja tensión y corrosión intergranular; los inconvenientes los encontramos en su dificultad de trabajo. Se usan principalmente en instalaciones químicas y como aceros resistentes al calor. Los más usuales son los AISI 312 y 329, y como su nombre indica, tienen caracte rísticas combinadas de los aceros austeníticos y ferríticos. Presentan algunos problemas de soldabilidad por la prefiguración de carburos cuando tienen altos contenidos de Cr, Mo y Nb, por lo que se procurará que su com posición química sea baja en estos aleantes y en C, conteniendo algo de N. Se suel dan sin pre-calentamiento, o con uno ligero a 1502 C. 7. INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LOS ACEROS INOXIDABLES - Cromo. Es el elemento más característico de los aceros inoxidables refractarios. Mejora la resistencia a la corrosión, pero para que esto suceda tiene que estar presente en una proporción de un 12 a un 13%. - Níquel. Tiende a aumentar el poder del temple del acero por disminución de la velocidad crítica del temple. 298 - Manganeso. Puede sustituir total o parcialmente al níquel en los aceros austeníticos. - Silicio. Favorece la formación de la fase ferrítica y aumenta la resistencia a la oxidación, aunque un exceso de Si incrementa la tendencia al agrietamiento de los austeníticos en caliente. - Aluminio. Su función es similar a la del Si. - Molibdeno. Mejora la resistencia química frente a los ataques corrosivos de los ácidos reduc tores del ion del cloro y disminuye la tendencia al agrietamiento de la austenita en caliente. - Wolframio. Mejora las características mecánicas en caliente y en frío. - Titanio. Evita la formación de carburos ricos en Cr, causa inicial de la corrosión intercris talina. - Cobre. Mejora la resistencia química a ciertos medios ácidos. 8. CONOCIMIENTOS BASICOS PARA EL ESTUDIO DE LA SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS 8.1. Precalentamiento y postcalentamiento. Como ya hemos visto en el capítulo de Metalúrgia, a medida que aumenta el con tenido en C de un acero, éste se hace más duro, resistente y frágil debido a la mayor presencia de cementita. Por otra parte, si sometemos a un acero a enfriamientos rápi dos, también se endurece debido a la aparición de martensita. Si bien la dureza es a veces una característica deseable para la utilización que le vayamos a dar al acero, el que un acero se endurezca como consecuencia de la soldadura es algo que debemos evitar. Para conseguirlo utilizaremos las técnica de precalentamiento y postcalentamien to. Estas técnicas consiguen, mediante la aplicación de calor, que la transformación de la austenita se realice a una temperatura superior, dando lugar a constituyentes más blandos y dúctiles. No siempre es necesario acudir al precalentamiento y postcalentamiento. En el caso de los aceros de bajo y medio carbono, basta con aplicar la fórmula del carbono equivalente que se estudia más adelante, para saber si se necesita calentamiento. 8.2. Influencia del espesor. En líneas generales puede decirse que cuanto mayor sea el espesor de la pieza que queremos soldar, más rápidamente se enfría, con el consiguiente riesgo de apari ción de estructuras duras y frágiles. 299 Por lo tanto, habrá que ser prudentes en la soldadura de piezas de espesores grandes, aplicando los tratamientos térmicos necesarios para evitar tensiones. 8.3. Influencia de las impurezas y de los elementos de aleación. Los aceros contienen inevitablemente S y P procedentes de las materias primas que se utilizan en su fabricación y además se le pueden añadir otros elementos de aleación. Estudiar con detalle la influencia de cada elemento de aleación sería excesiva mente largo por lo que sólo vamos a dar algunas ¡deas muy generales. Cuanto mayor sea la presencia de elementos de aleación en un acero más tiem po necesitan los átomos para reordenarse durante el enfriamiento. Esto puede tradu cirse gráficamente en un desplazamiento de las curvas de la S hacia la derecha. Por otra parte, algunos elementos desplazan las temperaturas de transformación hacia arriba (Cr y Mo) y otros por el contrario dan como resultado temperaturas de transformación más bajas (C, Ni, Mn, y N). Como puede verse en los diagramas, el tiempo necesario para que una transformación se complete varía según la temperatu ra a la que se realice. A modo de resumen diremos que cuanto más aleado esté un acero, mayor riesgo existe de que se formen estructuras duras. El elemento que más influye es el C seguido del Mo, Cr y V y Mn. En cuanto al S y P, aunque no tienen una influencia directa en la formación de compuestos frágiles, son muy perjudiciales porque suponen una discontinuidad en la estructura cristalina del acero siendo los responsables de algunos mecanismos de rotura frecuentes en las uniones soldadas. 8.4. Riesgo de absorción de gases. Durante la soldadura se producen gases como hidrógeno, oxígeno y monóxido de carbono. Asimismo puede producirse una absorción de nitrógeno de la atmósfera si la protección del arco no es correcta. Si la solidificación de la soldadura es rápida y estos gases no tienen tiempo de escapar, se formarán óxidos y poros que pueden contribuir a la rotura de la pieza soldada. 8.5. Concepto de carbono equivalente. Se trata de una fórmula obtenida experimentalmente y que sirve para evaluar la soldabilidad de un acero. Según sea su valor acudiremos o no a técnicas de precalen tamiento y postcalentamiento. Diversos autores han dado diferentes expresiones a esta fórmula aunque todas ellas conducen a resultados muy similares. Una expresión bastante utilizada es la siguiente: C.E.= %C + %Mn/6 + [%Cr + %Mo + %V]/5 + [%Ni + %Cu]/15 Aunque los valores admisibles de C.E. varían según vaya a ser la utilización pos terior de la pieza, podemos decir como orientación que a partir de C.E.= 0.4 se aconse ja precalentar y a partir de 0.6 se debe también postcalentar. Si queremos también tener en cuenta el espesor, hablaremos de carbono equiva lente compensado: C.E.C. = C.E. + 0.0254 X e (e=espesor en cm.) Si C.E.C. es mayor de 0.5 se aconseja precalentar. 300 Conviene decir que el cálculo del carbono equivalente puede ser suficiente cuan do se trata de determinar las temperaturas de precalentamiento de aceros de bajo car bono y aceros de A.L.E.jalto límite elástico). Cuando estudiemos la soldabilidad de otros tipos de aceros el carbono equiva lente tiene escasa utilidad práctica y tendremos que recurrir a otros métodos para ele gir el procedimiento adecuado de soldadura. 9. ALGUNOS MECANISMOS DE ROTURA EN LAS UNIONES SOLDADAS Se estudiarán en este epígrafe los mecanismos que con más frecuencia dan lugar a la rotura de las uniones soldadas. Veremos la importancia que tiene el reducir al máximo la presencia de S y P en los aceros, así como evitar la absorción de gases y la formación de estructuras duras durante la soldadura. 9.1. Fisuración en frío. Se denomina así a la aparición de grietas o fisuras en la soldadura a temperatu ras inferiores a los 300-C. Aparecen frecuentemente en la zona del metal base afecta da por el calor. Los factores que dan lugar a la fisuración en frío son: a) Presencia de tensiones en la unión soldada. b) Presencia de hidrógeno en la zona afectada por el calor. c) Presencia de martensita o bainita en la Z.A.C. a) Presencia de tensiones en la unión soldada. En el estado tensional de la soldadura influye de manera decisiva el diseño de la unión. Una unión muy embridada como consecuencia del diseño producirá un nivel de tensiones más alto. Otro motivo de que aparezcan tensiones es la transformación de la austenita en ferrita-perlita o en martensita-bainita si el enfriamiento ha sido rápido. En todos los casos se producen variaciones de volumen que contribuyen a un aumento del nivel de tensiones. El precalentamiento disminuye el nivel de tensiones producto de la solidifica ción de la soldadura. b) Presencia de hidrógeno El hidrógeno se forma a partir del agua o del vapor de agua existente en la atmósfera, en el revestimiento de los electrodos, en el flux, etc. que a las tem peraturas del arco se disocia en oxígeno e hidrógeno. El hidrógeno es muy soluble en el baño de fusión. Es más soluble en la fase líquida que en la auste nita y más soluble en ésta que en la ferrita. Por lo tanto la tendencia natural de este gas es escapar a la atmósfera a medida que el metal se solidifica y se enfría. No obstante, una parte de este hidrógeno puede quedar atrapado den tro del cordón. El gas, que a las temperaturas del arco se encuentra en estado atómico se difunde hacia la zona de transición y se alojará en las pequeñas cavidades que encuentre (poros, escorias, ...). El hidrógeno en estado atómico, es inestable por lo que al bajar la temperatura se reasociará formando molé culas con el consiguiente aumento de volumen. Debido a esto se crearán pre siones muy elevadas capaces de iniciar la fisuración de la soldadura. 301 Las microfisuras producidas por hidrógeno pueden originarse durante el enfriamiento o cuando la soldadura está sometida a tensiones fuertes. En los ensayos de tracción de probetas con alto contenido en hidrógeno aparecen unas manchas blancas que se denominan por su aspecto "fish eyes" u "ojos de pez". Sus dimensiones oscilan entre 1 mm y 1 cm. Se originan para cargas cercanas o superiores al límite elástico y no aparecen nunca en los ensayos de resilencia. Este fenómeno no disminuye, por lo tanto, en las características del material dentro del dominio elástico, pero pone de manifiesto la presencia de hidrógeno que, como hemos visto, puede originar rotura sin haber llegado a la carga de rotura. La capacidad de los aceros a desarrollar ojos de pez aumenta con la adición de elementos como el Ni, Cr, y Mo. Los aceros inoxidables austeníticos y ferríticos no presentan este tipo de defectos. Los factores favorables para disminuir la presencia de hidrógeno son: - Utilizar electrodos básicos previamente secados en estufas. - Soldeo continuo, sin enfriamientos intermedios. - Utilizar intensidades elevadas. - Precalentar las piezas. - Tratamiento térmico post-soldadura. - Emplear procedimientos TIG y MIG que dan depósito con bajo contenido en hidrógeno. c) Presencia de martensita o bainita en la Z.A.C. Estas estructuras tienen elevados valores de resistencia pero baja ductilidad por lo que favorecen el agrietamiento de la soldadura en frío. Como ya se ha dicho, el precalentamiento es la mejor forma de prevenir la formación de estas estructuras, pero habrá que ser cuidadosos a la hora de aplicarlo ya que un enfriamiento excesivamente lento puede causar proble mas de crecimiento del grano en la zona de transición con la consiguiente dis minución de las propiedades mecánicas. 9.2. Fisuración en caliente. Estas fisuras se forman a temperaturas superiores a los 300s C y pueden aparecer en el metal aportado o en la zona de transición. El azufre puede ser el responsable de estas fisuras. Si la presencia de azufre es elevada se puede formar sulfuro de hierro. El punto de fusión de este compuesto es de 985® C lo que significa que permanece en estado líquido cuando ya se empiezan a formar los granos de austenita. El sulfuro de hierro se va depositando en los límites de los granos y, a medida que se produce el enfria miento como consecuencia de las tensiones de contracción, se producen fisuras inter granulares debidas a la poca resistencia de este compuesto. Los aportes de calor elevados así como el precalentamiento favorecen la apari ción de este tipo de fisuras. La única forma de evitarlas es limitar el contenido de azufre de los aceros o aña dirles Mn para que se forme sulfuro de manganeso cuyo punto de fusión es más ele vado que el del sulfuro de hierro; sin embargo, presenta el inconveniente de que pue de producir desgarre laminar. 302 9.3. Desgarre laminar. Es un agrietamiento producido paralelamente al plano de laminación del acero ojo que es lo mismo, en sentido perpendicular al espesor (Fig.4). Figura 4 Se produce a causa de las inclusiones no metálicas presentes en el metal (Sulfu ro de manganeso). Si no se tienen garantías de que el acero no es susceptible a este fenómeno, se deben dise ñar las uniones soldadas evitando que las chapas trabajen en el sentido perpendicular al espesor. La siderurgia puede suministrar aceros no susceptibles a este fenómeno, fabrica dos en hornos eléctricos y con un severo control de la presencia de impurezas. Otra forma de estar seguros de que no se produzca el desgarre laminar es hacer una inspección ultrasónica de la pieza después de la soldadura, aunque esta última solución puede ser excesivamente complicada y costosa. -SOLDABILIDAD 10. DE ALGUNOS MATERIALES NO FERREOS Se incluyen aquí algunas notas acerca de la soldadura de materiales distintos del acero. - Cobre La dificultad para la soldadura del cobre reside en su gran conductividad térmi ca. Para soldar cobre por arco eléctrico se utilizan unos electrodos especiales con núcleo de Cu y tres capas de revestimiento. El revestimiento hace que se eleve la ten sión del arco a 60-70 V. De esta forma el calor suministrado es mayor y sólo es nece sario precalentar la pieza cuando son espesores muy grandes. - Bronce a) Bronce fundido Es necesario precalentar a unos 500a C. A esta temperatura su resistencia a la rotura y alargamiento se ven notablemente perjudicadas por lo que habrá que estudiar bien la forma de apoyar la pieza. 303 b) Bronce laminado Es necesario precalentar a unos 200 ó 300- C. En cualquier caso durante el soldeo del bronce se desprenden gran cantidad de vapores y gases por lo que es aconsejable que el soldador lleve una careta de respiración. - Aluminio Los problemas para la soldadura del aluminio son: Punto de fusión bajo (658° C). Gran conductividad térmica. Gran facilidad de oxidación.Los óxidos de aluminio tienen un punto de fusión más alto que el aluminio por lo que su aparición dificulta enormemente la soldadura. Los procedimientos que dan mejor resultado para la soldadura del aluminio son el MIG con arco pulsado o el TIG con polaridad inversa o c.a. de alta frecuencia para que el flujo de electrones rompa la capa superficial de óxido. 304 Capítulo 18 TENSIONES Y DEFORMACIONES 1. - INTRODUCCION.- Los efectos que producen las soldaduras en los metales son del mismo tipo que los producidos por cualquier foco de calor, en el sentido de que al calentar un metal éste se dilata y cuando se enfría se contrae. Sin embargo, tienen una característica especial, y es que en la soldadura el calor está localizado en el arco, el cual se aplica de manera puntual y con un movimiento progresivo en una dirección, por lo que se generan tensiones internas que se manifiestan en los efectos de contracción, plegado, cerrado, etc., todo ello en el marco de un campo de deformaciones muy complejo. Los perfiles laminados y las chapas suelen tener tensiones internas procedentes del laminado y de su enfriamiento durante el mismo, por lo que tienden a deformarse al ser calentados y a contraerse en el enfriamiento. Las dilataciones producidas por el calor que aporta el arco eléctrico (5000QC) en las zonas de la junta de soldadura se encuentran con la resistencia a su dilatación de las zonas próximas a la soldadura, en donde la temperatura desciende bruscamente sin que absorban la tensión producida y al enfriarse la zona soldada sufre una fuerte contracción, mientras que las zonas próximas no se contraen de igual forma. Por esta razón se generan en la unión soldada tensiones y deformaciones que pueden llegar a invalidar el trabajo soldado si la pieza soldada pierde su dimensionalidad, su operatividad o sus propiedades mecánicas, cuando no se tomen las medidas para evitarlas, o en su caso, para detectarlas y aliviarlas. 2. - GENERACION DE CALOR EN EL ARCO.Existen tres sistemas de generación de calor en el arco eléctrico: a) La potencia eléctrica del arco, que es el principal causante de calor, y que se suele expresar en energía por unidad de longitud de soldadura. b) La reacciones químicas producidas en el proceso de soldeo entre el metal y la escoria, y el revestimiento al fundirse. 305 c) La transformaciones metalúrgicas producidas en la unión. El calor producido por el arco tiene pérdidas por radiación en todo el entorno en que se produce la soldadura, y por conducción térmica a la pieza y al mismo electro do, pinza y cable. 3. EFECTOS DEL CALOR APORTADO AL SOLDAR.Los principales efectos producidos por el calor aportado en soldadura son: a) Dilatación b) Contracción c) Deformación d) Tensiones internas e) Tensiones residuales 3.1. Dilatación. Es un efecto que se produce en los metales por la aportación de calor y que con siste en que si tomamos una pieza de sección uniforme y dimensiones concretas y le aportamos calor de manera uniforme, sus dimensiones aumentan en todas las direc ciones, volviendo a las dimensiones iniciales al enfriarse. En la práctica, esto no ocurre exactamente así, pues aunque la pieza esté apoya da en una superficie muy pequeña, debido al rozamiento entre la pieza y esta superfi cie, se produce un fenómeno llamado "de densificación termoplàstica" que da lugar a tensiones de tracción y al acortamiento de la pieza (fig 1a). Tensada Libre Figuras 1a y1b Si calentamos la pieza previamente tensada (fig 1b), no podrá dilatarse libremen te, lo que originará esfuerzos de compresión que serán más fuertes según aumente la temperatura y que darán lugar a una deformación por tensiones internas y al acorta miento de la pieza, que se mantendrán al enfriarse ésta. 306 3.2. Contracción. Es el efecto de acortamiento de las dimensiones que se produce en un metal al disminuir la temperatura o, más claramente, al retirar una aportación de calor mante nida durante un tiempo, y que ha producido la dilatación del mismo. Las contracciones en soldadura pueden ser: - Longitudinales: se producen en el sentido del eje del cordón. L n i-zn - Transversales: se producen de forma perpendicular al eje del cordón. - Angulares: se producen como consecuencia de las transversales en las solda duras a tope, obligando a las chapas a formar ángulos cuyo vértice es el cor dón; en las soldaduras en ángulo las contracciones angulares tienden a cerrar el ángulo de la unión. La acción continuada de la dilatación y la contracción en soldadura puede origi nar dos tipos de efectos: - Efecto de plegado y cerrado I I 307 Los principales factores que influyen en la contracción son los siguientes: 1. - El aporte de calor, ya que cuanto mayor sea la cantidad de calor, mayor será la contracción. 2. - El orden de ejecución de la soldadura y el método operatorio: si se van alter nando los cordones en las uniones, y en los cordones largos la soldadura se va realizando por trozos repartiendo el calor, a la vez que se elige un método operatorio que facilite el control del calor aportado, se evitarán contracciones fuertes. 3. - La sección transversal del metal depositado respecto al espesor de la pieza, dado que cuanto mayor sea la sección, más fuerte será la contracción. 4. - Secuencia de soldeo en montaje: para conseguir la dimensionalidad del obje to de montaje y evitar la acumulación de tensiones por dilataciones y contrac ciones, debe estudiarse cuidadosamente el orden de la unión de piezas o blo ques y su posterior soldeo. 3.3. Deformaciones. Se entiende por deformación el cambio de la forma de una pieza causado por los efectos de la soldadura y no por otras causas externas y ajenas al procedimiento. La soldadura calienta la pieza de trabajo de forma que varía su estructura mole cular, originando dilataciones que actúan a modo de fuerzas capaces de modificar la forma inicial de la pieza. Estas deformaciones no hacen sino obstaculizar el trabajo y originar tensiones que pueden afectar seriamente a la construcción soldada. Es preciso pues eliminar en lo posible estas deformaciones con métodos adecua dos a cada caso, ya que de ello dependerá la existencia en mayor o menor grado de tensiones finales. 3.4. Tensiones internas. Son las fuerzas a las que está sometida una pieza, no por fuerzas externas, sino por los efectos del calor de la soldadura, que le hacen variar sus propiedades mecáni cas. En el proceso de soldadura, el material es calentado en un punto que se desplaza a cierta velocidad a medida que se realiza la soldadura, por lo que el calentamiento no es uniforme, al igual que ocurre con las dilataciones que originan las tensiones. 3.5. Tensiones residuales. Son las tensiones internas que permanecen en una pieza cuando han desapareci do todas las solicitaciones externas y una vez realizada la soldadura. En ellas se con templan las tensiones térmicas que se han producido en los diferentes ciclos de tem peratura sufridos por la pieza. En general existen dos tipos de tensiones residuales: las macroscópicas y las microscópicas. Las primeras son originadas por los procesos mecánicos y de soldadu ra, mientras que las microscópicas son producidas por ciertas deformaciones en el material, consecuencia, en la mayoría de los casos, de cambios en su estructura por efecto de la temperatura. 4. METODOS DE LOCALIZACION DE TENSIONES RESIDUALES EN SOLDADURA. Las técnicas para la localización de tensiones residuales son muchas, pero todas tienen su fundamento en alguno de los siguientes métodos: 308 - Técnicas de relajación de tensiones. - Técnicas de difracción de rayos X. - Técnicas basadas en el uso de propiedades del material sensibles al estado de tensiones. - Técnicas de propagación de grietas. 4.1. Técnicas de relajación de tensiones. La técnica consiste en medir las deformaciones elásticas que se recuperan al eli minar, por corte, una parte de la pieza a controlar. Estas deformaciones tienen una relación directa con la tensiones residuales. La técnica de relajación de tensiones tiene como inconveniente el ser un método destructivo. Para medir la situación de deformaciones pueden usarse bandas extensométricas o bien otras técnicas. Dentro de las técnicas que usan bandas (de cualquier tipo) caben destacar: - Para placas delgadas. * Perforado de la pieza. En el punto de la superficie cuyas tensiones se quie ran medir se adhieren las bandas extensométricas en tres direcciones no coin cidentes. Cuando se perfora la zona se recuperan las deformaciones elásticas y las bandas miden la variación de desplazamiento en una dirección, funda mentándose en un principio físico según el tipo de banda. Al conocer estos datos en tres direcciones, conocemos el campo de deforma ciones lineales producidas al separar la parte de la pieza. - Para tubos. * Mecanizados sucesivos. Se eliminan capas del material mediante un proce so de mecanización, midiendo la longitud final de la probeta después de cada eliminación. Esta técnica sólo puede emplearse en sólidos de revolución. - Para sólidos tridimensionales. * Método de seccionado. Se eliminan de la pieza bloques estrechos y largos en la dirección de la soldadura y perpendicular a ella. Cuando eliminamos un blo que, las tensiones en los ejes correspondientes a la pieza se liberan. Aplicamos entonces la técnica de perforación a la placa delgada que hemos sacado, obte niendo la información tridimensional del estudio de tensiones residuales. Otras técnicas que no usen bandas extensométricas son por ejemplo: * Mallado. Se implanta en la superficie de la pieza a ensayar un sistema de coordenadas de forma que generen unq malla para seccionar la pieza en ele mentos rectangulares, cada uno de los cuales dispone de cuatro puntos de medida que se realizan antes y después del corte. La diferencia entre las dos medidas nos permite interpolar el estado de tensiones. Al igual que los otros métodos, también es destructivo. * Método de la capa frágil. Sobre la superficie a ensayar se extiende una capa de laca, para luego perforarla, y el tipo de grietas que aparecen nos per mite establecer el tipo de solicitaciones a que está expuesta la superficie. Este método sólo nos da una información cualitativa del estado de tensiones. 4.2. Técnica de Rayos X. Al actuar algún tipo de solicitación sobre una estructura de cristales metálicos, hace que se deforme la red cristalina, variando las distancias interatómicas. Si la 309 deformación excede el límite, se llega a la deformación plástica. La variación en el espacio interatómico es proporcional a la tensión. Una onda plana monocromática que se introduce en planos atómicos en una dirección, produce una onda reflejada en otra dirección. Midiendo por tanto el ángulo de reflexión, conocemos el valor del parámetro de la red. Los rayos X sólo permiten medir tensiones residuales en la superficie del material. 4.3. Técnica de Ultrasonidos. El fundamento de esta técnica es similar a la de los rayos X, pero con la ventaja de que no se precisan elementos de protección ni medidas de precaución durante la realización de la medida. Su aplicación es sencilla en obra, dado que se pueden tomar medidas en el interior sin ningún tipo de instalaciones especiales. La limitación de los ultrasonidos radica en el carácter de valor promedio que per mite medir, aunque trabajando con diferentes longitudes de onda, podemos obtener un buen perfil de tensiones. 5. ATENUACION DE LAS TENSIONES RESIDUALES MEDIANTE TRATAMIENTOS POSTERIORES. Ya que las tensiones residuales tienen su origen en las interacciones térmicas y/o mecánicas, los métodos para su moderación deben estar basados en tratamientos de la misma índole. Los métodos más usados para tratar de eliminar las tensiones resi duales, nombrados de acuerdo con el fundamento físico por el que se produce la ate nuación, son: 5.1. Método térmico. Se calienta la unión durante cierto tiempo a un nivel de temperatura determina do, siendo lo ideal que este calentamiento se produzca en un horno: sin embargo, cuando las dimensiones de la pieza no lo permiten, o no se quiere dar el tratamiento a toda la pieza, se realiza un calentamiento local de la unión. El calentamiento debe rea lizarse con gran cuidado, ya que cambios en la temperatura de un acero del orden de los 100 grados pueden originar variaciones de longitud como si de una tensión de fluencia se tratara. Las tensiones de fluencia disminuyen cuando se aumenta el nivel térmico del material, y si el calentamiento y el enfriamiento se producen de forma constante, las tensiones residuales no se reproducirán cuando vuelva a la temperatura ambiente. Un tratamiento térmico queda definido por cuatro parámetros: - Velocidad de calentamiento. - Temperatura del tratamiento. - Tiempo de permanencia a dicha temperatura. - Velocidad de enfriamiento. Estos parámetros se regulan adecuadamente mediante códigos existentes para cada material específico. 5.2. Método termoplástico. Se basa en el hecho de que si en un material se alcanza una temperatura a la cual las propiedades elásticas no coinciden con las correspondientes a la temperatura ambiente, el proceso es irreversible y se generan tensiones residuales. 310 Aplicando calor de forma paralela al cordón de soldadura se generan unas ten siones equivalentes a las residuales del cordón, de forma que las tensiones de trac ción originadas por el calor compensan las de compresión debidas a la unión de la junta. Para que el método sea efectivo se debe conseguir un comportamiento elastoplástico en la zona de aporte de calor, es decir, que las tensiones térmicas superen el límite elástico correspondiente a la temperatura de la zona. Con este método no se eliminan las tensiones residuales, pero se atenúan y regularizan hasta un nivel aceptable. 5.3. Método mecánico. Es preciso para emplear este método, que el material tenga suficiente ductilidad para producir las deformaciones pertinentes. Se realiza a temperatura ambiente sin aporte de calor. Las placas soldadas se someten a tracción en sentido paralelo al cordón. Inicial mente, existen zonas en el cordón que están sometidas a tracción, otras a compresión y otras que por estar más alejadas se encuentran libres de tensiones residuales. Al aplicar una carga en el cordón, estas zonas se cargan elásticamente; y debido a la duc tilidad del material, cuando eliminamos la carga, se produce una descarga elástica hasta alcanzar un estado libre de tensiones. La aplicación de este procedimiento es limitada, tanto por la necesidad de que el material no se comporte de forma frágil, como porque no siempre es posible someter a la pieza soldada a cargas en su conjunto. A veces se procede a una sobrecarga local con un bombardeo de perdigones en la superficie exterior, que mejora la resistencia a la fatiga de los nudos soldados. 6. MEDIDAS A ADOPTAR EN EL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA PARA REDUCIR LAS TENSIONES RESIDUALES. Al diseñar una junta para soldadura existen parámetros que influyen en el nivel final de tensiones y deformaciones. Con el fin de disminuir las tensiones residuales se pueden adoptar algunas de las siguientes medidas generales: - No embridar, con el fin de no añadir tensiones adicionales a las propias del soldeo. - Evitar el diseño y la ejecución de los cordones de manera que aparezca la deformación impedida. Por otra parte, conviene resaltar que el hecho de no hacer coincidir cordones evi ta roturas frágiles, pero no atenúa las tensiones. Como norma general se debe aportar el menor calor posible, e intentar que la distribución de cordones sea lo más simétrica posible y que se realicen al mismo tiempo los cordones simétricos. Para fijar el orden de soldadura debemos ajustarnos a una serie de normas prac ticas que se aplican en cada caso y según el tipo de trabajo a realizar. 6.1. Simetría en la soldadura. La soldadura de una estructura debe ejecutarse de manera que durante todo el proceso la cantidad de material aportado sea simétrica con respecto a los ejes de la unión. Esto se hace con objeto de: 311 - Distribuir el calor generado durante la soldadura de una manera uniforme. - Equilibrar en lo posible las contracciones. - Reducir al mínimo las dificultades impuestas a la contracción. - Evitar las localizaciones de calor sin que un elemento simétrico tome parte. 1a.- En espesores delgados se comienza a soldar por el centro de la estructura y se va avanzando en varias direcciones. 312 2a.- Es preferible la operación de soldeo por las dos caras simultáneamente, o en su defecto, que las pasadas sean alternativas sobre las dos caras. 3a.- La distribución del calor debe ser uniforme, para lo cual se realiza la soldadu ra por fases sucesivas. Para ello se debe interrumpir la continuidad de cordo nes largos. 4a.- Deben realizarse primeramente las soldaduras que generen mayores contrac ciones. La orientación a seguir es que a mayor cantidad de aportación de calor, habrá mayor contracción. 5a.- Realizar secuencias a "paso de peregrino" consistente en soldar por tramos de igual longitud y en sentido contrario al del avance del cordón de forma que cada tramo termine donde empezó el anterior. Las secuencias de soldadura se deben establecer tanto en piezas pequeñas y en la distribución de cordones, como en el montaje de paneles y bloques. Veamos un ejemplo de cómo se establecen las secuencias de soldeo para los 313 forros de popa y proa y de la cubierta principal a popa y a proa en el montaje de los bloques de un buque. 14 15 I 10 11 9 12 . 8 3 J / 2 6 , 5 7 4 1 6.2. Equilibrio de las contracciones. La operación de soldeo debe realizarse de manera que las contracciones inheren tes al proceso se verifiquen de forma regular y simétrica. El punteo de los elementos de una estructura antes de su soldadura no produce grandes tensiones. Debemos fijar un orden o secuencia de soldadura que garantice la perfecta unión de las piezas. Las normas a seguir son las siguientes: 1-.- Cuando las piezas están sujetas por algún mecanismo, debemos buscar un orden de ejecución que además de permitir dominar las deformaciones no cree tensiones residuales. 314 2a.- Soldar avanzando en la dirección de mayor libertad a la contracción. 32.- Si se van a soldar planchas formando un plano, detener la soldadura unos 200 mm. antes de las intersecciones, y terminarla después. 42.- El punteado debe ser lo suficientemente débil para romperse si las tensiones temporales resultan excesivas. 6.3. División de la estructura en unidades simples. Al descomponer una estructura en bloques, posteriormente en paneles y así has ta pequeños elementos se obtienen las ventajas siguientes: 1a.- Las contracciones producidas en un elemento aislado no afectan al resto de la estructura. 2a.- Cuanto más sencilla sea la estructura, más fácil es diseñar una secuencia de soldadura. 6.4. Calidad del metal depositado. Tiene como objetivo garantizar un cordón sano, sin faltas de fusión, ni grietas ni los defectos típicos debidos a una mala operación. Para prevenir en lo posible estos defectos, que causan sin remedio contracciones, se deben tomar las siguientes medi das: 1a.- Usar electrodos de diámetro tan grande como lo permita el trabajo. 2a.- Llevar la velocidad de fusión y de avance tan alta como sea posible en con cordancia con un depósito sano. 3a.- Usar la máxima intensidad de corriente admisible para realizar el cordón correcto. 4a.- No exagerar la oscilación del electrodo. 5a.- Dar el mínimo de pasadas, ya que las deformaciones aumentan con el núme ro de pasadas. 6a.- Otorgar prioridad a la posición horizontal y a las formas que permitan un buen depósito. 7a.- No dejar enfriar el depósito antes de que alcance el suficiente espesor para que resista las tensiones temporales de contracción. En general, deben seguirse todas las normas que se han visto para la realización de un buen cordón de soldadura. 7. TRATAMIENTOS TERMICOS PARA ATENUAR O ELIMINAR LAS TENSIONES EN LOS CORDONES DE SOLDADURA. 7.1. Normalizado. Mediante el normalizado conseguimos recristalizar la estructura deformada del acero, denotándose a la temperatura del proceso un ablandamiento del material que diluye las tensiones internas haciéndolas desaparecer. 7.2. Recocido. Su finalidad es eliminar las tensiones. Se calienta el material hasta disminuir su resistencia a la deformación, tranformándose las tensiones internas en deformaciones plásticas. 315 316 Con este tratamiento térmico (a una temperatura comprendida entre 600 y 650a C) desaparecen también las tensiones de laminación que hayan podido surgir por el ende rezado, a la vez que se mejora la tenacidad del material. 7.3. Atenuación mediante el calentamiento a bajas temperaturas de dos franjas paralelas al cordón de soldadura de la pieza. Se procede a calentar ambos lados del cordón a unos 200a C, introduciendo ten siones de calor que se suman a las tensiones internas. Las tensiones que se introdu cen sobrepasan la resistencia a la deformación del material, que sale y elimina los vér tices de tensión. Para este procedimiento se emplea un dispositivo con sopletes dispuestos en fila y rociadores de agua, que se ajustan en altura y separación. 8. TECNICAS DE ENDEREZADO DE DEFORMACIONES Existen varias técnicas de enderezado para llevar las planchas o perfiles a su posición correcta y a sus dimensiones adecuadas. Estas técnicas se pueden clasificar en dos grupos: 1. - Enderezado en frío 2. - Enderezado a la llama 8.1. Enderezado en frío Consiste en aplicar presión sobre las piezas deformadas hasta que el esfuerzo ejercido desplace el material a la posición correcta. Los métodos mas empleados son: 1. Martilleado: Se aplica a planchas finas o perfiles de pequeñas dimensiones y en sitios de fácil acceso; el martilleado puede hacerse a mano o con medios mecánicos. 2. Prensas hidráulicas: Se usan sobre todo en perfiles, aplicando presión y sol tando a continuación; de esta forma, y por aproximaciones sucesivas, el perfil se va llevando a su sitio. 8.2. Enderezado a la llama Esta técnica está basada en calentar rápidamente una zona de la plancha a una temperatura aproximada de 600a C, a la cual aumenta la plasticidad del acero. Como el material circundante queda frío, las partes calentadas permanecen ten sadas al dilatarse, por lo que se produce un recalcado y un acortamiento de las dimen siones de la plancha y como consecuencia, el enderezado o corrección de deformacio nes. Es necesario conocer bien esta técnica con objeto de aplicar bien el calor en las zonas adecuadas y durante el tiempo necesario. Los métodos mas usados para el enderezado a la llama son: 1. Sistema por soplete de varias boquillas 2. Sistema Tampo. Estos dos sistemas se explican en los apartados siguientes. 8.3. Sistema por soplete de varias boquillas Se realiza con un equipo de oxiacetileno provisto de una lanza que lleva acopla das tres boquillas (FIG 12) para planchas de 4 a 12 mm„ y cinco boquillas para espeso- 317 res de mas de 12 mm. Las boquillas se pueden montar en carros de dos lanzas para repartir el calor en superficies mayores de forma regular. Figura 12 318 Con objeto de realizar la corrección de bloques, el enderezado se empezará enci ma de las vigas por el lado convexo. La plancha se calentará hasta aproximadamente 1/3 de su espesor y por zonas pequeñas (FIG 13) y por tramos de 100 mm. de longitud en planchas de 4 a 6 mm. de espesor y de 250 a 350 mm. en planchas de 8 a 12 mm. (FIG 14). 319 A continuación se muestran varias figuras de planchas deformadas y la forma de aplicar los quemadores. son com segu de di chas cu bi derá res t 16. 320 Los métodos de enderezar los perfiles se muestran en la FIG 17. Perfiles en L Calentar ambas aletas a la vez y empezar en los lugares marca dos con las flechas. Empezar en la flecha calentando la aleta horizontal. Calentar primeramente el alma y empezar entonces en (1). Con tinuar luego con la aleta en (2). Calentar ambas aletas. Empezar con (1) y continuar con la otra en (2). Calentar ambas aletas a la vez. Empezar en (1) y continuar con el alma en (2). Perfiles en Figura 17 321 8.4. - Sistema TAMPO Es un método muy parecido al de soplete por boquillas pero se suele emplear con una sola boquilla a una distancia de 5 a 10 mm. de la plancha calentando las pie zas hasta un color ligeramente rojo y realizando movimientos en zig zag o lineales en la zona deformada; previamente se habrá realizado el estudio de las secuencias de calentamiento adecuadas a cada deformación. El enderezado de perfiles se hace igual que con el sistema por soplete de varias boquillas. El sistema Tampo es muy empleado en construcción naval. 322 Capítulo 19 MECANIZACION Y ROBOTIZACION DE LOS PROCESOS DE CORTE Y SOLDADURA 1. INTRODUCCION El desarrollo tecnológico de los procedimientos de corte y soldadura ha ¡do evo lucionando desde sus comienzos hacia una mecanización que permite realizar traba jos de mayor calidad y menor coste. Una de las primeras innovaciones en este campo fue la adaptación de un motor de arrastre con un soporte para la torcha o soplete que se servía de una guía para rea lizar el movimiento de avance de la operación sin desviarse del camino. 2. MAQUINAS PROGRAMARLES DE SEGUIMIENTO DE JUNTAS DE SOLDADURA Los primeros equipos sólo disponían de un selector para regular la velocidad de avance del carro, y realizaban el recorrido por la guía regulando la altura boquilla-pie za y el ángulo de la boquilla de manera fija, es decir, sin adaptarse a los cambios de altura de la pieza, ni a las posibles desviaciones de la junta. 323 Más tarde hicieron su aparición en el mercado las primeras máquinas automáti cas, que incorporaban elementos de mayor fiabilidad y que podían regular varios parámetros del proceso en relación a la velocidad de avance de la soldadura. Básicamente, una máquina de soldadura automática consta de tres partes princi pales: 1. - Cabezal de soldadura. En él se encuentra el grueso del equipo, como son el motor de arrastre del hilo y las ruedas de arrastre del carro, ambos con sus correspondientes elementos de regulación y control. En la mayoría de los casos, el cabezal de soldadura va refrigerado por agua. 2. - Unidad de control. En ella van incorporados el circuito y los controles de man do tales como la regulación de la velocidad de arrastre, mando de la bomba de refrigeración, avance del hilo, interruptores de marcha y parada, etc. 3. - Soporte para la bobina del hilo. Puede adaptarse a los diferentes modelos de carretes según el trabajo a realizar. Estas primeras máquinas automáticas trabajaban en instalaciones fijas indepen dientes de la pieza a soldar, sirviéndose de mesas posicionadoras para aumentar su ver satilidad. El sistema de arrastre del hilo no varía respecto al que se ha descrito ya para el equipo manual o semiautomático. El motor de avance del carro es de corriente continua con velocidad regula ble y provisto de un embrague para liberar lo cuando sea necesa rio. El carro de avance puede deslizarse por una cremallera o bien mediante un sistema de piñón y cadena. 3. SEGUIDORES DE LA JUNTA A SOLDAR Una vez perfeccionados los sistemas automáticos, se complementaron con unos seguidores de junta, que permiten que el equipo siga automáticamente la junta a sol dar (o a cortar, en su caso) aunque ésta tenga una forma irregular o con desviacio nes. Gracias a la electrónica se ha conseguido que los seguidores de junta posicionen y guíen automáticamente el cabezal de soldadura en la junta, manteniéndolo en todo momento en el punto preciso. El equipo consta principalmente de los siguientes elementos: - Unidad de control - Deslizaderas motorizadas 324 - Control remoto - Palpador de la junta y soporte para el mismo Además del posicionado del cabezal respecto a la junta, estos equipos modernos incorporan programas que controlan otras variables de la soldadura. Poseen una excelente versatilidad y las características operativas y de manejo de todos ellos son prácticamente similares. La figura 3 ¡lustra uno de los modelos existentes en el merca do: - En este modelo, los reostatos N°5 1, 2 y 3 controlan la velocidad de traslación, el re corrido horizontal de las deslizade ras y la presión que el dedo pal pador efectuará cuando localice la junta a palpar. Cada uno de ellos puede progra marse para efec tuar un movi miento a derecha o izquierda. - El N2 4 fija la velocidad y dirección de retirada de la deslizadera horizontal durante la retirada del cabezal de la pieza. La deslizadera vertical se retira siem pre a velocidad máxima. La unidad de control verifica continuamente las seña les que recibe del palpador para desplazar las deslizaderas vertical y transver sal el espacio necesario que permita mantener el cabezal de soldadura alineado con la junta. - El N- 5 regula la sensibilidad y velocidad de descenso de la deslizadera vertical, así como la detección del final de la pieza. - El Na 6 regula la sensibilidad de desplazamiento vertical ascendente para locali zar el punto de solape del cordón. - El N2 7 temporiza el tiempo de retirada del cabezal de la pieza una vez termina da la soldadura. - El N9 8 temporiza el tiempo de bloqueo de las deslizaderas tras detectar el pun to. Dicho tiempo de bloqueo debe coincidir con la longitud del punto. - El N9 9 temporiza el solape de soldadura, mediante el tiempo transcurrido des de que se palpa el solape hasta que se extingue el arco. - El N9 10 temporiza el tiempo total de soldeo. Junto con el Ne 9, se pueden usar además para el temporizado de cualquier otra función. Como ejemplo de seguimiento de juntas, veamos dos programas con sus pasos principales. - Programa 1: Soldadura en ángulo con el procedimiento MIG-MAG, con segui miento de junta, detección de puntos, final de pieza, apagado del arco, y para da. Los pasos a dar son los siguientes: En el nQ 1, el operario posiciona el palpador en la pieza; en el ne 2, pulsa el inte rruptor e inicia la soldadura; en el n9 3 detecta el punto; en el ne 4 detecta el 325 final de la pieza y continúa la soldadura según la sensibilidad del reostato; y en el n2 5 detiene el proceso y se retira de la unión soldada. 1 2 Z '' A 3 z ' '' // '' X/ / ' z /A /AA / / 4 5 - Programa 2: Soldadura de tuberías en unión a tope en V con un procedimiento de MIG-MAG. Los pasos a dar son los siguientes: En el na 1, el operario pulsa el interruptor de arranque y el palpador baja auto máticamente; en el n2 2, se desliza hacia la junta; en el n2 3, el palpador localiza la entalla o el solape de la chapa; en el n- 4, ceba el arco y arranca el bastidor; en el n2 5 continúa el movimiento hasta que el palpador localiza el inicio del cordón. El control remoto se usa para el pre-posicionado, corrección de una secuencia automática y puesta en marcha de una secuencia automática. El operario pue de posicionar el cabezal actuando sobre la palanca del mando. Los equipos de, hoy en día tienen capacidad para almacenar varios programas con miles de variaciones automáticas en su secuencia de soldadura. 326 4. CONTROL AUTOMATICO DE LA ALTURA DEL ARCO A LA PIEZA En la mayoría de los casos, la pieza a soldar no presenta una superficie regular, con lo que si movemos el cabezal de soldadura en un plano paralelo a la pieza, habrá momentos en que la distancia de la boquilla a la pieza variará, originando defectos en el cordón. Los palpadores de altura permiten efectuar soldaduras de calidad a pesar de las irregularidades u ovalamiento de la pieza a soldar. Estos sistemas están basados actualmente en la electrónica y la servotecnología. Un sensor vigila la superficie de la junta y la posición de la torcha respecto a ésta en el baño de fusión, corrigiendo ins tantánea y automáticamente cualquier variación. El sistema se basa en el contacto mecánico del tungsteno o la boquilla del plas ma con la pieza, eliminando la posibilidad de corto-circuito, los problemas de incom patibilidad con ciertas fuentes de corriente y diferente resistividad superficial de los materiales. Algunos módulos incorporan un dispositivo electrónico capaz de mante ner el voltaje con gran precisión y estabilidad, a pesar del carácter fluctuante del arco. Las prestaciones de los equi pos de control automático de altu ra del arco a la pieza pueden variar según los modelos, pero básica mente pueden ser: - Toque de la pieza y retrac ción para facilitar el cebado del arco. - Control de la sensitividad de palpado con banda de control ajustable. - Control de cebado y apaga do del arco. - Temporizador del arranque y parada del alimentador de alambre y de los posibles periféricos. - Detección de un cambio brusco en el voltaje del arco debido a una caladura o fal ta de gas; dicha detección permite detener la soldadu ra de forma inmediata. Estas máquinas están diseñadas para que puedan trabajar con los equipos y téc nicas de soldadura empleados normalmente, permitiendo una gran flexibilidad de montaje para su empleo con distintas torchas y configuraciones de montaje. 5. MECANIZACION CON OSCILADORES Los modernos equipos de corte y soldadura proporcionan las características ope ratorias y velocidades de avance necesarias para que se puedan mecanizar sus opera ciones en todas las posiciones, y se adapten perfectamente a máquinas compactas que realizan los movimientos de la mano del soldador, sin necesidad de tener que cambiar la técnica. 327 Hoy en día, los osciladores son la solución más versátil para mecanizar un proce so de soldadura, ya que imitan el movimiento de oscilación de la mano en las opera ciones de recargue y de relleno en juntas anchas, añadiendo una mayor precisión que en la soldadura manual. 5.1. Partes de un oscilador Los osciladores se adaptan a todas las posiciones de soldeo. El conjunto se com pone de dos partes que se pueden inte grar en un solo mó dulo: a) la unidad trac tor de avance b) el oscilador En la mayoría de los casos dispo nen de un control a distancia para todas las funciones tanto del tractor como del oscilador. El equipo permi te variar la forma de la oscilación, consi guiendo varias for mas de soldadura: con paradas en bor des, retorno, etc. 5.2. Elementos de control del equipo Para adaptar la torcha de soldadura o el soplete de corte, el oscilador dispone de un brazo articulado con el que se puede colocar la boquilla en la posición adecuada al tipo de trabajo a realizar. El conjunto se desplaza por unos railes con cremallera, y dis 328 pone de un sistema que permite emplazarlo en cualquier punto del raíl, o moverlo libremente para colocarlo en su sitio. En la fig. 9 se puede ver la unidad integrada con los siguientes controles y elementos de regulación: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. Control de velocidad de oscilación Control de amplitud a la izquierda Control de amplitud a la derecha Selector del modo de oscilación Selector del ancho de la oscilación Palanca de desenganche Control de velocidad de avance del tractor Control de sentido de avance del tractor Botón de parada Fusible Contador digital Interruptor de soldeo Selector del modo de velocidad (horizontal o longitudinal) Botón de puesta en marcha Luz piloto Raíl Portaguía Guía en ángulo recto Fijación de pistola articulada Fijación del cable Los raíles en su mayoría se adaptan a la superficie a trabajar mediante ¡manes, o ventosas en el caso de materiales no ferromagnéticos. Según la superficie, los raíles pueden ser rígidos o flexibles, siendo estos últimos los más apropiados para el trabajo de piezas circulares. 329 Las modalidades de trabajo más frecuentes en estos conjuntos son: - Avance - Avance - Avance - Avance continuo del tractor con oscilación. del tractor cuando retenemos en los extremos. del tractor cuando cruzamos el baño de fusión. continuo del tractor sin oscilación. Además de los raíles con formas convencionales, existen raíles para usos espe ciales, que siguen la geometría de la pieza a trabajar. Este es el caso de los raíles cir culares, empleados para el corte automático de bridas. El proceso de corte puede ser por plasma u oxicorte, sin tener que variar para nada el conjunto. A los equipos osciladores se les puede adaptar perfectamente cualquiera de los elementos de control para mejorar el nivel de calidad. Así pues, existen conjun tos osciladores que incorporan el control automático de altura del arco. En la figura 10 se pueden ver aplicaciones de los osciladores, en corte por plasma de piezas cilindricas, corte mecanizado de una viga BOI y corte en tándem del ala de una viga. Existen diver sas piezas y útiles para la adaptación de estos equipos a procedimientos de corte por plasma y oxicorte para reali zar trabajos de corte de perfiles, tuberías, calderas, etc. 330 6. ROBOTS DE SOLDADURA 6.1. Introducción La investigación tecnológica siempre va encaminada a dotar a las máquinas de versatilidad para dar respuesta a las necesidades de la industria, reduciendo tiempos y costos. Con la aparición del robot se dió un gran paso, ya que satisfacía plenamente muchas exigencias no resuel tas con anterioridad. Mientras que los oscilado res realizan trabajos sobre un plano, el robot se mueve en tres dimensiones, y se adapta a casi todas las necesidades, pasando rápidamente de un trabajo a otro. Con una progra mación adecuada a cada traba jo, el robot repite un programa tantas veces como sea necesa rio. El tiempo que se ahorra es realmente importante, ya que se evitan los tiempos de las operaciones previas de puesta en marcha y se aumenta consi derablemente la velocidad del trabajo. Los robots requieren un trabajo de programación muy detallado, estudiando los reco rridos, tiempos, pasadas, etc., así como una buena prepara ción de piezas, por lo que son rentables en las soldaduras o cortes que se repiten para muchas piezas. 6.2. Tipos de robots La clasificación principal de los robots se hace atendiendo al tipo de movimiento de que esté dotado, y a las coordenadas en que trabaje. Según esto, se pueden distin guir tres tipos básicos: movimiento en coordenadas cartesianas, movimiento en coor denadas polares, y movimiento en coordenadas cilindricas. 1. - Movimiento en coordenadas cartesianas: los tres ejes base se mueven descri biendo un cubo que se sitúa a un lado del robot. 2. - Movimiento en coordenadas polares: los movimientos de los ejes los eje cuta un brazo articulado que crea un espacio de trabajo alrededor del ro bot. 3. - Movimiento en coordenadas cilindricas: hay dos ejes lineales que trabajan en coordenadas cartesianas y un eje circular según el sistema de coordenadas polares. Se dota así al robot de una zona de trabajo cilindrica concéntrica al eje Z. 331 La elección del robot debe hacerse en función del trabajo o aplicaciones que se le demande. En operaciones de soldadura al arco, la experiencia ha demostrado que el robot de brazo articulado (movimiento en coordenadas polares) es el que obtiene los mejores resultados, con una gran versatilidad. 6.3. Características del robot de soldadura Las principales características del robot de soldadura son las siguientes: 332 1. - No se da variación en la repetición de los movimientos de la pistola, que tiene una tolerancia de 0'2 mm. Esto es debido a que se usan rodamientos de preci sión y codificadores ópticos de gran resolución. 2. - El reglaje de los parámetros de soldadura se efectúa desde el banco de pro gramación, pudiéndose corregir si fuera necesario durante las pruebas. 3. - Permite la programación de los movimientos, pudiendo elegir entre la modali dad punto a punto y la continua, siendo esta última muy importante en la sol dadura ya que permite seguir contornos geométricos con una simple progra mación. 4. - Cuando se redacta el programa, se debe incluir el ángulo de inclinación de la pistola, así como la amplitud y la frecuencia de las oscilaciones en el caso de cordones oscilados. 5. - Un robot de soldadura actual es capaz de hacer un seguimiento de la junta, corrigiendo la posición real de la pistola en relación a lo programado. El mejor sistema de seguimiento de juntas es aquel en que el mismo arco proporciona los datos necesarios para la corrección. El sistema debe estar dotado de diver sas variantes para salvar los problemas que se puedan presentar por cambios en la junta. 6. - El robot lleva un control permanente de los parámetros de soldadura, lo cual es indispensable para la obtención de soldaduras sin defectos. Cuando alguno de los parámetros se excede de la tolerancia preestablecida, se produce un aviso sonoro y óptico, el robot se debe parar y una impresora proporciona la prueba escrita de la situación y la causa de la parada. 6.4. Equipo de control En los robots modernos, todos los módulos de mando están dispuestos en el mismo armario, para que no haya necesidad de añadir elementos de interfase separa dos. Generalmente, la unidad central, los procesadores y los módulos de interfase ocupan la parte superior del armario. En la parte central se encuentran los equipos de introducción y visualización de datos, como también el registrador correspondiente. En la parte inferior del armario se disponen los servoamplificadores de los motores de los ejes. Todo el cerebro del sistema se encuentra en el equipo de control: circuitos impre sos con tarjetas para módulos con funciones independientes, como pueden ser com putador, registrador, servosistemas, etc. Dependiendo de la capacidad de memoria del robot, éste puede almacenar un número determinado de programas. Los progra mas que no se usen frecuentemente se pueden grabar en cintas o discos adecuados mediante la unidad de grabación. A través del computador central controlamos el proceso de soldadura de la siguiente forma: - Selección del programa. - Inicios y paradas de soldadura. - Extracción de humos y limpieza de la boquilla. En caso de que falle la corriente de soldeo o el flujo del gas protector, el sistema se para automáticamente. 6.5. Programación La programación del robot se lleva a cabo por el computador de control. Se basa en una lista lógica del orden adecuado que debe seguir el robot para efectuar el traba jo. Los datos más corrientes que se le suelen dar son: localizar un punto, soldar, mover la pistola hasta otra posición, mover la pieza, etc. 333 La pistola de soldadura utiliza la pieza de trabajo como plantilla para moverse de un punto a otro. En cada posición de datos de soldadura se deben señalar los puntos de inicio y fin de soldeo, la velocidad, y el movimiento programado del posi cionador. 6.6. Componentes externos al robot Al referirnos a soldadura por robot, se piensa que es el robot el que hace todo por sí solo, pero el uso exclusivo del equipo de soldadura y el robot pueden no ser suficientes. Esto ocurre cuando por ejemplo la posición de la pieza debe cambiar durante la operación de soldeo por alguna causa, o bien cuando es el mismo robot quien debe cambiar su posición para adaptar su radio de acción a las dimensiones de la pieza. Existen dos soluciones posibles que satisfacen estas exigencias: 1. - Utilizar mesas giratorias e inclinables. 2. - Utilizar carros longitudinales que tengan el recorrido en función de las dimen siones de la pieza. El elemento más significativo cuando se habla de soldadura por robot es el posicionador, del cual dependerá en gran cuantía la productividad del sistema. Los movimientos del posicionador son programables y muy exactos, lo que pro porciona la correcta manipulación de la pieza a trabajar. Según el tipo de posicionador variarán los diseños de los movimientos. Las unidades más pesadas operan según el principio de estación dual, lo cual significa que el sistema maneja al menos dos piezas de trabajo a la vez, así mientras el robot está soldando una pieza, el operario puede estar preparando la siguiente. 334 Si las piezas de trabajo son pequeñas, se puede aumentar la velocidad de pro ducción apretando varias piezas al mismo posicionador, lo que también hará que el posicionador aumente su estabilidad y precisión, ya que la pieza gira alrededor de su propio centro de gravedad. El robot se fija generalmente sobre el mismo bastidor base que el posicionador, garantizándose la distancia a la pieza. El posicionador mantiene la pieza de trabajo fija y en un ángulo correcto durante el proceso de soldadura. La programación del posicionador se lleva a cabo mediante un panel de control independiente. Durante la operación de soldadura, los movimientos se controlan des de el computador central. 6.7. Generador de corriente Para que las ventajas del robot sean explotadas convenientemente en una opera ción de soldadura, es necesario que la fuente de corriente posea las siguientes carac terísticas: 1. - Que pueda regularse progresivamente, y que por medio de unidad de mando manual pueda programarse para toda la gama de tensión e intensidad. 2. - Que pueda regularse la velocidad de acercamiento del hilo, y atenuar la corriente de soldadura para reducir las gotas que se forman en el extremo del hilo, consiguiendo un mejor cebado del arco. 335 Capítulo 20 SEGURIDAD EN LOS TRABAJOS DE SOLDADURA Y CORTE 1. - INTRODUCCION La seguridad juega un papel muy importante en la elaboración de los trabajos de corte y soldadura, ya que las fuentes de energía que se usan, gases y electricidad, por sus propias características entrañan riesgos de explosión, incendio, descargas eléctricas, etc., en su almacenamiento y manejo y al realizar trabajos con ellos se producen humos, gases, radiaciones, etc., que pueden afectar a la salud, incluso a la vida de las personas. Asimismo son importantes los riesgos derivados del uso de la llama o arco eléc trico al efectuar trabajos en zonas u objetos que contengan líquidos o gases inflama bles, ya que se puede iniciar una explosión o incendio. Existen normas y reglamentos de obligado cumplimiento, tanto como para las ins talaciones eléctricas y de gas, así como para la fabricación y uso de botellas y recipien tes de envasado de gas. Cumpliendo estas normas, siguiendo las instrucciones de uso de los fabricantes de gases y equipos de trabajo y programando los trabajos de manera que la seguridad sea prioritaria, se evitarán gran parte de los accidentes laborales. En este capítulo se exponen las normas generales de seguridad, ya que en los capítulos referentes a los principales procedimientos de corte y soldadura se han expuesto los mecanismos y normas de seguridad específicas para ellos. 2. - USO Y ALMACENAMIENTO DE GASES Hay que tomar una serie de medidas tanto en el almacenamiento de los gases como en su uso: * Antes de usar los gases es necesario comprobar la existencia de medidas de seguridad y sobre todo del material adecuado para contraincendios. * Mantener las botellas alejadas de la zona de trabajo, de las altas temperaturas o de cualquier fuente de ignición. * Cortar al menos a tres metros de las botellas. * Almacenar las botellas de gas en posición vertical y separar las llenas de las vacías. * Los gases comprimidos deben ser manipulados sólo por personas con experiencia. 337 * Utilizar un carrito para transportar las botellas y nunca usarlas como soportes o rodillos. * Usar agua con jabón para detectar las fugas de gas en instalaciones, mangue ras y acoplamientos. * Almacenar las botellas que contienen gases incompatibles en lugares inde pendientes. * Evitar el almacenamiento cercano a productos corrosivos o inflamables. * No dejar caer las botellas ni permitir su golpeo con otras. * No ponerse frente a la salida de una válvula en el momento de abrirla. * No trasvasar gases de una botella a otra. * No emplear cuerdas ni sistemas magnéticos para levantar las botellas. * No exponer las botellas a la acción prolongada de los rayos de sol. * No usar aceites ni grasas en las instalaciones de oxígeno, puesto que arden en presencia de éste. * No usar las botellas de oxigeno para quitar el polvo de las ropas o para refres carse. * No elevar una botella por el tapón o protección. * No usar llamas ni fumar en áreas próximas al almacén de botellas. * En soldadura eléctrica, no debe ponerse en contacto el portaelectrodo o la pin za de masa con la pared de las botellas, ni cebar el arco con ella. 338 3. HUMOS Y GASES PRODUCIDOS Los humos y gas se pueden originar por: 1) La composición del material base. 2) El electrodo y su revestimiento. 3) El estado de la unión soldada. 4) La volatización de metales y gases producidos al cortarlos. Para la extracción de los humos se necesita una buena ventilación que garantice la renovación del aire, sobre todo en los espacios reducidos y ésto se presenta al sol dar metales con componentes volátiles que pueden llegar a ser tóxicos. Los humos contienen vapores nitrosos por la presencia de nitrógeno y oxígeno en el aire y que pueden producir lesiones sobre todo al soldar calderas, tuberías, pos tes, depósitos, etc, por lo que hay que seguir las siguientes instrucciones: * Colocar una adecuada ventilación en la zona de soldadura. 339 * Evitar soldaduras sobre materiales galvanizados sin la suficiente ventilación. * El cinc, el bronce, el cobre, el mercurio, el cadmio, etc, producen, al cortarse o soldarse, vapores que son causa de envenenamiento, confusión mental, vómi tos, etc, lo mismo sucede cuando se trabaja en un local donde existe dicloroetileno, por lo que en estos casos se hace imprescindible un buen extractor en el punto de trabajo y mascarillas con filtros adecuados para cada caso. * No se debe seguir trabajando si al soldar se produce una irritación de los ojos, nariz o garganta. En este caso se tiene que solicitar una rápida asistencia médica. * Cualquier máquina eléctrica usada en corte o soldadura deberá tener las siguientes protecciones en el cuadro eléctrico: a) Interruptor diferencial: protege a las personas de las derivaciones a masa. b) Magnetotérmicos: evitan los sobrecalentamientos de los circuitos eléctri cos. c) Interruptores automáticos. d) Puesta a tierra de la máquina y del cuadro eléctrico. Las características de estos elementos se describen en el tema de electricidad. * 4. Se han tratado específicamente los peligros que produce el corte por plasma así como las medidas de seguridad en el tema del corte por plasma. ELECTRICIDAD Las características de la electricidad obligan a tomar en consideración importan tes medidas de seguridad por ser ésta muy peligrosa, máxime a la hora de manipular equipos de soldadura y líneas eléctricas. La electricidad puede ocasionar diferentes tipos de accidentes, que pueden ir desde accidentes leves a accidentes mortales. Algunas de las formas en que se mani fiestan los accidentes producidos por la electricidad son: - Muerte aparente - Accidente sin signos de lesión, que se presentan al cabo de un tiempo. - Diferentes lesiones y quemaduras La única manera de evitar los accidentes derivados de la electricidad es seguir las siguientes instrucciones: * Evitar el contacto de la electricidad con la piel. * Mantener el portaelectrodos correctamente aislado y limpiamente conserva do. * Desconectar el equipo si se interrumpe el trabajo de soldadura evitando así una descarga accidental de corriente, un sobrecalentamiento y riesgo de incendio. * Mantener seco el equipo de trabajo (ropa, cables, zona de trabajo, etc). * El cable de masa debe estar conectado muy cerca de la pieza de trabajo evi tando que la corriente de soldadura pueda atravesar cables de grúas, vías de conducción, etc. 340 * Si es necesario se puede instalar un relé de seguridad para reducir la tensión en vacío a la mitad. Como medidas a tomar frente a un accidente por descarga eléctrica sufrido por alguno de los trabajadores, la primera es, obviamente, cortar la corriente eléctrica, o (si no fuera posible) separar a la víctima, empleando siempre para ello algún material aislante que evite el contacto directo con el accidentado. Si después de cortada la corriente la víctima no ha perdido el conocimiento, y respira con normalidad, se le llevará al botiquín a la mayor brevedad posible; si el accidentado está inconsciente y su respiración es muy débil o inexistente, se le reali zará la respiración artificial a la espera de la llegada de los servicios médicos corres pondientes. 5. EL ARCO ELECTRICO El arco eléctrico en la soldadura se considera como un conductor gaseoso en el cual se producen cambios de energía eléctrica en calor. Por otra parte es una fuente de calor utilizada en diversos procesos de soldadura por dos razones fundamentales: a) Facilidad de control a través de medios eléctricos. b) Proporciona altas densidades de calor. El arco eléctrico puede causar una descarga eléctrica y quemaduras ocasionando de esa forma una violenta reacción e incluso la muerte. Los rayos infrarrojos y ultravioleta que se producen en la soldadura de arco tie nen efectos semejantes a los rayos solares. Si se mira un arco eléctrico sin la adecuada protección, se produce el deslumbra miento que se puede detectar hasta unas siete horas más tarde. Uno de las síntomas del deslumbramiento es la irritación de los ojos, la cual se puede aliviar con medica mentos si es leve, pero si es severa, se debe consultar a un oculista. Para evitar los problemas que puede causar el arco, hay que seguir las siguientes reglas: * Evitar la soldadura en lugares húmedos manteniendo bien secas las manos y las ropas puesto que la humedad sobre el cuerpo puede originar descargas eléctricas. * Utilizar ropa de color oscuro porque la de color claro reflejará el arco. * Usar guantes y ropa adecuada cuando se maneje el equipo. * Desconectar el interruptor general una vez finalizados los trabajos de soldadu ra. * En caso de necesidad, la máquina ha de estar equipada con un interruptor general próximo al lugar de trabajo, de manera que se pueda cortar rápida mente la corriente. * Las conexiones flojas o partes mal aisladas del portaelectrodos o la pinza de masa producen calentamientos del circuito. * No se debe cebar el arco cerca de personas no protegidas visualmente, ni en zonas donde pueden acumularse gases, ni en botellas a presión. * No se debe usar la máquina con conexiones deficientes ni sobrecargar los cables. * No se deben hacer reparaciones en el equipo mientras se encuentre conecta do a la red. 341 6- EQUIPOS DE PROTECCION Al realizar cualquier trabajo de corte o soldadura se desprenden radiaciones ultravioletas e infrarrojas que son peligrosas para la vista, y proyecciones que pueden producir serias quemaduras; en consecuencia se deben utilizar ropas y protecciones adecuadas, como por ejemplo: - Chaquetas. - Delantales. - Manguitos de cuero para hacer posible la protección de los brazos contra las chispas. - Guantes hechos con piel curtida al cromo. Los hay con mucho espesor para soldar con arcos muy calientes y finos para poder manejarse como los de TIG. - Polainas para evitar que entren chispas en los zapatos. Estas ropas deben ser resistentes a la llama asegurando una protección adecua da para soldar con arco ó cortar. Se usan también caretas o cascos pro tectores. Las caretas se hacen de un mate rial aislante fuerte y deben ser de poco peso. Existen caretas especiales para la sol dadura TIG que permiten ver la zona al rededor del arco. Otras caretas llevan incorporados un sistema de impulsión de aire fresco. El casco movible es el más adecua do ya que tiene la parte delantera movi ble, permitiendo al operario levantarlo cuando está soldando. Con este casco se puede controlar todo el trabajo sin necesidad de quitárselo. En algunas posiciones de soldadura, como la vertical o bajo techo, es necesario usar polainas y manguitos porque las chispas, proyecciones y gotas de escoria des prendidas pueden provocar molestias y quemaduras que tal vez serían muy peligro sas al no usar el equipo protector. Otro aspecto a considerar es el estado de humedad de las ropas y elementos de trabajo que pueden en algún caso facilitar el paso de derivaciones de la corriente eléc trica. Las cortinas se emplean para separar un lugar de trabajo de otro o para evitar el peligro de deslumbramiento para las personas que pasen ó trabajen cerca. Para la protección de la vista se utilizan cristales inactínicos que filtran los rayos del arco perjudiciales para la vista. Estos cristales suelen estar cortados a la medida de las caretas y llevan delante un cristal normal o un plástico del mismo tamaño y que protegen de las proyecciones y que se sustituye cuando la visión es escasa. Los cristales vienen clasificados con un número según la luminosidad del arco con el que se va a trabajar. Suelen ir clasificados por la norma UNE, DIN o por la nor ma AWS. 342 Las normas UNE que regulan los cristales son la UNE 43156 y la 14701. Operación de soldadura o corte Medida del electrodo mm Número del color Soldadura con arco protegido 1,5-3,9 4,7-6,5 7,9-9,5 10 12 14 - 12 11 Soldadura con gas y arco de tungsteno Ferrosos No ferrosos Soldadura con gas y arco de metal Ferrosos No ferrosos - 12 11 - 10-14 - 14 - 3-4 4-5 5-6 1,5-3,9 Soldadura con hidrógeno atómico • Soldadura con arco de carbón Corte con oxígeno delgado hasta 25mm Mediano 25 a 150mm Grueso, más de 150mm Algunas caretas llevan una célula fotoeléctrica que detecta la intensidad de la luz del arco y oscurece el cristal el grado necesario para que no molesten ni dañen la vis ta. En el proceso de limpiado de escorias se suelen usar la piqueta y el cepillo. La escoria del cordón no se debe quitar en caliente pues existe el riesgo de proyecciones 343 al ser picada; es por ello que se deben usar gafas con protecciones laterales. Este tipo de protección debe ser empleado también en el desbastado y esmerilado. Para el encendido del soplete se usarán como norma de seguridad chisperos, bien eléctricos o de piedra, que estarán provistos de un mango largo ignífugo que proteja la mano de la llama. - TRABAJOS REALIZADOS EN ZONAS INFLAMABLES O MAL VENTILADAS 7. Cuando se realizan trabajos de reparaciones en calderas, tanques, depósitos, bodegas de almacén de grano, etc., existe el riesgo de acumulación de gases explosi vos mezclados con aire en todo el espacio; o bien pueden quedar bolsas de gas de mayor o menor densidad de aire depositados en el suelo o en el techo de estos espa cios, así como en zonas en que se está pintando y los vapores de los disolventes se encuentran en alta proporción en el aire. Se han originado muchos incendios y explo siones al realizar trabajos de corte o de soldadura ya que estos producen el efecto de detonadores o iniciadores del fuego, por lo que habrá que tomar precauciones para detectar los gases y ventilar adecuadamente todo el local antes de los trabajos. Otro caso de peligro por gases, tiene lugar cuando se acumulan gases tóxicos o simplemente que por su densidad han desplazado el oxígeno y que pueden producir la asfixia del soldador. Cuando se reparan depósitos o tuberías de combustible o transporte de gases, se debe tener la seguridad absoluta de que están cargados y desgasificados y no se deben soldar ni cortar bridas u otros elementos que estén unidos a ellas sin estas medidas. 8. MEDIDAS CONTRA INCENDIOS Los gases y las proyecciones del arco eléctrico pueden causar graves incendios si entran en contacto con materiales combustibles, por lo que para prevenir este riesgo será necesario adoptar las siguientes medidas: * Los locales en los que se realicen los trabajos deben contar con instalaciones contra incendio como bocas e hidratantes de incendio, columna seca, extintores móvi les o sistemas fijos de extinción, de acuerdo con las normas U.N.E.23-400 y U.N.E.23091. * Antes de empezar los trabajos es preciso asegurarse de la existencia de un plan de emergencia y evacuación y de que es conocido por las personas que van a trabajar en los locales. * Los extintores móviles deben de ser de polvo polivalente para la extinción de fuegos en presencia de tensión eléctrica hasta 1.000 V. y de polvo convencional y espuma para la extinción de fuego de gases, debiendo de estar accesibles y señaliza dos de acuerdo con la norma U.N.E.23-010. En el caso de incendio en las botellas de gases se deben seguir las siguientes normas: *Trasladar las botellas, si es posible, al aire libre cuando la llama no sea abierta y la temperatura no esté aumentando progresivamente. 344 * Rociar las botellas con abundante agua desde un lugar resguardado en el caso de que estas no se puedan sacar del local y el fuego sea de difícil extinción. * Si la llama es abierta, no mover las botellas y cerrar rápidamente las válvulas. * Avisar al suministrador. 345 Capítulo 21 PRODUCTIVIDAD Y COSTES DE SOLDADURA 1. CONCEPTO DE LA PRODUCTIVIDAD EN LA SOLDADURA 1.1. Introducción Hoy en día lo que se pretende en los distintos procesos de soldadura es reducir al máximo los diferentes costes que intervienen en la misma; es por eso que se utili zan diversos métodos para conseguir que los costes sean mínimos y así aumentar la productividad, siendo ésta la relación entre el valor del resultado de los trabajos de soldadura y los costes necesarios para su realización. 1.2. Costes de la soldadura Entre los diferentes costes podríamos distinguir los siguientes: -Costes de la mano de obra: estos costes se basan en el tiempo necesario para efectuar todos los pasos requeridos durante la fabricación de un conjunto sol dado. Podíamos nombrar los tiempos de trabajo, los salarios, los gastos gene rales de la Factoría, etc. -Costes de los consumibles de soldadura: son los costes de los materiales que se consumen durante el proceso, tales como electrodo, flux, gases de protec ción, etc. - Coste de la energía consumida por la soldadura. - Amortización de los equipos o máquinas de soldar. 1.3. Medida de la productividad Se puede llevar a cabo la medida de la productividad por medio de dos métodos diferentes: a) Midiendo la productividad en Kg/horas-hombre. En este caso sólo intervienen los tiempos de fusión, para medir el rendimiento de un procedimiento deter minado. La fórmula es la siguiente: N- de Kg de metal depositado en el tiempo rendimiento = ----------------------------------------------------------------N2 de horas-hombre en el mismo tiempo 347 b) También se puede obtener en ptas/Kg de metal depositado. Este procedimien to se utiliza cuando queremos saber la rentabilidad real de un procedimiento de soldadura de una forma completa. Su fórmula es: coste mano de obra coste consumible rendimiento = ------------------------------- + ------------------------------- + kg.m.d kg.m.d coste de energía coste amortización máq. + ------------------------------- + ---------------------------------------kg.m.d kg.m.d =pts/kg.m.d. Normalmente en la Industria la productividad de los trabajos correspondiente a las distintas fases de construcción se mide en horas-hombre/ igual tiempo de acero elaborado. Aunque la soldadura es un proceso de trabajo más de la construcción, la productividad de la soldadura no debemos medirla en horas-hombre/ igual tiempo, puesto que no existe proporcionalidad entre los kg. de m.d. y los espesores de las planchas y por tanto puede ocurrir que con una menor productividad real en los traba jos de soldadura, midamos sin embargo una cantidad menor de horas-hombre/ igual tiempo, que nos indicará una mayor productividad por el sólo hecho de trabajar con espesores mayores. 1.4. Métodos para determinar los costes de soldadura 1.4.1. Factor de operación. Es el porcentaje del tiempo de arco real durante un tiempo establecido. Cuanto mayor sea el factor de operación mayor será la cantidad de metal de soldadura depo sitado, y más elevado el rendimiento de la operación de soldadura. Por lo tanto, el fac tor de operación es un parámetro que debe ser lo más alto posible. Un factor de operación es mayor si se utilizan posicionadores y accesorios, así como procesos de soldadura semiautomática o automática en los que el soldador no efectúa tareas como retirada de escoria y cambios de electrodo. El factor de operación real depende del tipo y dimensiones de la soldadura, su posición, utillaje empleados, situación de la soldadura, y otras condiciones operato rias. Puede resultar económico proporcionar al soldador un ayudante que le prepare el trabajo. 1.4.2. Costes de la mano de obra. Será el precio hora que se paga al trabajador. A veces también se paga al trabaja dor por número de piezas producidas. Los costes de la mano de obra, por soldadura manual o mecanizada, pueden expresarse como coste por unidad de longitud de soldadura. En las uniones de pasada única el coste de la mano de obra viene dado por la fórmula: 1 M0= --------------60 CS x --------------VT x FO MO: coste mano de obra (pts/metro) CS: coste soldador (pts/hora) VT: velocidad trabajo FO: Factor operación 348 En las uniones de pasada múltiple: CS x MD MO = -----------------VD x FO MD: metal depositado (kg/metro) VD: Velocidad de deposición (kg/horas) 1.4.3. Costes de los materiales Los datos normalizados de los costes de los metales de aportación se basan en la cantidad de metal depositado por unidad de longitud de soldadura, o por unidad fabri cada en el caso de conjuntos pequeños. El peso del metal depositado por unidad de longitud es: MD = Ax D A: area de la sección transversal en cm D: densidad de metal depositado en Kg/cm3 El peso del metal de aporte requerido por unidad de longitud de soldadura depende del rendimiento de deposición. Su expresión viene dada por la siguiente ecuación: CA = MD/RD CA: consumo de material de aportación en Kg/minuto RD: rendimiento de deposición Para determinar el coste del metal de aportación consumido durante la ejecución de una soldadura, la cantidad del metal depositado debe reflejar el rendimiento de deposición. Los rendimientos de deposición tienen en cuenta las pérdidas por las pun tas de los electrodos, escorias, vaporización en el arco y salpicaduras. El coste de los metales de aportación puede determinarse por la siguiente fórmu la: MA = PAxCA MA: coste de metal de aportación en pts/mt PA: precio de material de aportación en pts/kg 2. AUMENTO DE LA PRODUCTIVIDAD EN LA SOLDADURA MAG, MIG Y TIG 2.1. Factores que influyen sobre la productividad en la soldadura semiautomàtica. Podremos distinguir los siguientes: a) Intensidad máxima admisible o densidad de corriente máxima admisible. Estos valores son elevados en la soldadura semiautomàtica y se consiguen rendimientos de fusión altos. El coeficiente de fusión aumenta con la soldadura semiautomàtica un 45% res pecto a la soldadura manual, debido a la mayor densidad de corriente. b) Cadencia de trabajo. Es la relación entre el tiempo total de fusión y el tiem po total del trabajo de soldadura en %. Con la soldadura semiautomàtica se obtienen las siguientes ventajas: - Electrodo continuo. - No produce escoria. - Disminución de los movimientos en la posición de soldeo. 349 - Desaparición de los tiempos muertos para cambios de electrodos y limpieza de escoria. - Disminución del número de cebado. - Disminución de la fatiga del soldador. Con la soldadura semiautomàtica se obtiene una mayor cadencia de trabajo que con otros métodos manuales. c) Preparación de los chaflanes. En la soldadura semiautomàtica se reducen los costes de soldadura ya que se emplean elevadas densidades de corriente que permiten reducir los ángulos de las preparaciones. d) Tipos de gas de protección. Con el gas CO2 puro se reducen los gastos de soldadura, dado que se consigue un mayor rendimiento de fusión y mayor penetración que con otros gases. e) Tipo de fuentes de corriente. Con fuentes de corriente de arco pulsado es posible aumentar la productividad en la soldadura de uniones en posición, pero este procedimiento es económico sólo para materiales no férricos. f) Tipo de electrodo. Si se utilizan varillas tubulares, se aumenta la intensidad admisible para soldar en posición horizontal. Se obtiene un arco pulverizado, con pérdidas por chisporroteo muy escasas. Sin embargo, para determinar qué tipo de electrodo es más económico, si el continuo o varilla tubular, hay que estudiar cada caso en concreto. 2.2. Aumento de la productividad con la soldadura semiautomàtica bajo CO2 en un Astillero, con la utilización de la técnica vertical descendente. Esta técnica puede aplicarse con satisfacción en construcción naval por las siguientes razones: a) Permite la aplicación de la técnica del arco corto, con la cual se consigue un proceso de soldadura de fácil manejo con un mínimo de proyecciones y un excelente control del baño de fusión soldando en posición vertical. b) Se consigue aumentar la superficie de cubiertas soldadas, sin los problemas que causan las condiciones meteorológicas. Con esta técnica se pueden aumentar el rendimiento de fusión (hasta en un 150%), la velocidad de soldeo y la penetración. Todo ésto se consigue si el soldador tiene una formación adecuada, ya que de lo contrario es fácil que se produzca una fal ta de fusión. 2.3. Aumento de la productividad de la soldadura semiautomàtica con la reducción de los tiempos auxiliares. En la soldadura semiautomàtica es difícil reducir el peso de los equipos. Por lo tanto, si queremos reducir los tiempos auxiliares, debemos aumentar la longitud entre el soldador y la bobina de electrodo; de esta manera se mejora la movilidad del solda dor y se reducen las limitaciones del radio de acción. Otra forma de reducir los tiempos auxiliares es que el trabajo se acerque al sol dador y no al contrario. Esto se hace por medio de un conjunto de vigas-pórticos, o semipórticos, sobre las que se cuelgan las cajas portabobinas de forma que éstas y las pistolas puedan desplazarse, y elevarse o descender por medio del control remoto que maneja el soldador. Para eliminar los tiempos auxiliares del resanado del cordón de raíz y el volteo de la pieza, se utiliza el procedimiento de soldadura por una sola cara con soportes cerámicos. 350 2.4. Cálculo del coste de un kg de metal depositado en la soldadura semiau tomàtica. Para el cálculo del kg de metal depositado en la soldadura semiautomàtica debe mos tener en cuenta los siguientes costes: a) Costes derivados de la cadencia de trabajo. Son aquellos que corresponden con los tiempos específicos, y complementarios a los tiempos de fusión, de las máquinas semiautomáticas. Para calcular el coste de estos tiempos empleare mos la siguiente fórmula: PTE = TE x CE TE: tiempos específicos durante la fusión de un kg. de m.d. CE: costes de los electrodos b) Los costes derivados de los tiempos de fusión. Para el cálculo del coste de tiempo de fusión por kg de m.d. emplearemos la fórmula: pts/horas presencia pts/kg fundido = ---------------------------------------------------------------------------F.U.horas fusión/horas presencia X kg/horas fusión c) Costes derivados de precios y consumo de electrodos. Consideramos que el coste del electrodo sería: CE = PE/0.95 Siendo PE el precio de un kg de electrodo. d) Costes derivados de precios y consumos de los gases. El coste de los gases se calcula teniendo en cuenta su consumo, pero éste varía con las condiciones cli matológicas y el tipo de unión. Consideramos que el coste del CO2 por kg de m. d. será: CG = 0,30 PG Siendo PG el precio del gas e) Los costes derivados de precio y consumos de materiales desgastables del equipo de soldadura. En el precio de los materiales del equipo de la soldadura semiautomàtica hay que tener en cuenta fundamentalmente las boquillas. Para el cálculo del coste del kg. de m. d. se aplica la siguiente fórmula: PCB = PBxCB CB = consumo de boquilla por kg. de m. d. PB = precio de una boquilla. f) Los costes derivados de la amortización de los equipos. El cálculo del coste de la amortización del equipo de soldadura se realizará por la fórmula: CA = PM/HA x 1/RF PM = precio de la máquina completa. HA = horas de trabajo estimadas como vida media del equipo completo. RF = rendimiento de fusión. g) Los costes derivados del precio y consumo de la energía. El cálculo de la ener gía se hará de acuerdo con la fórmula: Vx I CE =-------------------------------------- x CK rendimiento x 1000 x RF V = tensión. I = Intensidad. CK = precio en kw/hora 351 rend = rendimiento eléctrico del rectificador. h) Los costes derivados del servicio de mantenimiento. Para calcularlo por kg. de m. d. se aplicará la fórmula: CS = 0,04 x PM/N Siendo N el ns de años 3. REDUCCION DE LOS COSTES DE SOLDADURA EN CONSTRUCCION NAVAL 3.1. Introducción En la Industria Naval, si actuamos sobre los tiempos de soldadura manual, esta remos actuando sobre el 80% del coste total de todos los procedimientos usados en un astillero, por lo que es muy importante reducir costes en soldadura para la mejora de la productividad en los astilleros. 3.2. Aumento de la productividad en la soldadura en el proyecto del buque Durante el proyecto del buque, se puede facilitar y reducir el trabajo de soldadu ra, ya que se realiza la definición de las dimensiones de las planchas, la definición del número y posición de los refuerzos internos, la definición del tipo y distribución de las uniones, etc. Todos estos factores influyen de forma importante sobre la cubicación total de uniones, la utilización de nuevos procedimientos de soldadura, las deformaciones pro ducidas al soldar las uniones, etc, de manera que todo se traduce en un aumento o dis minución del coste del metal aportado de soldadura y coste total de la mano de obra. 3.3. Aumento de la productividad de la soldadura con la reducción de los tiempos auxiliares En los trabajos de astilleros el 70% del tiempo total son tiempos auxiliares, de forma que si conseguimos reducir estos tiempos aumentaremos la productividad. Los tiempos auxiliares son aquellos que por diversas causas no son empleados directamente en los trabajos propios de soldadura. Podemos clasificarlos en: Tiempos Tiempos Tiempos Tiempos Tiempos de preparación del personal de traslado de espera de corregido de trabajo vacíos perdidos por el personal Una vez realizado el análisis general de los tiempos auxiliares y sus posibles actuaciones, hay que definir el plan de acción para conseguir una reducción de los cos tes de la estructura soldada tomando como base la reducción de los tiempos auxiliares. El plan de acción para seleccionar las actuaciones más eficaces sería el siguiente: 1Q Analizar las causas que producen los tiempos auxiliares. 2- Medir la importancia de estos tiempos, comparándolos con otras factorías. 32 Representar gráficamente el sistema formado por todas las posibles actuacio nes que reduzcan los tiempos auxiliares. 4S Estimar los límites de variación de los tiempos auxiliares. 5° Seleccionar los puntos de actuación prioritarios de acuerdo con su importan cia y los recursos disponibles. 6e Utilizar el modelo para estudiar la compatibilidad entre todas las actuaciones 352 seleccionadas, de acuerdo con el objetivo general de reducir los costes de sol dadura del buque. 7a Mejorar el sistema de actuaciones. 8a Realizar los programas para la consecución de las actuaciones seleccionadas. Una vez definido el plan de acción pasaremos a su puesta en marcha de la forma más eficaz, con las siguientes fases: 1a Selección del personal más apropiado. 2a Elaboración de un libro de normas sobre las actuaciones que es necesario introducir. 3a Elaboración de un Cuaderno Didáctico para la explicación clara de dichas nor mas, al personal al que va dirigido. 4a Formación didáctica de los monitores, que han de introducir y explicar las nuevas normas de trabajo de las actuaciones seleccionadas. 5a Cursillos de formación técnica y de mentalización tomando como base los Cuadernos Didácticos. 6a Control de seguimiento de las normas de trabajo, y coloquios periódicos de continuidad y perfeccionamiento con todo el personal relacionado con las nuevas actuaciones. 3.4. Aumento de la productividad con la reducción de los tiempos específi cos de soldadura. Los tiempos específicos de soldadura son aquellos que están ligados con los pro cedimientos de soldadura. Los podemos dividir en: a) Tiempos de fusión, que dependen de la intensidad de corriente, del diáme tro del electrodo, del revestimiento del electrodo y de los gases de protección. b) Tiempos complementarios a los tiempos de fusión, tales como cambio de la máquina de una unión a otra, limpieza de la unión de óxidos y grasas, lim piezas de las salpicaduras en las boquillas, picado de la escoria, etc. La forma más eficaz para reducir los tiempos específicos de soldadura es elegir el procedimiento más adecuado para cada aplicación por medio de un análisis de las variables que intervienen en el proceso (variables de aplicación) y nos definen las características principales del tipo y lugar de trabajo en donde se aplicará el procedi miento de soldadura más adecuado. Estas variables son: - Longitud de las uniones. - Posiciones de las uniones a tope y en ángulo. - Espesor de las planchas. - Accesibilidad al lugar. - Protección meteorológica. - Frecuencia de uniones similares. -Tolerancias máximas que se pueden conseguir en la preparación de uniones. - Tipo de acero. Por medio de cada una de estas variables de selección, mediremos cuantitativa mente cuál es el procedimiento más económico para cada aplicación concreta. Las dividiremos en: - Coste de un kg de metal depositado. Costes derivados de la calidad de la soldadura. Costes derivados del suministro de consumibles. Costes derivados del funcionamiento de las máquinas. 353 Capítulo 22 INSPECCION DE CONSTRUCCIONES SOLDADAS 1. - INTRODUCCION El objetivo fundamental a cubrir por la inspección de Construcciones Soldadas en el desarrollo de sus funciones es el de comprobar que las uniones soldadas de una construcción y que los trabajos de soldadura realizados, cumplen con las especifica ciones previas contenidas en la documentación proyectual, normas, códigos, etc... que afecten a dichos trabajos; tanto los de orden particular como los de ámbito general. Para cumplir sus funciones con la solvencia mínima exigible, los Inspectores y Verificadores de Construcciones Soldadas, contarán con una formación que abarque desde el diseño, proyecto, normativa, materiales y sus características, métodos opera torios de soldadura, hasta calificación de los soldadores, pruebas y ensayos posterio res y eficiencia suficiente en la emisión de informes y dictámenes referentes a los tra bajos que se trata de analizar. Cada empresa establecerá un procedimiento general de inspección propio y otro particular para cada trabajo concreto, que desarrollará con la aprobación del cliente y ajustándose a las normas nacionales o internacionales fijadas por ambos. 2. - LAS FUNCIONES DE LA INSPECCION DE CONSTRUCCIONES SOLDADAS Independientemente de la organización específica de cada empresa, la inspec ción deberá abordar como mínimo las siguientes tareas en un procedimiento de ins pección: 1- Establecer las especificaciones y comprobar la calificación de los procedi mientos de soldadura 2- Comprobar la calificación de los soldadores y operadores de máquinas 3. - Comprobar los materiales base y de aportación 4. - Comprobar los equipos de soldadura 5- Comprobar que las piezas y los conjuntos soldados cumplen lo especificado 355 6. Realizar y comprobar ensayos no destructivos 7- Ejecutar la trazabilidad y comprobar el corte y mecanizado de probetas 8.- Realizar y comprobar ensayos mecánicos 9- Establecer criterios de aceptación 10 - Elaborar informes y completar la documentación final 11- Establecer y realizar pruebas de producción 12 - Establecer las responsabilidades de cada actividad de este procedimiento 3. - ESPECIFICACIONES DE LOS PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA Un procedimiento de soldadura es el conjunto de materiales, métodos de solda dura, condiciones operatorias, posiciones y a veces máquinas y herramientas que se emplean en la soldadura de una unión. El diseño y calificación de un procedimiento consiste en comprobar que una unión soldada (de las mismas características de las que se harán durante la fabrica ción) cumple con los requisitos de calidad fijados en las especificaciones, norma o código aplicables. Esta comprobación se realiza mediante ensayos. El mejor procedi miento será el que se produzca a un menor coste cumpliendo con las exigencias de calidad. Para una unión se pueden preparar varios procedimientos de soldadura, todos ellos cumpliendo con las exigencias de calidad de la unión soldada; para elegir uno de ellos se tendrán en cuenta factores como su coste, el tiempo empleado en producción, las mejores características mecánicas obtenidas y otras variables. Antes de comenzar los trabajos de soldadura, las empresas realizan un estudio preliminar de las especificaciones del proyecto, planos y requerimientos de la solda dura. Al mismo tiempo definen las características de: - Procesos de soldadura a emplear - Preparación de bordes - Consumibles a usar Sobre esta base, la oficina técnica preparará la especificación del procedimiento de soldadura (W.P.S.) y el registro de WPS de acuerdo con los requerimientos del con trato. En el WPS se registra toda la información relacionada con el procedimiento a calificar, las variables esenciales y no esenciales y toda información adicional que establezca la especificación, norma o código aplicable. El WPS será enviado al cliente para su aceptación o modificación; una vez aceptado, se procede a su calificación. 4. - CALIFICACION DE LOS SOLDADORES Y OPERADORES DE MAQUINAS Se realizarán pruebas de homologación y calificación de soldadores y operado res de máquinas que se llevarán a cabo basándose en un WPS calificado, en ellas se soldarán probetas del mismo tipo de material del trabajo y en la posición o posiciones indicadas en los códigos. Estas pruebas son tan importantes que se han desarrollado normas específicas para su ejecución. La normativa UNE contiene varias normas relativas a los exámenes y calificación de operarios soldadores como la UNE 14042 para exámenes de soldado 356 res en tubos de acero para oleoductos, gaseoductos o similares, o la UNE 14010 para exámenes de soldadores por arco eléctrico en estructura de acero. Más adelante se presentan traducidas las especificaciones del código ASME para el control y calificación de soldadores así como las pruebas de homologación, las posiciones de soldadura, los ensayos requeridos, y los certificados que se expiden. Estos certificados se designan con las siglas WPQ (Welding Operator Qualification Test). Las pruebas serán realizadas por la empresa u otros organismos aceptados por el cliente, siendo misión de la inspección exigir los certificados de calificación de los soldadores y operadores de máquinas o la renovación de un certificado de un solda dor cuando se tengan dudas razonables sobre la validez o vigencia de su cualificación. 5. - MATERIALES BASE Y DE APORTACION El material base a usar en el procedimiento de soldadura estará de acuerdo con los requerimientos del WPS en cuanto a calidad, grado y dimensiones. Los materiales se clasificarán por grupos como aceros al carbono, aceros inoxidables, al cromo, etc ... de forma que al efectuar la homologación de un material el soldador quede homolo gado para los diferentes materiales del mismo grupo. Todos los consumibles de soldadura estarán perfectamente documentados y se establecerá un procedimiento para fijar las normas de su almacenamiento, tratamien to y manejo. 6. - EQUIPOS DE SOLDADURA Todas las máquinas de soldadura y equipos de inspección usados durante la cali ficación del procedimiento de soldadura y su uso en producción serán los apropiados para los procesos establecidos y se calibrarán periódicamente de acuerdo con un Pro cedimiento de Calibración de Equipos establecido previamente. 7. - PIEZAS Y/O CONJUNTOS SOLDADOS Durante todo el proceso de soldeo la inspección verificará que se cumple que: 7.1. Sólo se emplean procedimientos de soldadura apropiados y calificados. Los inspectores de soldadura registrarán los datos de amperaje, voltaje, tipo de corriente, entrada de calor, temperatura de precalentamiento, temperatura entre pasadas, según el tipo de consumible y el nombre y número del soldador. 7.2. Las preparaciones de bordes son adecuadas para el procedimiento de soldadura y para los planos aplicables, para lo cual se prepararán las secuencias de corte y croquis, de acuerdo con un procedimiento de control de materiales siguiendo la preparación de bordes y las dimensiones dadas en cada WPS. En la secuencia de corte se indicará la dirección de laminación de las chapas. 7.3. Los precalentamientos y tratamientos térmicos posteriores a la soldadura son los previstos de acuerdo con un procedimiento de tratamientos térmicos establecido. 7.4. Los métodos operatorios empleados en la soldadura se aplican correctamente, siguiendo las secuencias de soldeo para distribución de calor aportado, las posi ciones de soldadura y los parámetros registrados durante la calificación del pro cedimiento. 357 7.5. Las dimensiones y formas de las uniones soldadas coinciden con las indicadas en los planos, comprobando cuando los paneles o bloques están montados y con los puentes soldados, antes de comenzar a soldar, que el marcado, montaje y preparación de bordes son los indicados en el WPS. 8. - ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS De acuerdo con los procedimientos de inspección incluidos en un Plan de Cali dad se realizarán los ensayos no destructivos preparando informes e indicando en los mismos el resultado de la inspección. Estos ensayos los pueden realizar directamente los inspectores o encargarlos a empresas especializadas. Son la herramienta funda mental de la Inspección de Obra Soldada, ya que permiten certificar la ausencia de defectos sin necesidad de destruir o dañar la unión soldada. En este libro se dedica un capítulo a cada uno de los ensayos no destructivos y otro a los tipos de defectos que se producen en soldadura y la forma de localizarlos con estos métodos. 9. - TRAZABILIDAD, CORTE Y MECANIZADO DE PROBETAS Cuando se cortan las probetas y antes de proceder a su mecanización se marca rán con el número del proyecto y del WPS. Las marcas se mantendrán siempre en la misma cara aunque se mecanicen las probetas. Todas las probetas se mecanizarán según las dimensiones indicadas en las especificaciones o códigos aplicables en cada proyecto, determinando exactamente la posición de soldadura atacándolas con ácido nítrico en alcohol etílico. Las probetas se deben cortar en máquinas con refrigeración de agua para evitar su calentamiento durante el proceso de corte. 10. - ENSAYOS MECANICOS Se realizarán ensayos mecánicos sobre las probetas, de tracción, plegados, impacto, dureza, macro y fotomacro, de CTOD, análisis químico, determinación de ferrita, ensayos de corrosión, etc... de acuerdo con las especificaciones del cliente o de los códigos aplicables a cada trabajo. Las máquinas y equipos usados para realizar ensayos mecánicos tendrán certifi cados de calibración emitidos por una entidad independiente aceptada por el cliente y/o por el Ministerio de Industria. De los resultados de los ensayos mecánicos se emitirán informes para su acepta ción e inclusión en la documentación final del procedimiento. La aceptación de estos ensayos se hará de acuerdo con los criterios y valores acordados con el cliente o según el código aplicable. 11. - ELABORACION DE INFORMES Y DOCUMENTACION FINAL La inspección reunirá los informes emitidos por los organismos correspondien tes de los apartados anteriores así como sus propios informes de inspección en una documentación final que incluirá los certificados de calidad del material base y de los consumibles usados y los informes de ensayos no destructivos y mecánicos relacio nándolos en un índice de documentos. Una relación aconsejable de documentos sería la siguiente: 358 INDICE DE DOCUMENTOS Datos del procedimiento - Procedimiento de soldadura n-: - P.Q.R.(Homologación del procedimiento de soldadura) nQ: - Posición: Documentos 1.- W.P.S. 2- Hoja de corte 3 - Certificado de material 4- Certificado de consumibles 5 - P.Q.R. (Homologación del procedimiento de soldadura) 6 - Ensayos no destructivos: Inspección visual Antes de soldar Después de soldar Inspección por ultrasonidos después de soldar Inspección por partículas Magnéticas después de soldar Inspección radiográfica - Ensayos mecánicos: 7. Foto-macro Dureza Tracción y alargamiento Impacto C.T.O.D. 8 - Otros ensayos 12. - PRUEBAS DE PRODUCCION Según las especificaciones aceptadas se establecerán el número de pruebas de producción que serán preparadas con el mismo material base y consumibles del tra bajo y en las mismas condiciones del soldeo de la obra en construcción. A estas prue bas se les aplicarán ensayos no destructivos antes y después de soldar, así como ensayos mecánicos, emitiéndose informes de los resultados. 13. - ESTABLECIMIENTO DE LAS RESPONSABILIDADES DE CADA ACTIVIDAD DE UN PROCEDIMIENTO La empresa constructora hará una relación de las principales actividades de un procedimiento, estableciendo claramente quién es el responsable de cada una de ellas con objeto de optimizar la organización del trabajo y facilitar la posterior investigación de posibles errores en su realización. 359 Así, por ejemplo, los ingenieros de proyecto serían responsables del diseño y cál culo de las uniones soldadas, de la preparación de secuencias de corte y soldadura, de la asignación de pruebas de producción, etc... Los ingenieros de soldadura serían responsables de los aspectos principales del proceso de soldadura, de la revisión de los WPS, de la documentación final de WPS, etc...Los ayudantes de ingeniero serían responsables de la elaboración de WPS, de la trazabilidad y mecanizado de las probe tas, y los inspectores serían responsables de los registros de datos de soldadura, del mantenimiento de registros WPS, de la inspección visual, de la realización o control de certificación de ensayos no destructivos, etc... Cada empresa establece su procedimiento de asignación de responsabilidades de acuerdo con su organización del trabajo. 14. - LA NECESIDAD DE LA INSPECCION Los medios y procedimientos dirigidos a garantizar unos umbrales mínimos de calidad en las construcciones soldadas, a través del control y la verificación, son el objeto de la inspección. En la actualidad el grado de generalización de las labores de inspección es tal, que puede asegurarse que no existe un proceso productivo que carezca de ellas. La necesidad de la inspección y la importancia de la misma residen en los reque rimientos de certeza absoluta de seguridad y, por tanto, de solvente realización de los trabajos cuyo fallo en multitud de casos acarrearía consecuencias de una magnitud incalculable. Es el caso de las construcciones soldadas destinadas a la aviación, nave gación, ferrocarril, plantas energéticas, plantas industriales, estructuras metálicas en edificación, etc... 15. - INSPECCION Y VERIFICACION DE CONSTRUCCIONES SOLDADAS Se contemplan dos niveles dentro de la Inspección y que han definido las figuras del Inspector y del Verificador de Construcciones Soldadas: 1) Los Inspectores de Construcciones Soldadas son los que deberán tener cono cimiento de dos o más de los siguientes apartados: Diseño y cálculo de unio nes soldadas; preparación de procedimientos de soldaduras y calificación de los mismos; estudio e implantación de procesos de soldadura y sus aplicacio nes; elección, control y manejo de los materiales de aportación. Sus funciones serán: a) Interpretar especificaciones y códigos, preparar procedimientos de inspec ción, desarrollar programas de calidad, revisar y evaluar procedimientos de soldadura. b) Asegurar que los ensayos destructivos y no destructivos, así como cual quier otro tipo de examen han sido efectuados en la medida establecida por los documentos contractuales, llevados a cabo por personal cualificado y que los resultados han sido debidamente registrados. 2) Los Verificadores de Construcciones Soldadas: deberán tener conocimientos de dos o más de los siguientes apartados: Seguimiento o verificación de las calificaciones de los procedimientos de soldadura; seguimiento o verificación de las calificaciones de los soldadores y operadores de máquinas; manejo y control de los materiales de aportación; seguimiento o comprobación de las inspecciones requeridas en construcciones soldadas. 360 Sus funciones serán: a) Verificar que los materiales base y de aporte especificados se utilizan en condiciones adecuadas. b) Verificar que las preparaciones de bordes y las uniones punteadas cumplen los requisitos de diseño y de los procedimientos de soldadura aplicables. c) Verificar que solo se emplean procedimientos de soldadura calificados. d) Conocer que el equipo utilizado es el adecuado para el trabajo a desarrollar y trabaja en condiciones seguras. e) Examinar y evaluar las uniones soldadas siguiendo un procedimiento de inspección establecido. f) Examinar y verificar el producto final según las normas, códigos, especifi caciones y planos aplicables. 16. NORMAS QUE REGULAN LA CALIFICACION Y VERIFICACION DE LAS CONSTRUCCIONES SOLDADAS Las normas más usuales son: * UNE 14-618-87 * AWS QC1 - 84 de la American Welding Society * W 178.2 - 82 de la Canadian Standards Association y concuerda con lo establecido en la ICS - 1/86 de ADESOL 361 Capítulo 23 CALIFICACION STANDARD PARA SOLDADORES OPERACIONES DE SOLDEO Y PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA SEGUN EL CODIGO A.S.M.E. 1. INTRODUCCION En toda construcción metálica, el cálculo de uniones está basado en que las pro piedades mecánicas de la unión resultante sean lo más parecidas posibles y como mínimo ¡guales a las de los materiales a unir. Por esta razón, el fabricante o contratista deberá establecer los procedimientos de soldadura más ¡dóneos así como los requisitos establecidos en el contrato. Un procedimiento de soldadura se puede definir como el conjunto de los mate riales, métodos, prácticas y en algunos casos herramientas, a emplear en la soldadura de una unión particular. El motivo de la realización de una calificación es el de comprobar por medio de una serie de ensayos sobre la unión soldada que, siguiendo determinados paráme tros, se obtendrán uniones soldadas que cumplan con los requisitos de calidad exigi dos en las especificaciones. Este capítulo va dirigido principalmente a aquellas personas que por su profesión se ven en la necesidad de hacer uso de la sección IX del código ASME. Para ello se harán unos comentarios generales acerca de las especificaciones de procedimientos de soldadura W.P.S.(Welding Procedure Specifications), su calificación P.Q.R.(Proce dure Qualification Record) y homologación de soldadores W.P.Q. (Welder Procedure Qualification). El WPS es la especificación técnica del procedimiento de soldadura destinada a la realización de soldaduras conforme a lo requerido en el trabajo. 363 Un PQR es un documento que contiene las pruebas de aceptación de la soldabilidad realizada de acuerdo con las variables descritas en un WPS. Un WPQ tiene como fin el probar la habilidad de soldadores u operadores de máquinas para efectuar soldaduras de calidad. WPS Concierne a: Destinado a: Describe: Debe: Cómo soldar Servir de guía al soldador u operador de máquina Los rangos aceptables para los parámetros Ser soportado por uno o varios PQR Concierne a: Destinado a: Describe: Propiedades mecánicas Contener y demostrar pruebas de soldabi 1 ¡dad Parámetros usados para realizar la probeta de ensayo y resultado de las pruebas Dar pruebas de soldabilidad para un conjunto de variables estables PQR Debe: WPQ Concierne a: Destinado a: Describe: Debe: Depositar metales de soldadura de calidad Probar la habilidad de un soldador Las variables empleadas en la calificación y el resultado de las pruebas Calificar soldadores u operadores de máquinas por soldadu ra de una prueba usando los parámetros de un WPS ya califi cado Antes del comienzo de la fabricación, y siguiendo las instrucciones de las especi ficaciones de contrato, se establecen los procedimientos de soldadura a emplear en la obra en colaboración con la oficina técnica y producción. La oficina técnica facilita la relación de los distintos tipos de materiales así como los diámetros y espesores. Producción por su parte facilita la secuencia de fabricación y los procesos de soldadura que considera más ¡dóneos para la ejecución de la obra. Una vez conocidos estos datos y las limitaciones impuestas en las especificaciones de fabricación, el departamento de ingeniería de soldadura diseñará y preparará los dis tintos WPS los cuales tras su calificación y aprobación serán empleados en las distin tas fases de fabricación. 2. VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA CALIFICACION DEL PROCEDI MIENTO DE SOLDADURA En el diseño de los procedimientos de soldadura se recogen una serie de parámetros que son las variables que intervienen en la calificación del procedi miento. Estas variables pueden ser clasificadas en: - Variables esenciales -Variables no esenciales Variables esenciales son aquellas en que si se produce un cambio en algunas de ellas, estamos obligados a preparar un nuevo WPS y volver a calificar el procedi miento de soldadura. 364 Variables no esenciales son aquellas en que si se produce un cambio en algu nas de ellas, sólo debemos reflejarlo en el WPS, pero no es necesario la recalificacion del procedimiento de soldadura. En algunos códigos, como por ejemplo el código ASME IX, además de las variables indicadas, se recogen otra serie de variables esenciales suplementarias, que son aquellas que se aplican cuando en la calificación del procedimiento de sol dadura se requiere algún tipo de ensayo especial como por ejemplo ensayo de im pacto. 3. ESPECIFICACIONES DE UN PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS) En este documento cada fabricante deberá indicar las variables esenciales y no esenciales y los parámetros que considere oportunos para soldar correctamen te los elementos a unir y construidos de acuerdo con el código ASME. El WPS expresará con detalle los metales de aporte a emplear, los valores de precalenta miento y postcalentamiento, tratamientos térmicos, gamas de espesores, técnica a ser usada y otras variables esenciales en la sección IX para cada proceso especifi co. La finalidad del WPS es ofrecer al soldador los datos que él necesita para soldar de acuerdo con la sección IX del código y debe estar disponible tanto para soldadores como para inspectores. El WPS, aparte de contener las variables esenciales, no esenciales, y esenciales suplementarias, puede asimismo ofrecer cualquier otra información adicional que contribuya a una mejor orientación para el soldador. Cada WPS tendrá una identificación única. 3.1. Composición de un WPS - Datos generales. - Nombre único asignado a cada WPS. Fecha en la que fue preparado el WPS. Número de PQR que soporta el WPS (Cada PQR tendrá un único número). Firmado del responsable asignado a tal fin. Ne de la revisión del WPS. Fecha en que ha sido revisado el WPS. Proceso de soldadura empleado (SMAW, SAW, etc.). Tipo de proceso (Automático, semiautomático). - Juntas. -Tipo de preparaciones o de juntas que pueden ser usadas por este WPS (Tope, V, etc.). - Se indicará si el WPS está calificado para soldar con o sin placa de respaldo. -Tipo de material de respaldo para el que el WPS ha sido calificado (Acero, cobre, etc.). - Métodos de las preparaciones de bordes aceptables para usar con este WPS (Oxicorte, mecanizado,etc.). -Se mostrará un detalle de unión típico aceptable para soldar con este WPS. - Metal base. - Se listarán las combinaciones de N2P y grupos cubiertos por este WPS. - Rango de espesores cubiertos. 365 - Rango de tubería. - Cualquier otra consideración que pueda ayudar o aclarar estos parámetros de metal base. - Metales de aportación. - N2 F (Ver tabla QW-432). N2 A (Ver tabla QW-442). N2 de la especificación ASME ll-C. N2 A de la clasificación AWS. Rango de diámetro de electrodo o varilla que pueden ser usados con WPS. Clasificación del par varilla flux. Marca comercial del flux. Indicar si el WPS ha sido calificado para el uso de consumibles insertos y en este caso dar detalles de composición del citado consumible. - Posición - Posición del cordón en la garganta cubierto por este WPS (Ej.2G, 6G, etc.). - Progresión de soldeo (Si es vertical, indicar ascendente o descendente). - Posición de los cordones en ángulo cubiertos por este WPS (Ej. 2F, 3F, etc.). - Precalentamiento - Rango de precalentamiento cubierto por el WPS. Deben indicarse espesores y temperaturas. - Rango de temperatura entre pasadas. - Rango del mantenimiento del precalentamiento. - Cualquier otra información que ayude o complete lo expuesto (Ej. método usado). -Tratamiento térmico post-soldeo - Rango de temperatura del tratamiento cubierta por este WPS. - Rango de tiempo de permanencia cubierto por esta especificación. - Otros (Ej. velocidad de subida y bajada de la temperatura, temperatura máxi ma, etc.). - Gas Indicar el tipo de gas de protección. Composición en % del gas o mezcla de gases. Rango del caudal del gas de protección. Indicar si se emplea gas de respaldo o de purga y en caso afirmativo expresar el tipo de gas(es) y su(s) composición(es). - Indicar si se usa gas de arrastre y en caso afirmativo expresar el tipo. - - Características eléctricas Tipo de corriente. Tipo de polaridad empleada. Gama de amperaje. Gama de voltaje. Diámetro y tipo de electrodo de tungsteno. Método de transferencia del metal GMAW (Ej. arco corto, arco spray, etc.). Rango de alimentación de la varilla fusible. Tabla resumen de parámetros. Listar cada pasada que pueda contener variación de parámetros (Ej. pasada de raíz, pasada de relleno,etc.). - Expresar los procesos usados para este WPS: GTAW, SMAW, SAW, etc. - Clasificación AWS. - 366 - Diámetro a ser usado con este WPS. Tipo de polaridad. Rango de amperaje permitido para cada diámetro. Rango de voltaje permitido para cada diámetro. Rango de velocidad para cada diámetro. Energía máxima puesta en juego permitida. Julios/Cm=( Int x Volt x 60)/V. -Técnica operatoria - Indicar el tipo de técnica(s) cubierta(s) por este WPS. Pasada recta u oscilan te. - Rango de tamaño de la boquilla de salida del gas. - Indicar los tipos de limpieza requeridos y/o permitidos (Cepillado, esmerilado, etc.). - Método requerido para sanear la raíz (Arco aire, esmerilado, etc.). - Oscilación. Indicar rango de los parámetros cubiertos por este WPS (frecuen cia, tiempo de parada en los extremos, etc.) - Rango de distancia entre la boquilla de salida y la pieza. - Indicar si las pasadas son múltiples o simples por cada lado a soldar. - Expresar si se suelda con electrodo simple o múltiple. - Rango de velocidad de avance cubierto por este WPS. - Indicar si se requieren métodos de martilleado para batir la soldadura. - Pueden indicarse otras técnicas,notas o comentarios, tales como el ángulo de inclinación de la torcha, etc. Nota: todos estos puntos son los que formarían un formato de WPS completo o teórico. A veces, en la práctica, nos encontraremos con formatos de WPS que tendrán más o menos (normalmente menos) apartados de los anterior mente relacionados. El motivo es únicamente por exigencia del cliente. 3.2. Ensayos no destructivos Una vez soldado el panel preparado para la calificación del procedimiento de sol dadura, y antes de los ensayos mecánicos, la probeta será sometida a una serie de ensayos que fundamentalmente son los siguientes: - Inspección visual. Partículas magnéticas. Ultrasonidos. Radiografías. Líquidos penetrantes. Es fundamental la realización de todos ellos, ya que aisladamente no podrían garantizarnos que la unión esta libre de defectos. 3.3. Ensayos destructivos Se realizan una vez que se han pasado los ensayos no destructivos.Fundamental mente son: - Tracción transversal. -Tracción longitudinal sobre material aportado. - Plegado. - Resilencia. - Macro\dureza. -C.T.O.D. - Nick break. 367 QW-482 Welding Procedure Specification (WPS) QW-482 Especificación del Procedimiento - Company Name Nombre de la Empresa - Date Fecha - Welding Procedure Specification N9 Especificación del Proced. de Sold. N9 - Supporting PQR N9 Soporta el PQR N9 - Welding Process -Type Procedimiento de Sold. Tipo (Manual Automática, Semiatumatica) - Base metal - Joints Metal base Juntas - Groove desing Diseño de los bordes - P.N9 To P.N9 N9 P (Tab. 422) a N9 P (tab. 422) - Backing Respaldo - Thickness range Rango de espesores - Other Otras - Other Otras - Position - Filler Metal Metal de aportación Posición - F N! N2 F (Tab. 432) - Other Otro - Position of groove Posición de los bordes -AN9 N2 A (Tab. 442) - Other Otro - Welding progression Sentido de la soldadura - Spec. N2 (SFA.SFB) N2 de la Especif. (Tab. 432) - Other Otros - AWS N2 N2 de la Clasif (Tab. 432 - Preheat Precalentamiento - Size of electrode Diámetro del electrodo - Preheat temp. Temp, de precalentamiento - Size of Filler Diámetro del metal de aportación - Interpass temp. Temp, entre pasadas - Flux composition Composición del flux - Preheat maintenance Mant. del precalentamiento - Particle size Diámetro de la partícula - Other Otras - Electrode flux composition Compo. del flux del electrodo - Postwead heat treatment Postratamiento Térmico - Consumable insert Consumible añadido - Temperature Temperatura - Other Otros - Time range Rango de tiempo - Other Otras 368 - Gas Gas - - Shielding Gas de protección - Current Corriente - Percent composition % de composición - Amps Amperaje - Flow rate Caudal - Travel speed Velocidad de avance - Gas backing Gas de respaldo - Other Otros Electrical Characteristics Características eléctricas - Polarity Polaridad - Volts Voltaje - Trailing shielding gas composition Composición del gas de purga - Other Otros - Technique Técnica - Sketch Dibujo - String or weave bead Pasada recta con oscilación - Orifice or gas cup size Tamaño del orificio de salida de gas - Initial & Interpass cleaning (Brushing, Crinding...) Limpieza entre pasadas (Cepillado, esmerilado...) - Method of back gouging Método para sanear la raíz - Oscilation Oscilación - Contact tube to work distance Distancia entre boquilla y pieza - Multipass or single Pasadas simples o multiples - Single or multiple electrode Electrodo simple o múltiple - Other Otros 4. HOMOLOGACION DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (POR) 4.1. Definición de PQR Durante la calificación del procedimiento de soldadura, aunque se intente seguir el WPS propuesto lo más ajustadamente posible, la mayoría de las veces se modifican algunos parámetros, los cuales hay que reflejar en otro documento al que llamamos P.Q.R. y que será el que se envíe a producción, una vez aprobado, para que todas las uniones soldadas que se hagan aplicando este procedimiento,se ajusten a los rangos que se acuerdan en cada variable. 369 El PQR es el compendio de documentos finales donde se recogen todas las varia bles que han intervenido durante la calificación del procedimiento de soldadura, así como los ensayos destructivos y no destructivos. Cada fabricante o contratista deberá calificar sus WPS soldando un material base definido y ensayando las probetas requeridas por la sección IX, registrándose los datos de soldeo utilizados y los resultados de los ensayos en un documento llamado "registro de la calificación del procedimiento, PQR". En este documento estarán reflejadas las variables esenciales del proceso o proce sos utilizados y los resultados de los ensayos, que serán certificados por el fabricante o contratista y estarán dispuestos para ser examinados por el inspector. Deberá indicarse en el PQR la identificación de las WPS que lo soportan, incluida la fecha y revisión. Este PQR listará las variables utilizadas en una gama de valores y puede incluirse toda gama de información adicional que pueda ser considerada de utilidad. La finalidad de un PQR es probar la fiabilidad de un conjunto de variables esta blecidas previamente en un WPS. Solamente son consideradas esenciales aquellas variables que puedan tener efecto en las propiedades químicas o mecánicas: así, por ejemplo, cuando se realiza un ensayo sobre tubería o sobre chapa con el mismo mate rial base y el mismo material de aportación, y se obtienen ¡guales características mecánicas o químicas, se considera que la tubería calificará a la chapa si todas las demás variables permanecen constantes. Asimismo, las propiedades mínimas del metal depositado son también las mis mas en una calificación efectuada en posición horizontal, vertical, cornisa o techo. La posición no es una variable esencial en una calificación de procedimiento, excepto cuando se requieren ensayos de impacto. En este caso la posición vertical ascendente, por ser la más desfavorable, califica todas las posiciones. El número de identificación del PQR debe ser indicado en el WPS correspondien te. Se pueden hacer varios WPS distintos y estar soportados por el mismo PQR; por ejemplo, un PQR calificado en 1G en chapa sin requisitos de impactos puede soportar varias especificaciones de procedimientos WPS emitidas en 2G, 3F, o 5G, permane ciendo constante el resto de las variables. Asimismo se puede escribir un solo WPS, que cubra varios cambios de variable esenciales en tanto se hayan hecho tantos PQR por cada variable esencial; por ejem plo: un simple WPS puede cubrir una gama de espesores desde 1,6 mm. hasta 38 mm, si se han calificado dos PQR, uno con espesores desde 1,6 hasta 4,7 mm.y otro desde 4,7 mm hasta 38mm. (Esto es aplicable sólo si no hay especificación de resilencia, en cuyo caso sólo es cierto para el doble de espesor de la probeta ensayada). 4.2. Composición de un PQR En esencia el formato de un PQR estará compuesto, además de por los paráme tros que recoge el WPS, por los resultados de los siguientes ensayos: - Ensayo Ensayo Ensayo Ensayo Ensayo Ensayo de de de de de de tracción. tracción al metal depositado. plegado. impacto. dureza. cordón en ángulo. Como ya hemos mencionado estos son los parámetros que aparecerán en un for mato de PQR, que puede estar incrementado por algún otro parámetro más (análisis químico, otros tipos de ensayos,etc.) si lo solicitase el cliente. 370 Procedure Qualification Record (PQR) Registro de calificación de procedimiento Company Name Nombre de la Empresa Procedure Qualification Record No........................ Date........................................ Registro de Calif, de Proced. NQ................................ Fecha..................................... - Joints. Juntas. - Base Metal Metal Base - Material Specification Especificación del material (Tbl.QW-442) - Type or Grade Tipo o Grado (Tbl.QW-442) - P. No. to P. No. Na P. a Ne P. (Tbl.QW-442) - Thickness Espesor - Diametre Diámetro - Other Otros - Groove Design Used Dibujo de la preparación de bordes usada - Filler Metáis Metales de aportación - Position Posición - Position of Groove Posición del Bisel - Weld Progression (Up, Down) Posición de la Sold. (Ascendente o Descendente) - Other Otras - Weld Metal Analysis A No. Análisis del Metal de Sold. NaA (Tbl.QW-422) - Size of Electrode Diámetro del Electrodo - Metal Filler Metal de aportación (Tbl.QW-432) - SFA Specification Na de Especific. (Tbl.QW-432) - AWS Specification Na de Clasific. (Tbl.QW-432) - Other Otros - Preheat Precalentamiento - Preheat Temperature Temperatura de precalentemiento - Interpass Temperature Temperatura entre pasadas - Other Otras - Postweld Heat Treatment Trat. Term. Post-Soldeo - Gas Gas - Type of Gas or Gases Tipo de gas o gases - Composition of Gas Composición del Gas - Other Otros - Temperature Temperatura - Time Tiempo - Other Otras - Electrical Characteristics Caract. Eléctricas - Technique Técnica - Current Corriente - Polarity Polaridad - Amps Volts Amperios Voltios - Travel Speed Velocidad de avance - Other Otros - String or Weave Bead Recta con oscilación - Oscillation Oscilación - Multipass or Singlepass Pasadas multiples o simples - Single or Multielectrode Electrodo simple o múltiple 371 Tensile Tests Ensayos de tracción Specimen No. Width Thickness Area Ancho Espesor Area Ultimate Total Load Ultimate Unit Stress Character of Failure Location Carga de Rotura Tensión de Rotura Carácter de la localización del defecto %Shear %Mild Breadk/ No Break %Rotura Frágil %Rotura Dulce Probeta N2 Guided Bend Tests Ensayos de Plegado Type and Figure No. Tipo y Figura N2 Result Resultado Toughness tests Ensayos de Resistencia Specimen No. Notch Location Type Impact Values Test Temp. Valores Impacto Ensayo de temp. Tipo Probeta N2 Localiza ción entalla 372 Rompe/ No rompe Type of Test Tipo de Ensayo (Se añadirán los ensayos adicionales exigidos por el cliente) Deposit Analysis Análisis del Metal Depositado (Tbl. QW-422) - Other Otros Fillet Weld Test Ensayo de Cordón - Result: Satisfactory (Yes, No) Resultado: Satisfactorio (Sí, No) - Penetration into Parent Metal (Yes, No) Penetración en el metal base (Sí, No) - Type and Character of Failure Tipo y características del defecto - Macro-Result Macro-resultado - Welder's Name Nombre del soldador - Clock No. N9 de Registro - Stamp No. N9 de Sello - Tests Conducted by... Pruebas realizadas por... (nombre del laboratorio) - Laboratory Test No. Ensayo laboratorio n9 - We certify that the statements in this record are correct and that the test welds were prepared,welded and tested in accordance with the requirements of Sec tion IX of the ASME Code. Certificamos que lo contenido en estos registros es correcto y que las soldadu ras han sido preparadas, soldadas y examinadas de acuerdo con los requerimentos de la sección IX del código ASME. - Signed by Manufacturer Firma del fabricante. 373 5. HOMOLOGACION DE SOLDADORES (WPQ) 5.1. Introducción Para garantizar una buena ejecución, es preciso comprobar la habilidad de los soldadores, por lo que es necesario que periódicamente se hagan los ensayos conve nientes para constatarla. Esto se hace imprescindible cuando en una factoría u obra se han de realizar soldaduras de gran responsabilidad, de forma que todos los soldado res que han de intervenir en ella estén garantizados por la calificación obtenida en los ensayos correspondientes con independencia de que posteriormente, y sobre la obra realizada, se efectúen los ensayos no destructivos requeridos por las especificaciones técnicas o por la organización de control de calidad de la obra para garantía de la bue na ejecución de las mismas. Los ensayos deben ser simples, económicos y de rápida ejecución tratando de reproducir las condiciones de ejecución en la obra a la que se destine cada soldador, de forma que siguiendo unas normas establecidas se pueda definir la calificación del mismo. Existen diversas normas que recogen los métodos a seguir para la calificación de soldadores, y dentro de cada una de ellas diversas pruebas según los procesos de sol dadura y posición de soldeo. Normalmente la homologación de soldadores se realiza con los mismos materia les base, consumibles y equipos de soldadura que se emplearan en producción, aun que la mayoría de los códigos permiten calificar a los soldadores con algunos de los materiales base y consumibles contemplados en los mismos siempre que pertenezcan al mismo grupo donde esté clasificado el acero o los consumibles indicados en el correspondiente procedimiento de soldadura con el que se vaya a calificar. Cada fabricante o contratista deberá calificar los soldadores que vayan a interve nir durante la producción de acuerdo con los requisitos del código; la homologación de estos operarios debe realizarse siguiendo un WPS ya calificado. Los ensayos para la calificación del soldador serán registrados en el impreso de calificación. El propósito de una homologación para soldadores manuales es probar su habili dad para depositar soldaduras sin defectos, y para un operador de máquina es deter minar su habilidad para trabajar con la máquina de soldadura. A tal fin se establece que un soldador debe ser recalificado cuando tenga necesidad de introducir una varia ble esencial para la que no había sido calificado. Por ejemplo: posición, espesor, etc., o cuando expire el plazo de su calificación, bien porque hubiese interrumpido su tra bajo más de tres meses (a no ser que suelde con otro proceso de soldeo, en cuyo pla zo se amplia a seis meses), o bien, por último, cuando se dude de su habilidad para realizar soldaduras de calidad. Un soldador homologado en espesor de 19 mm.o más, está calificado, en princi pio, para soldar en espesores desde 4,76 mm.hasta el espesor máximo a soldar, siem pre que ese espesor máximo esté calificado por un WPS aceptado. 5.2. Operadores de soldadura Empezaremos por dar una breve definición de algunos términos empleados para designar a los soldadores. Soldador manual: Es aquel que maneja el electrodo, pinza de soldar o pistola de soldadura a mano. Operador de soldadura: Es aquel que maneja equipos en los que el movimien to del electrodo, pistola o pieza son automáticos. 374 Punteador: Es aquel que realiza cordones de soldadura provisionales, que sólo sirven para sujetar piezas temporalmente, y que no entran a formar parte de la solda dura estructural. La calificación de los soldadores está limitada por una serie de variables, siendo las más importantes (tal como las contemplan los códigos más comúnmente emplea dos), las siguientes: - Materiales: Se clasifican en grupos (acero al carbono, acero inoxidable, al cromo, etc.) de forma que al efectuar la homologación con un determinado material, el sol dador quede homologado para los diferentes materiales del mismo grupo. - Proceso de soldadura: El proceso de soldadura es considerado una variable determinante en la homologación de soldadores, debiendo hacerse una homo logación especial para cada proceso. - Posición de soldadura: La posición de soldadura en que se ha efectuado la prueba de calificación es una variable esencial. No obstante, una prueba en una determinada posición puede calificar al soldador para soldar en otras posicio nes de igual o menor dificultad. Dada la importancia de las diferentes posicio nes de soldadura, se le dedica el apartado siguiente. 5.3. Posiciones de soldadura Las posiciones de las soldaduras se clasifican en horizontal, cornisa, vertical o bajo techo, tal y como se muestra en las figuras 1a y 1b, que reproducen lo especifica do en el código ASME, sección IX. Fia. 1a - . Fiq. 1b * Soldaduras en chapas con preparación de bordes.- Se clasifican en las posiciones del 1G al 4G, en horizontal (1G), cornisa (2G), vertical (3G) y bajo techo (4G) (fig. 2). Fig. 2 375 * Soldaduras en tuberías con preparación de bordes.- Se clasifican en las posi ciones siguientes: en horizontal, rotando el tubo (1G), en cornisa con el tubo fijo (2G), tubo horizontal fijo y rotando el soldador (5G), tubo inclinado a 45a fijo (6G), y tubo a 45a con brida para penetración completa en juntas en T, Y y K (6GR) (fig 3). 376 * Soldaduras en chapas sin preparación de bordes.- Se clasifican en las siguien tes posiciones: en horizontal con la garganta del cordón aproximadamente ver tical (1F), en horizontal en ángulo (2F), en vertical en ángulo (3F), y bajo techo en ángulo (4F) (fig 4). GARGANTA DEL CORDON EJE DE SOLDADURA EJE DE SOLDADURA HORIZONTAL Nota: Una da las planchas debe estar horizontal 2F 1F EJE DE SOLDADURA VERTICAL I Nota: Una de las planchas debe estar horizontal 4F 3F Fig. 4 377 * Soldaduras en tuberías sin preparación de bordes.- Se clasifican en las posicio nes siguientes: en tubo a 45- y rotando (1F), en cornisa con el tubo fijo (2F) y con el tubo rotando (2FR), bajo techo con el tubo fijo (4F), y en posiciones múl tiples con el tubo fijo (5F) (fig. 5). 2FR 2F 5F 4F Fig. 5 378 5.4. Pruebas de homologación La homologación de soldadores y operadores de máquinas se realiza en base a un WPS previamente calificado, y consiste en soldar una o varias probetas con unas características determinadas en cuanto a dimensiones y tipo de material, en la posi ción o posiciones principales indicadas en los códigos aplicables. Al igual que en la calificación de los procedimientos de soldadura, también está limitada por una serie de variables: - Variables esenciales: aquellas que al sufrir alguna modificación exige la recali ficación del soldador. - Variables no esenciales: aquellas que pueden ser modificadas sin que afecte a la calificación del soldador. 5.5. Ensayos requeridos Los soldadores y operadores de máquinas pueden ser calificados por medio de ensayos no destructivos, por ensayos destructivos, y en algunos casos por ambos. Los ensayos no destructivos empleados son los siguientes: - Inspección visual. - Inspección radiográfica. Los ensayos destructivos a que son sometidas las probetas en algunos casos son: - Ensayo de plegado (lateral, cara, raíz). - Ensayo macrográfico. Una vez que el soldador ha pasado satisfactoriamente estas pruebas y ensayos queda automáticamente calificado para soldar con el proceso, materiales y demás variables que se registran en el certificado de calificación que se edita para cada sol dador. 5.6. Certificados de homologación de soldadores En el certificado de homologación de soldadores se recogen una serie de datos y variables como: - Nombre de operario. - Número de identificación. - Proceso de soldadura. - Posición de soldadura. - Procedimiento de soldadura con el que ha sido calificado. - Especificación del material base. - Dimensiones de la probeta. - Material de aportación. Nombre comercial. Clasificación y diámetro. - Resultado de ensayos destructivos y no destructivos. - Código con el que ha sido calificado. - Firma y sello de los organismos que han participado en la calificación del sol dador. El certificado es personal e intransferible, y tiene un tiempo de vigencia, siempre en función de lo indicado en los códigos aplicables. Pasado este tiempo de vigencia, deben ser recalificados para mantener al día su calificación. 379 QW-301 Welding Operator Qualification Test (WPQ) QW-301 Pruebas de Calificación para Soldadores (WPQ) - Check No. N- de control - Welder name Nombre del soldador - Using WPS No. N-del WPS usado - Revision Revisión - Stamp No. Ne de sello - Date Fecha The above welder is quialified for the following range. El soldador mencionado está calificado para soldar en los siguientes rangos. - Record actual valúes Used in qualification Relación de valores usados en la calificación - Qualification Range Rangos de calificación - Variable Variables - Process Procedimiento - Process type Tipo de procedimiento - Backing (Metal, Weld metal, Flux...) Respaldo (Metálico, Metal soldado, Flux...) - Material Spec. ........... To............. Especif. del material A ........ (Tbl 422) - Thickness Espesores - Groove Junta - Fillet Angulo - Diameter Diámetro - Filler metal Metal aportado - Specification No. Na de la especif. (Tbl 422) - Class Clase - F. No. N2 F (Tbl 432) - Deposited weld metal thickness Espesor del metal depositado - Groove Junta - Fillet Angulo 380 - Position Posición - Weld progression Desarrollo de soldadura - Type of gas Tipo de gas - Backing gas Gas de respaldo - Electrical Characteristics Características eléctricas - Current Corriente - Polarity Polaridad Guided bend test results Resultados del ensayo de plegado - Result Resultado - Type and fig No. - Ns de tipo y fig. (Tbl. 462) Radiographic tes results for alternative qualification of groove welds by radiography Resultados del ensayo radiográfico para la calificación alternativa de la junta soldada por radiografía - Radiographic result Resultado radiográfico Fillet weld test result Resultado del ensayo del cordón - Fracture test (Describe the location, nature and size of any crack or tearing of the specimen) Ensayo de fractura (describir la situación, naturaleza y tamaño de cualquier rotura o desga rro de la probeta) - Length and per cent of defects (inches, %) Longitud y porcentajes de defectos (pulgadas, %) - Macro test fusion Macro ensayo de fusion - Appearance. Fillet size Apariencia tamaño del ángulo Convexity or Concavity Convexidad o Concavidad - Test No. N- de ensayo -Test conducted by laboratory... Ensayos realizados por el laboratorio... 381 - We certify that the statement in this record are correct and that the test welds were prepared, welded and tested in accordance with the requirements of sections 1X of the ASME code. Certificamos que lo contenido en este registro es correcto y que los ensayos de sol dadura fueron preparados, soldados y realizados de acuerdo con los requisitos de la sección IX del código ASME. 382 Capítulo 24 DEFECTOLOGIA DE UNIONES SOLDADAS Y SU DETECCION E INTERPRETACION A TRAVES DE LOS DISTINTOS METODOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS 1. DEFECTOS DE LA SOLDADURA. A aquellas anomalías o irregularidades existentes en la unión o junta soldada se les denomina DEFECTOS DE SOLDADURA. Estos defectos pueden ser originados por distintas causas. Entre ellas cabe desta car: - La mala preparación o disposición de las piezas a unir. - La mala ejecución de la soldadura. - La mala soldabilidad del metal base. - La mala elección de los electrodos o del metal de aportación. Los principales defectos que se pueden encontrar en las uniones soldadas son los siguientes: - Fisuras o grietas. - Poros o cavidades. - Inclusiones de escoria. - Falta de fusión y de penetración. - Defectos de forma. - Defectos no incluidos en los grupos anteriores. 1.1. Fisuras Son discontinuidades originadas por una rotura local incompleta debida a dilata ciones y/o contracciones, las cuales provocan tensiones que el metal base no absorbe. Dentro del grupo de las fisuras podemos distinguir: 383 1) Microfisuras, cuando las fisuras tienen dimensiones microscópicas. 2) Fisuras longitudinales, cuando la dirección de las fisuras es paralela a la del eje del cordón de soldadura. 3) Fisuras transversales, cuando la dirección de las fisuras es perpendicular a la del eje del cordon de la soldadura. 384 4) Fisuras radiales, consistentes en fisuras aisladas con un punto de origen en común. 5) Fisuras de cráter, que son las que se originan en un cráter de soldadura pudiendo ser transversales, longitudinales o en estrella. 6) Fisuras discontinuas, o grupo de fisuras discontinuas orientadas de cual quier modo. 385 7) Fisuras ramificadas, o fisuras ligadas entre sí, que a partir de una grieta común se presentan en forma arborescente. Todas estas fisuras pueden producirse en el metal fundido, en la zona térmica mente afectada y en el metal base. Las fisuras longitudinales pueden aparecer también cerca de la zona de unión. Tanto si la soldadura es Manual, como si utilizamos la soldadura Mig-Mag o por arco sumergido, las fisuras pueden producirse por: - Soldar con excesiva intensidad. - Enfriamiento rápido de la unión soldada. - Soldar con la unión muy embridada. - Mala secuencia de soldadura. - Inadecuado e insuficiente material de aportación, material sucio de grasa. base deficiente o Para evitar las fisuras por estas causas es necesario: - Establecer adecuadas secuencias de soldadura y evitar la rigidez. - Precalentamiento de la pieza y disminución de la velocidad de enfriamiento. - Evitar la suciedad en el metal base para que no se produzca hidrógeno en el metal depositado. - Disminuir la velocidad de avance. 1.2. Poros Los poros son cavidades más o menos grandes producidas por inclusiones gase osas. Los poros o sopladuras se dividen en: 386 1) Poros esferoidales, uniformemente repartidos o dispersos por el cordón. 2) Poros vermiculares, cavidades alargadas o tubulares que se producen por escape de gas. Su forma y su posición vienen definidas por el modo de solidi ficación y origen del gas. 387 3) Picadura: pequeño poro que se abre a la superficie. 4) Rechupe: cavidad producida por la contracción del metal al solidificarse. Cuando se produce entre dendritas es denominado "rechupe interdendrítico". Aquel rechupe que es sólo visible al microscopio recibe el nombre de "microrrechupe"; éstos pueden ser también interdendríticos. 5) Rechupe de cráter: cavidad que se produce al final del cordón y que no ha sido eliminada antes de la siguiente pasada. Otros poros a tener en cuenta son los poros localizados, los alineados y los alargados. * Cuando la soldadura es manual los poros son debidos a: - Suciedad en la unión a soldar (pintura,grasa,óxido,etc). - Uso del arco demasiado largo. - Empleo de electrodos mal conservados (húmedos). - Interrupción incorrecta del arco. - Viento excesivo en la zona de trabajo. - Electrodos demasiado calientes. - Material base y de aportación inadecuados. - Mala regulación del gas de protección. * En la soldadura Mig-Mag los poros se producen por las siguientes causas: - Insuficiente CO2 de protección. - Presencia de corrientes de aire. - Obturación de la boquilla. - Distancia excesiva entre la boquilla y la pieza. - Metal base sucio o húmedo. Su prevención consiste en: 388 - Aumentar la cantidad de gas de protección. - Evitar soldar en zonas con corrientes de aire. - Limpieza frecuente de la boquilla y uso de sillcona para evitar proyecciones. - Disminución de la distancia entre la pieza y la boquilla. - Limpieza del metal base antes de soldar. * En la soldadura por Arco Sumergido los poros se producen por: - Suciedad del metal base o humedad del mismo. - Humedad del Flux o impurezas. - Arco visible. - Suciedad de la varilla. - Defectuosa técnica de trabajo. - Falta de penetración. Para evitar que se produzcan, es necesario: - Limpiar el metal base antes de soldar. - Secar el Flux antes de soldar, almacenarlo en lugar seco y recogerlo con recuperador, no mediante barrido. - Regulación del Flux de modo que el arco quede cubierto; la cantidad del mismo ha de ser suficiente y la distancia entre la boquilla y el metal base debe estar entre 20 y 40mm. - Limpieza de la varilla o si es necesario cambio de la misma. - Reducción de la tensión del arco y de la velocidad de la soldadura, trabajar con las intensidades adecuadas y conexión de la varilla al polo positivo. 1.3. Inclusiones sólidas Las inclusiones sólidas son residuos sólidos que han quedado aprisionados en el metal fundido. 389 Entre las inclusiones sólidas tenemos: 1) Inclusión de escoria: consiste en residuos del revestimiento del electrodo fun dido que han solidificado en el metal fundido 2) Inclusión de flux: residuos de flux que han sido aprisionados al soldar. Pueden estar alineados, ser aislados o presentarse de cualquier manera. 3) Inclusiones de óxido: el óxido metálico queda aprisionado en el metal fundido al solidificarse éste. 4) Capa de óxido: son películas de óxido que se han producido por falta de pro tección y que han quedado aprisionadas de forma estratificada debido a las turbulencias del baño de fusión. 5) Inclusiones metálicas:partículas de metal extrañas atrapadas por el metal fun dido. En la soldadura Manual las inclusiones sólidas se producen por: - Soldar con baja intensidad. - Poco entrehierro o bisel de la unión. - Arco excesivamente largo. - Balanceo inadecuado del electrodo. - Falta de limpieza de la escoria en soldadura de varias pasadas. - Inclinación incorrecta del electrodo. - Mala distribución de los cordones. * En la soldadura Mig-Mag son debidas a: - Uso de corrientes con poca intensidad. - Posición de cornisa. - Cordón irregular. 390 - Mala distribución de los cordones. Para su prevención es necesario: - Usar los parámetros correctos de intensidad. - En la posición en cornisa, picar el borde inferior entre pasadas. - Regulación correcta entre la intensidad y el voltaje y velocidad adecuada a ellos. - Evitar estrías en los cordones más profundos en las que podría quedar encajada la escoria. * En soldadura por Arco Sumergido la inclusión de escoria se debe a: - Técnica de trabajo inadecuada. - Pasadas múltiples. - Mala preparación de la unión a soldar. - Inclinación del metal base. Para su prevención es necesario: - Uso de las tensiones e intensidades adecuadas, regulación de la velocidad y correcto centrado de la varilla. - Limpieza del cordón antes de la pasada siguiente. - Limar las puntas que deja el oxicorte en los cantos antes de soldar y picar la escoria. - Soldar mediante varias pasadas. 1.4. Falta de fusión Consiste en la insuficiencia de unión o ligazón entre el metal depositado y el base o entre dos capas contiguas del metal depositado. La falta de fusión se puede producir lateralmente afectando a los bordes que van a ser unidos; puede darse también entre pasadas y en la raíz de la soldadura. 391 * En la soldadura Manual se debe a: - Soldadura con baja intensidad o excesiva velocidad de avance. - Incorrecta posición del electrodo. - Poco entrehierro o bisel de la unión a soldar. - Demasiada longitud de arco entre pasadas o en el cordón de raíz de la soldadura. *En la soldadura Mig-Mag se produce por: - Baja intensidad. - Balanceo excesivamente rápido de la varilla. Su prevención consiste en: - Aumentar la intensidad hasta la adecuada. - Balancear la varilla suavemente haciendo pequeñas paradas en los bordes. 1.5. Falta de penetración La falta de penetración consiste en una escasez de material fundido que se origi na entre algunas pasadas de la unión soldada o en los bordes de la unión. * En la soldadura manual se produce por: - Soldar con baja intensidad. - Excesiva velocidad de avance. - Poco entrehierro de la unión a soldar. - Incorrecta posición del electrodo. - Electrodo con un diámetro excesivo respecto al espesor de la plancha. * En la soldadura Mig-Mag se debe a: - Baja intensidad de corriente. - Irregular avance de la varilla. 392 - Poco entrehierro o bisel en la unión. - Movimiento lateral excesivo. - Excesiva velocidad de avance. La forma de evitarlo consiste en: - Utilizar la intensidad adecuada. - Hacer avanzar la varilla de un modo regular. - Preparar las juntas según las normas. - Disminuir el movimiento lateral. - Disminuir la velocidad. * En soldadura por Arco Sumergido la falta de penetración se debe a: - Técnica inadecuada de trabajo. - Avance irregular de la varilla. - Mala preparación de la unión. - Desviación de los cordones de anverso y reverso. La corrección consiste en: - Regular la intensidad, la tensión y la velocidad según los baremos estable cidos; conectar la varilla al polo positivo cuando se usa corriente continua y acortar la distancia entre la boquilla y la pieza. - Dar mayor presión a los rodillos de arrastre, adecuar el tamaño de la boqui lla al de la varilla. - Centrar la varilla y cambiar la posición de retorno de soldadura. - Preparar las juntas de acuerdo con las normas. 1.6. Defectos de forma Entre los posibles defectos de forma tenemos: 393 1) Mordeduras: se deben a la falta de metal de aportación en forma de surco de longitud variable; se dan en los bordes del cordón de soldadura. Las mordeduras pueden tener lugar también en la raíz debido a la contrac ción del metal de soldadura. * En la soldadura Manual se producen por: - Soldar con excesiva intensidad. - Incorrecta posición del electrodo. - Excesivo diámetro del electrodo respecto al espesor de la chapa. * En la soldadura Mig-Mag se producen por: - Intensidad excesiva. - Movimiento lateral rápido. - Velocidad de avance excesiva. - Voltaje elevado. Para evitar la mordedura es necesario: - Usar la intensidad adecuada. - Movimiento lateral más lento realizando paradas a los lados del cordón. - Disminuir la velocidad de avance. - Utilizar el voltaje adecuado. * En la soldadura por Arco Sumergido la mordedura se produce por el uso de una técnica de trabajo inadecuada. La solución consiste en el uso de la inten sidad, la tensión y la velocidad adecuada y que la varilla esté centrada y salga vertical. 2) Exceso de penetración: acumulación del metal en la raíz de la soldadura realizada por un solo lado o en varias pasadas. 394 3) Defecto de alineación: diferencia de nivel que se produce entre dos piezas soldadas, aún cuando son paralelas. 395 4) Deformación angular: el ángulo de las piezas soldadas no coincide con el previsto. 5) Hundimiento: el metal depositado se desplaza debido a un exceso de fusión o a un exceso o escasez de metal. 396 6) Anchura irregular del cordón a lo largo del mismo. 7) Quemado: formación esponjosa en la raíz de la soldadura, producida por la ebullición del metal fundido en el momento de solidificarse. Entre los defectos de forma podemos citar otros como son el sobreespesor exce sivo, la convexidad excesiva, el desfondamiento, ángulo incorrecto de sobreespesor, desbordamiento, falta de espesor, superficie irregular, rechupe de raíz y empalme defectuoso. 1.7. Otros defectos 1) Proyecciones Consisten en pequeñas salpicaduras de metal fundido durante la soldadura de modo que quedan atrapadas al metal base o en el metal fundido una vez solidifica do. Son debidas a intensidad excesiva, elevado voltaje y distancia excesiva entre la boquilla y la pieza. Para evitarlas se han de usar la intensidad, el voltaje y la distancia adecuada entre la boquilla y la pieza. 2) Corte de arco Debido a una mordedura accidental del arco próximo a la soldadura, lo que pro duce una alteración superficial y localizada del metal base. 3) Desgarre local el metal base sufre deterioro local al retirar las sujecciones soldadas. 2. METODOS NO DESTRUCTIVOS APLICADOS EN LA DETECCION DE LOS DEFECTOS. La soldadura de una obra debe ser sometida a un control de calidad; este control consiste en inspeccionar la obra a ejecutar y ejecutada mediante la observación de la 397 misma a través de diversos métodos de ensayo. Gracias a ello es posible la detección de defectos que se hayan producido ya o su prevención antes de que se produzcan. El control de la calidad puede llevarse a cabo antes de ejecutar la soldadura (mediante la inspección de los materiales a soldar, de los elementos a emplear, de las condiciones para soldar, etc.); durante la ejecución de la misma (vigilando los paráme tros establecidos en un principio, velocidad de soldadura, secuencia, limpieza entre pasadas, etc.); y/o mediante el control de las piezas o estructuras ya soldadas; este control consiste en ensayos destructivos, semidestructivos o no destructivos. En este capítulo veremos una relación de las indicaciones que dan cada uno de los defectos anteriormente citados, según el método de ensayo no destructivo aplica do en su detección. 2.1. Inspección Visual. 2.1.1. Fisuras: A veces las grietas son como pequeños capilares, por lo que para la inspección visual se ha de contar con los elementos necesarios para su óptima detección. Si las grietas se han producido en caliente se encontrarán situadas longitudinal mente sobre el eje central de la soldadura. En la zona afectada térmicamente las grietas se situarán a lo largo del borde del cordón (tanto longitudinal como transversalmente); suelen ser muy finas. 2.1.2. Poros: Mediante la inspección visual sólo es posible la detección de aquellos poros que se abren paso hasta la superficie del cordón de soldadura o que se hallan situados sobre él. 2.1.3. Inclusiones Sólidas: Sólo son detectables aquéllas que se encuentren situadas en la superficie del cordón de soldadura. 2.1.4. Falta de Fusión y de Penetración: Cuando el defecto consiste en una falta de fusión, existirá entre el metal base y la superficie del cordón una depresión. En el caso de falta de penetración existirá una depresión en el lado contrario al que se ha soldado. 2.1.5. Defectos de Forma: Mediante el control visual es posible la detección de los siguientes defectos: mordeduras, rugosidades, exceso de sobreespesor y de penetración defectos de alineación de las piezas soldadas, proyecciones, etc... 2.2. Líquidos Penetrantes 2.2.1. Fisuras: Si las indicaciones que obtenemos son lineales tanto continuas como intermitentes, podremos decir que se trata de grietas producidas por: contrac ciones, temples, corrosión, etc... Cuando los bordes de la indicación están bien defini dos se tratan de discontinuidades estrechas. El volumen del/os defecto/s, se determina por el brillo y la extensión de la indica ción, teniendo en cuenta que cuanto más profundo es el defecto más ancha es la indi cación. 2.2.2. Poros: Los poros pueden revelarse como pequeños puntos aislados o en grupos. A veces la indicación parece formar una película continua que observada bajo lupa se muestra como pequeños puntos muy próximos entre sí: es la microporosidad difusa. 398 2.2.3. Inclusiones Sólidas: Mediante el uso de líquidos penetrantes no es posi ble su detección a no ser que provoquen una abertura que llegue hasta la superficie del cordón de soldadura. 2.3. Partículas magnéticas 2.3.1. Fisuras: Cuando las fisuras son superficiales y subsuperficiales y se encuentran orientadas perpendicularmente al campo magnético que recorre la pieza, entonces las partículas magnéticas presentan unos bordes muy nítidos; el mayor o menor grosor de las indicaciones nos da una idea de la profundidad de la grieta. Si estas discontinuidades se encuentran bajo la superficie, los bordes de la indi cación aparecen más difuminados y las partículas presentan menor adherencia. 2.3.2. Poros: El método de ensayo por partículas magnéticas no es el más ade cuado para la detección de heterogeneidades esféricas, ya que las indicaciones que obtendríamos estarían mal definidas. 2.3.3. Inclusiones Sólidas: Para obtener buenos resultados en la detección de este tipo de defectos es necesario el uso de un campo magnético de gran intensidad. 2.3.4. Falta de Fusión y Penetración: Cuando existe falta de fusión, las partí culas magnéticas se acumulan en el borde de la soldadura. Cuanto más cerca de la superficie se haya producido la falta de fusión mayor será la cantidad de partículas acumuladas. Si el defecto es debido a falta de penetración, las partículas presentan poca adhe rencia y sus bordes no quedan bien definidos. 2.4. Ultrasonidos. 2.4.1. Fisuras: Para determinar mediante ultrasonidos el tipo de defecto ante el cual nos encontramos, debemos tener en cuenta una serie de factores importantes como son: morfología, posición, tamaño y orientación de la indicación. Sin embargo podemos decir que cuando el eco que da el defecto tiene una gran altura y es muy estrecho nos hallamos ante una grieta. Tomando la grieta como centro de giro del palpador, el eco desaparecerá. Pueden pro ducirse equivocaciones al confundir una grieta de raíz longitudinal con una falta o exceso de penetración, pero por lo general el eco de la grieta aparecerá más estrecho en la pantalla. 2.4.2. Poros: El eco que se obtiene de un poro es generalmente de pequeño tamaño. Un poro es localizable desde cualquiera de los lados del cordón. Si se toma el defecto como centro de giro del palpador, el eco seguirá persistiendo. El eco que se obtiene de una serie de poros agrupados puede ser confundido con el producido por inclusión de escoria, pero su amplitud es menor. 2.4.3. Inclusiones Sólidas: Este tipo de defecto presenta muchas veces un eco en forma de abeto. En caso de que las escorias sean finas y alargadas su eco puede ser confundido con el que presenta la falta de penetración. Las inclusiones sólidas pueden ser detectadas desde cualquiera de los lados del cordón y si lo tomamos (al cordón) como centro de giro del palpador aparecerán muchos máximos y mínimos antes de desaparecer su eco. 399 2.4.4. Falta de Fusión y de Penetración: El eco producido por falta de fusión se obtiene sólo desde uno de los lados de la soldadura. Si hacemos girar el palpador alrededor del efecto, su eco desaparece. Cuando la falta de fusión se ha producido entre pasadas, es más difícil de localizar. La falta de penetración es detectable desde cualquiera de los laterales del cor dón. Al igual que en la falta de fusión, el eco desaparece si giramos el palpador alre dedor del defecto. La falta de penetración puede ser confundida con un exceso de penetración o con el descuelge, ya que sus ecos son muy parecidos. 2.5. Control radiográfico 2.5.7. Fisuras: Las grietas siempre aparecerán como una línea oscura, ondulada intermitente o bifurcada, en la imagen radiofráfica. Si son grietas debidas a contracciones del material presentan un aspecto ramifi cado, si son debidas a tensión su visión es muy nítida. 2.5.2. Poros: Si los poros son de morfología esferoidal aparecerán en la radio grafía como pequeñas manchas de contornos regulares. Si su morfología fuera vermi cular la imagen radiográfica sería la de un pequeño círculo oscuro provisto de un rabi llo más claro, efecto de la perspectiva. 2.5.3. Inclusiones sólidas: Aparecen las radiografías como líneas oscuras, alargadas y paralelas al eje del cordón. Pueden ser continuas o intermitentes y su con torno se halla bien definido. Si las inclusiones son aisladas presentan un contorno irregular. 2.5.4. Falta de fusión y de Penetración: La falta de fusión aparecerá en la radiografía como una línea oscura si se encuentra en la raíz. Si está situada en un late ral, entre el metal base y el de aportación, su indicación será más difusa, por lo que se detecta mejor por ultrasonidos. Cuando se da entre capas es fácilmente confundible con grietas o poros capilares. Si se ha producido una falta de penetración parcial la radiografía da una indica ción en forma de línea estrecha, irregular, rectilínea y paralela al eje central del cordón de soldadura; si la falta de penetración es total la indicación representa una banda oscura con bordes regulares. 2.5.5. Defectos de forma: El exceso de penetración aparecerá en la radiografía como una banda irregular de color más claro que la zona que lo rodea. La falta de metal de aportación puede producir hundimiento que en la radiografía aparece como una banda recta y oscura en el borde/s de la soldadura. Las mordeduras se representan en forma de bandas oscuras situadas a ambos lados del cordón y de forma irregular. 400 Capítulo 25 ENSAYOS DE INSPECCION DE SOLDADURA 1. - INTRODUCCION El ensayo de los materiales comienza una vez que han salido de la fundición. Su objeto es proporcionar un conocimiento práctico de las reacciones del material frente a diferentes situaciones, con el fin de garantizar que es apto para las distintas solicita ciones a las que se verá sometido. Cuando se decide el material a usar para realizar una obra, debemos asegurarnos que el mismo posee las características que se demandan. Para éllo tomamos una serie de probetas que sometemos a ensayos destructivos basados en las condiciones que dicho material deberá soportar en la práctica. A estas pruebas se les conoce con el nombre de ensayos mecánicos. Una vez conocida la respuesta del material y si ésta es favorable procedemos a la ejecución de la obra. Durante la operación de soldadura, el material sufre transformacio nes térmicas que pueden afectar su estructura, o crear tensiones internas capaces de debilitar la construcción. Existe además el riesgo de que la soldadura no se realice en perfectas condiciones y que aparezcan defectos en los cordones, no visibles, pero que afecten a la resistencia del conjunto. Para comprobar la unión soldada se utilizan ensa yos no destructivos, los cuales no inutilizan el material comprobado, y ensayos mecánicos o destructivos sobre probetas soldadas, ensayando el metal depositado y la unión soldada. 2. - ENSAYOS MECANICOS O DESTRUCTIVOS El objeto de estos ensayos es determinar cuantitativamente el comportamiento del material frente a las solicitaciones a que se verá sometido. La medición de las pro piedades mecánicas se lleva a cabo en el laboratorio con máquinas y condiciones nor malizadas; los resultados obtenidos permiten determinar cuál va a ser la respuesta del material frente a los sistemas de carga a que se verá sometido. 2.1. Ensayo de tracción. Una probeta del material, de forma y dimensiones normalizadas, se somete a una fuerza de tracción axial que crece paulatinamente hasta la rotura de la barra, 401 midiendo durante la prueba propiedades del material capaces de proporcionar la información precisa sobre su resistencia y su deformabilidad. Por medio de esta prueba conocemos con precisión la carga a que rompe el material. Las probetas de prueba pueden ser cilindricas o prismáticas, pero independiente mente de ello, todas constan de un cuerpo central de sección constante calibrada en cuyos extremos se encuentran las cabezas reforzadas sobre las que se realiza la suje ción con las mordazas de la máquina. En la parte calibrada se hacen dos marcas sepa radas por una distancia Lo que es la distancia inicial. En la máquina, la fuerza se aplica exactamente en el eje de la probeta, para que no existan momentos flectores. La máquina proporciona una gráfica denominada cur va convencional de tracción, mediante la cual podemos conocer las propiedades resistentes y dúctiles del material. Las modalidades de este ensayo más usuales son: - Tracción transversal. Mediante el ensayo de tracción llegamos a conocer la carga a que rompe la unión soldada, comprobando si rompe por el material base, por el metal apor tado o por la zona de transición. Para que este ensayo sea aceptable, la carga de rotura final ha de ser como mínimo la del metal base. TRACCION TRANSVERSAL PROBETA 402 - Tracción longitudinal sobre el material aportado. Con este ensayo conocemos la carga de rotura, límite elástico, alargamiento y estricción del material aportado. 2.2. Ensayo de resiliencia El ensayo de resiliencia permite conocer la fragilidad de la unión soldada. Las pro betas se obtienen mecanizando una serie de barritas del panel soldado de 10 x 10 x 55 mm., haciéndoles una entalla en "V" de 2 mm. de profundidad que se sitúa en el centro del metal de aportación, en la línea de fusión, a 2 mm. y a 5 mm. de la línea de fusión. La temperatura del ensayo suele variar desde la temperatura ambiente hasta 50QC. Las pruebas se realizan en una máquina de ensayo consistente en una maza o péndulo con un peso determinado y una cuchilla en el extremo. Esta maza se eleva hasta una cierta altura, y desde ahí se deja caer libremente hasta golpear la probeta que anteriormente se había colocado en la máquina. La energía absorbida puede leer se en una escala graduada situada en el péndulo. Las unidades de medida normal mente utilizadas son el kilográmetro y el julio. ENSAYO CHARPY 404 Para que la unión sea correcta, la energía absorbida deberá ser mayor que la mínima que se requiere para el material base. 2.3. Ensayo de torsión. En este ensayo, la probeta se somete a un par torsor de momento paralelo a su eje, y que va aumentando hasta la rotura de la barra. Un elemento de medida dispuesto en la máquina registra el valor del par torsor aplicado y el del ángulo correspondiente. Con esta prueba se determinan característi cas del material como: límite elástico, módulo de elasticidad transversal G y tensión cortante de rotura. Además obtenemos información sobre el comportamiento plástico del material. 2.4. Ensayo de dureza. En el caso de los metales, la dureza es la resistencia que oponen a ser pene trados superficialmente por otros cuerpos. Los ensayos de dureza están basados todos en un penetrador, con una forma característica y normalizada en cada caso, que se comprime sobre la superficie de la probeta a ensayar. Después, se mide la huella dejada por el penetrador, expresando la dureza en función de la medida. Los sistemas de medida de durezas más frecuentes son: - Dureza Brinell. Utiliza un penetrador con una bola de acero de 10 mm. de diámetro que se aplica con una fuerza de 3000 Kg. - Dureza Vickers. Se emplea un penetrador de diamante en forma de pirámi de de base cuadrada con un ángulo de 136e en sus caras opuestas, y se aplica una carga de 30 Kg. normalmente. - Dureza Rockwell. En esta prueba se utilizan alternativamente un penetrador cónico de diamante y un penetrador esférico de acero. 2.5. Ensayo de tenacidad a la rotura Rotura es la división de un sólido en dos o más partes. La rotura comienza por una grieta que se propaga a través del sólido. La rotura puede ser frágil, cuando tiene lugar sin deformación plástica visible, o dúctil cuando se produce con una deforma ción plástica apreciable. 2.6. Ensayo C.O.D. (Crack Opening Displacement) Esta prueba permite conocer la fragilidad del material. Se somete a una pro beta provista de una entalla artificial y una fisura a una serie de cargas controla das hasta causar la propagación espontánea de la grieta. Para que la prueba se aproxime a la realidad, la probeta debe ser del mismo espesor que la estructura en estudio. La separación de la entalla en función de la carga aplicada se registra en la máquina, determinándose el valor del desplazamiento de apertura para cada pro beta. Según se va aplicando la carga, la separación de los bordes de la entalla se detecta por medio de un palpador electrónico, y en función de esa separación se efec túan los cálculos que determinan el valor del ensayo realizado. En la figura 6a se muestra la forma y dimensiones de la probeta, de la entalla y de la fisura, y en la figura 6b se muestra un esquema de la máquina del ensayo y del palpador electrónico (P) que detecta la separación de bordes. 405 0.8% W = ANCHO B = ESPESOR = 0,5W N = ANCHO DE ENTALLA = 0.065W máx. si W < 25 mm. o 1,5 mm. máx. si W > 25 mm. M = LONGITUD EFECTIVA DE LA ENTALLA = de 0,25W a 0.45W a = LONGITUD EFECTIVA DE LA FISURA = de 0.45W a 0.55W Figura 6a 406 i Figura 6b 2.7. Ensayo Drop Weight - N.D.T. ((Mil Ductility Transition) Las probetas son pequeñas secciones de material en las que se producen solda duras defectuosas y frágiles que actúan como propagadoras de grietas. Las probetas se cargan con un peso que cae y las somete a un plegado que produce una rotura en el depósito de soldadura y una deformación en el metal base si no se rompe. El ensayo permite determinar la temperatura más alta a la cual la probeta rompe. 2.8. Ensayos de doblado Se realizan sobre probetas soldadas para comprobar las grietas o fisuras superfi ciales en las dos caras del cordón y de las zonas afectadas térmicamente así como la ductilidad de la unión soldada. Se realizan dos tipos de ensayos de doblado: a) Ensayo de doblado transversal por el lado de la cara y por el lado de la raíz de las uniones soldadas a tope por fusión: consiste en someter a deformación 407 plástica una probeta, tomada en sentido transversal a una unión soldada, la cual se dobla sin invertir el sentido de la flexión, de modo que sólo una de las superficies de la soldadura quede sometida a tracción. b) Ensayo de doblado transversal lateral en las uniones soldadas a tope por fusión: consiste en someter a deformación plástica una probeta, la cual se dobla sin invertir el sentido de la flexión. Esta probeta se toma en sentido transversal a la unión soldada, de modo que su anchura corresponda al espe sor de la unión. El método de realización de estos ensayos, de corte y mecanizado de probetas, etc., está ampliamente descrito en las normas UNE n9 14.607 y 14.608 respectivamen te. 2.9. Localización de las probetas en piezas de ensayo. Las probetas de los ensayos destructivos se extraen de cortar las piezas soldadas en las mismas condiciones de material base, consumibles, equipos, etc. El corte se realizará con la probeta refrigerada para que no se produzcan sobreca lentamientos y transformaciones metalúrgicas que falsearían los ensayos. Las probetas se cortan en el orden indicado en la figura. LOCALIZACION DE LAS PIEZAS EN LAS CHAPAS 408 LOCALIZACION DE LAS PIEZAS EN LOS TUBOS TRACCION PLEGADO DE RAIZ O LATERAL PLEGADO DE CARA O LATERAL CHARPYS PLEGADO DE RAIZ O LATERAL PLEGADO DE CARA O LATERAL TRACCION 3. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Con los ensayos destructivos podemos garantizar en cierta medida que el mate rial empleado cumple con los requisitos demandados para la construcción, pero no se puede ensayar en la obra ya construida, ya que todos implicaban la destrucción de la prueba. Por medio de los ensayos no destructivos podemos inspeccionar el 100% de la obra sin afectar para nada a la estructura del material. Cada método de ensayo no destructivo se basa en un fenómeno físico, lo cual permite hacer una clasificación inicial: La aplicaciones de los ensayos no destructivos abarcan tres campos: ENSAYO FENOMENO FISICO Inspección visual Luz visible Líquidos penetrantes Tensión superficial Partículas magnéticas Energía electromagnética Rayos X Energía electromagnética Corrientes inducidas Energía electromagnética Ultrasonidos Energía mecánica Emisión acústica Energía mecánica - Defectología, tanto en soldaduras como en los materiales. - Caracterización de los materiales. - Metrología, usada para el control de espesores. 409 Los ensayos no destructivos pueden emplearse también como operaciones de mantenimiento y vigilancia, para asegurar la calidad del servicio y prevenir roturas y accidentes. A la hora de realizar una inspección por ensayos no destructivos debemos seguir los siguientes pasos: 12.- Elegir el método y las técnicas adecuadas. Para ello se tienen en cuen ta la naturaleza del material y la forma de la obra a ensayar, así como la sen sibilidad precisa. 2a- Obtener las indicaciones de la inspección. Se pueden obtener indica ciones de defectos que en realidad no lo son sino que se relacionan directa mente con el método empleado. 32.- Interpretar las indicaciones. Se debe buscar una relación de la indicación con sus características. 4a- Evaluarlas. Tomar una decisión acerca de si es o no un defecto rechazable o por el contrario se trata de una característica del material. En este capítulo hablaremos sólo de la inspección visual, ya que a los otros métodos, por ser de mayor importancia y constituir claramente una técnica se les dedicará más atención en otros capítulos. 4. INSPECCION VISUAL 4.1. Introducción. La inspección visual constituye la técnica más sencilla y económica de ensayo no destructivo. Sin embargo, bien realizada, evita errores y defectos, así como ahorro de dinero y tiempo, evitando la aplicación de otros ensayos más costosos. Como ayuda a la inspección visual se emplean instrumentos ópticos, cuyas ventajas son fundamen talmente dos: 1) Ampliar los defectos que no pueden percibirse a simple vista. 2) Permitir la inspección visual en zonas de otro modo inaccesibles. La inspección visual comienza con la llegada de los materiales al almacén, se desarrolla durante todo el proceso de soldadura, y termina cuando, una vez finalizado el trabajo, el inspector señala las zonas a reparar y completa su informe. Cuando la inspección visual se lleva a cabo de forma consciente y por personal con experiencia, permite: - Identificar los materiales que no cumplen las especificaciones - Abaratar los costes, al posibilitar la corrección de defectos durante el proceso de fabricación, y evitar su rechazo una vez acabados. - Disminuir el número de posteriores ensayos no destructivos. El Inspector Visual debe tener la agudeza visual suficiente para distinguir las pequeñas alteraciones de la superficie susceptibles de constituirse en defectos; por otra parte, debe conocer con exactitud las normas de diseño y construcción, tipos de pedidos, especificaciones, sistemas de trabajo de los talleres, etc. 4.2. Comprobaciones a realizar en la inspección visual. Las comprobaciones que es necesario llevar a cabo en la inspección visual deben realizarse antes, durante y después de la soldadura. En todos los casos es necesario 410 comprobar la limpieza de la zona de inspección, y obtener una iluminación adecuada. A continuación se detallan las comprobaciones generales para cada una de las etapas. 4.2.7. Comprobaciones antes de la soldadura - Recepción y examen de los materiales. - Estudio de los certificados de origen, especificaciones, planos contractuales de aplicación, etc. - Certificación de la calidad y dimensiones de los materiales, en base a estos. - Localización de posibles grietas, incrustaciones, cortes defectuosos, etc. en los materiales. - Medición de la abertura y la raíz en la preparación de bordes. - Revisión de la calidad de los materiales de aporte, y de su correcto almacena miento. 4.2.2. - Comprobaciones durante la soldadura - Calificación de los soldadores. - Aplicación correcta del procedimiento homologado. - Uso correcto de los parámetros de soldeo especificados. - Limpieza de la unión y sistema de limpieza de los cordones. - Uso correcto de materiales de aporte, fundentes y gases de protección. - Temperatura de precalentamiento. - Temperatura entre pasadas. - Posibles grietas en la pasada de raíz. - Comparación del aspecto de cada pasada con el de la pieza patrón. 4.2.3. - Comprobaciones después de la soldadura - Posibles imperfecciones de la junta (mordeduras, grietas, salpicaduras, etc.) - Dimensiones de gargantas y lados en soldaduras en ángulo. - Medición de los sobreespesores en las uniones a tope. - Señalización clara de las zonas a reparar. - Nueva inspección de las zonas reparadas. - Realización de un informe escrito. 4.3. Dispositivos visuales y ópticos. Los principales dispositivos de ayuda para la inspección visual son el boroscopio, la lupa, la cámara fotográfica, la cámara de televisión, y diversos sistemas de ilumina ción como linternas, lámparas portátiles, etc. 4.3.1. Boroscopio Se trata de un instrumento óptico de precisión provisto de iluminación integrada. Los boroscopios suelen disponer de objetivos para primeros planos en uno de sus extremos, y de oculares en el otro, con sistemas ópticos destinados a proporcionar ángulos de visión directa en ángulo recto, oblicua o en retrovisión. Se presentan en versiones rígidas y flexibles; sus dimensiones van desde 2,4 mm. de diámetro y unos centímetros de longitud, hasta 20 mm. de diámetro y varios metros de longitud. 411 4.3.2. - Lupa Se trata, como es sabido, de una lente convexa de pequeña distancia focal, apro ximadamente igual a su distancia de trabajo. En la inspección visual se suelen emple ar lupas de 5 y 10 aumentos para detectar determinados tipos de grietas y fisuras. 4.3.3. - Cámara fotográfica La utilidad de una cámara fotográfica de positivado rápido para la inspección visual se encuentra en la posibilidad de registrar, mediante ella, defectos que van a desaparecer rápidamente puesto que han de ser reparados de inmediato. La cámara fotográfica se puede adaptar a un boroscopio. 4.3.4. - Cámara de televisión Los usos de la cámara de televisión o de vídeo son similares a los de la cámara fotográfica. En algunos casos, se emplean cámaras de televisión en miniatura para el examen del interior de tubos y otras áreas de difícil acceso. 4.4. Otros instrumentos para la inspección visual. Además de los dispositivos visuales y ópticos, el inspector debe contar con los medios para llevar a cabo su labor con la mayor sencillez, rapidez y precisión posibles. Entre los instrumentos auxiliares adicionales se encuentran las galgas, reglas metálicas, cintas métricas, imanes, falsas escuadras, y los termómetros o los lápices termoindicadores. Las galgas permiten medir las desalineaciones de bordes y tuberías, la abertura de la raíz, el ángulo de la junta, el espesor de los materiales, el sobreespesor y las gar gantas de los cordones, etc. Las características principales de las galgas se pueden apreciar en la figura 8. Figura 8 4.5. Ensayo macrográfico Consiste en seccionar la probeta por una zonas seleccionadas con antelación, pulir y atacar químicamente una de las caras para efectuar una inspección visual de la zona soldada y comprobar si existen defectos tales como falta de fusión, poros, escorias, etc. 412 Este ensayo, aunque destructivo por el seccionamiento de las probetas soldadas, se considera dentro de la inspección visual, ya que es el método que se aplica para localización y evaluación de los defectos. Las macrofotografías se adjuntan a los infor mes de inspección de soldadura y sirven también como ayuda para la búsqueda de defectos por otros métodos de inspección en las uniones soldadas en obra, semejan tes a las soldadas en probetas y macrografiadas. 413 4.6. Códigos y especificaciones Las principales especificaciones referidas a la inspección visual se encuentran recogidas en: - Norma AWS - D.l.l. para la inspección visual de chapas y tubos usados en edi ficios, puentes y estructuras tubulares. - Código ASME, Sección V, artículo 9: determina la distancia y el ángulo desde los que se efectuará la inspección, las condiciones para el uso de espejos o instrumentos de aumento óptico, las características de la iluminación, las revi siones médicas anuales a que deberán someterse los inspectores, los datos a consignar en el informe escrito tras la inspección visual, etc. - Norma API 5L de fabricación de tubería. - Norma API 1104 de cualificación de procedimientos de soldadura y homologa ción de soldadores. Al igual que la anterior, se aplica en gaseoductos y oleo ductos. Se incluyen en este capítulo tres tablas para ayuda en la inspección visual. La tabla ne 1 establece las desalineaciones máximas admitidas en las uniones soldadas a tope. En las tablas 2 y 3 se establecen los sobreespesores máximos que clasifica el código ASME en soldaduras de tuberías y en soldaduras de chapas en los casos en que se vaya a realizar inspección radiográfica y en los que no. TABLA 1. Desalineaciones máximas de elementos soldados a tope Dirección de las juntas Espesor de la sección Hasta 12,7 mm. inclusive .......................................... Más de 12,7 mm. a 19,05 mm .................................. Más de 19,05 mm. a 38,1 mm................................... Más de 38,1 mm. a 50,8 mm ................................... Más de 50,8 mm........................................................ Longitudinales Circunferencias 1/4 T. 3,2 mm. 3,2 mm. 3,2 mm. El menor de 1/16T. o 9,6 mm. 1/4 T. 1/4 T. 4,8 mm. 1/8 T. El menor de 1/8 T. o 19,05 mm. Nota: T es el espesor nominal de la sección más delgada de la junta. 414 TABLA II Sobreespesor de las soldaduras según ASME, sección III, clase 1, 2 y 3 para tuberías Sobreespesor máximo Espesor nominal del material en mm. Columna 1 Columna 2 Hasta 3,2 inclusive ................................ ................ 2,4 Más de 3,2 a 4,7 inclusive ................... .................................. 3,2 Más de 4,7 a 12,7 inclusive.................................................................. 3,9 Más de 12,7 a 25,4 inclusive................................................................. 4,7 Más de 25,4 a 50,8 ................................................................................ 6,3 Más de 50,8 ........................................................................................... Superior a 6,3 o 1/8 del ancho de la sol dadura 2,4 2,4 3,2 3,9 3,9 3,9 NOTAS: 1. Para uniones a tope soldadas por ambas caras se aplicará lo señalado en la columna 1, independientemente para cada una de las caras. 2. Para uniones a tope soldadas por una sola cara se aplicará lo señalado en la columna 2 para la superficie interior o raíz y la columna 1 para la cara exterior o relleno. 3. El sobreespesor se determinará a partir del elemento de mayor altura que se una. TABLA III Sobreespesor de las soldaduras según ASME, sección VIII, cuando las soldaduras NO sean radiografiadas Espesor de chapa en mm. Hasta 12 7 inclusive ............................................................................. Más de 12 7 a 25,4 inclusive................................................................ Más de 25,4 ....................................................................................... Sobreespesor máximo 2,4 3,2 4,8 Cuando las soldaduras SI sean radiografiadas Espesor de la chapa en mm. Hasta 12 7 . ....................................................................... Más de 12 7 a 25,4 inclusive............................. .......................... Más de 25 4 a 50 8 inclusive ............. .......................... Más de 50,8 ........................................... .......................... 415 Sobreespesor máximo 1,6 2,4 3,2 3,9 Capítulo 26 INSPECCION DE UNIONES SOLDADAS POR LIQUIDOS PENETRANTES 1. - INTRODUCCION Las primeras utilizaciones de líquidos penetrantes para el ensayo de materiales datan de los años 30. En estos años se utilizaba aceite disuelto en queroseno como penetrante y tras eliminar su exceso se espolvoreaba la pieza con cal,se la hacía vibrar y el penetrante retenido en las grietas salía al exterior produciendo una indicación sobre el fondo blanco creado por la cal. Sin embargo este método no daba buenos resultados cuan do las discontinuidades eran pequeñas. Fue por fin tras la Segunda Guerra Mundial cuando el desarrollo industrial trajo consigo el estudio y la puesta a punto del ensayo de materiales por Líquidos Pene trantes. 2. - FUNDAMENTO DEL MÉTODO La inspección de uniones soldadas por medio de líquidos penetrantes consiste en un examen no destructivo que permite la detección, tanto en materiales férreos como no férreos, de defectos que afloren a la superficie de la pieza. Para ello el mate rial a examinar debe ser no poroso. El método consiste en aplicar sobre la pieza que deseamos ensayar, un líquido de impregnación que se introducirá por capilaridad en las discontinuidades existentes (1) y una vez eliminado el exceso de penetrante (2), aplicar un revelador (3) que extra erá el líquido acumulado en los defectos dejando indicaciones en la superficie de la pieza sometida a examen (4). 417 3 3. PENETRANTES 3.1. Naturaleza y Propiedades: La característica más importante de un penetrante es la de penetrar sin dificultad en las discontinuidades; sin embargo un buen penetrante debe reunir otra serie de cualidades, como son: - Penetrar con facilidad en discontinuidades finas. - No evaporarse con rapidez. - Ser fácil de limpiar, y al mismo tiempo, que la limpieza r o elimine el penetran te que se encuentra dentro de las discontinuidades. - Emerger con rapidez al aplicar el revelador. - Tener un color o fluorescencia que permita la óptima visión de las indicacio nes. - Su composición química ha de ser inalterable al contacto con el material a ensayar. - No poseer un olor intenso y desagradable. - No ser inflamable. - No ser tóxico. - Ser económico. - Permanecer estable al usarlo o almacenarlo. A continuación se describen las principales propiedades de los líquidos penetran tes, y sus repercusiones en la inspección de uniones soldadas: 418 A) Viscosidad: influye de un modo importante sobre la velocidad de penetra ción del líquido. Cuanto mayor sea su viscosidad mayor será también el tiempo que necesite para introducirse en las discontinuidades. La viscosidad ha de ser la adecuada para que al escurrir el penetrante no se pier da una cantidad excesiva del mismo y que el tiempo de escurrido invertido sea el menor posible. Esta propiedad es también importante a la hora del lavado del exceso de pene trante, ya que su viscosidad ha de ser tal que no sea eliminado el que se halla dentro de las discontinuidades. B) Tensión superficial y poder humectante: ambas propiedades son impor tantes en la determinación del poder de penetración de los líquidos penetrantes. La tensión superficial es una propiedad intrínseca de cada líquido, sin embargo el poder humectante depende no sólo del penetrante, sino de la composición del mate rial sobre el cual se aplica éste. El poder humectante consiste en la capacidad del penetrante para humedecer la superficie de la pieza en ensayo y se mide por el ángulo de contacto entre la gota líquida y la superficie del material sobre el cual se aplica, de forma que cuanto menor sea este ángulo,mayor será el poder humectante del penetrante. C) Volatilidad: ésta ha de ser pequeña, ya que si no el penetrante se secaría antes de su completa introducción en las discontinuidades. La baja volatilidad conlleva el uso de penetrantes con baja presión de vapor y alto límite de ebullición. La necesidad de que la volatilidad sea baja se debe también al intento de dismi nuir los riesgos de incendio, ya que la mayoría de los penetrantes derivan del petró leo. La manipulación de un penetrante no presenta riesgos siempre y cuando su tem peratura de inflamación se encuentre entre los 50-55s C ó sea superior a éstas. D) Inerte químicamente: sin lugar a dudas el penetrante debe ser inerte y no corrosivo. Aquellos penetrantes cuya base son los hidrocarburos cumplen esta condición. Sin embargo en los penetrantes lavables con agua el emulsificador puede originar corrosión del aluminio. También debemos tener en cuenta que si una pieza no es lavada adecuadamente y quedan en ella restos de penetrante, aunque su poder corrosivo en un corto período de tiempo sea pequeño, no lo es cuando ese tiempo de contacto con la pieza aumen ta. Hay que hacer notar que los compuestos en ios que exista cloro, dañarán a los aceros austeníticos, y aquéllos en los que exista azufre, deteriorarán a las aleaciones con níquel. E) Toxicidad, olor, irritación de la piel: a la hora de crear un producto, el factor a tener más en cuenta es el efecto que va a tener sobre la salud del operador. Por ello en su elaboración se evita el uso de materiales venenosos, corrosi vos o altamente malolientes. Conviene evitar que los pigmentos fluorescentes obtenidos de la destilación del carbón o del alquitrán de hulla presenten riesgos cancerígenos, este problema no se presenta en los pigmentos fluorescentes que se obtienen por síntesis. 419 3.2. Estudio del fenómeno físico por el cual el penetrante actúa La penetración de un líquido en un defecto está relacionada con la atracción capilar. El fenómeno que se produce al introducirse el penetrante en una grieta fina y corta es parecido al de la subida de un líquido en el interior de un tubo capilar cerra do. A pesar de que en éste el líquido no sube mucho debido al aire atrapado en él, se producen unas presiones capilares enormes capaces de elevar una columna de agua a más de 10m. Estas presiones son similares a las que se originan en el aire atrapado en una grieta corta y fina; la tendencia del penetrante a introducirse en una discontinuidad viene dada por estas presiones. Así tenemos que la presión capilar para un penetrante determinado y conside rando que el defecto es una grieta será: P_ 2 x S x eos a w S: siendo tensión superficial del penetrante. a: Angulo de contacto de equilibrio entre el líquido y las superficies de contacto de la grieta. W: Anchura de la grieta. De esta expresión deducimos que en la zona más fina de la grieta, las fuerzas capilares serán mayores, lo que hará que el aire existente en el interior de esa fisura sea arrastrado hacia afuera donde la fisura es más ancha. 3.3. Sensibilidad de los penetrantes La sensibilidad de un penetrante está en función de la capacidad que posea para hallar el defecto que está buscando. Esta sensibilidad varía según el tipo de defecto buscado: *S¡ la grieta a buscar fuera fina, limpia y relativamente profunda, se ha de usar un penetrante con un buen poder de penetración. También hemos de tener en cuenta que su volatilidad sea baja para que no se seque en el interior del defecto. De este modo obtenemos la máxima sensibilidad del penetrante; ahora bien, para no afectar a esta sensibilidad y conseguir una óptima detección es necesario el uso de reveladores que produzcan un gran contraste. Entre los distintos tipos de penetrantes, los fluorescentes son los más adecuados para la inspección y detección de este tipo de defecto. *S¡ la grieta que buscamos está llena de algún contaminante, como puedan ser óxido, aceite, etc..., se puede producir una oposición a la entrada del penetrante en la grieta y por lo tanto la sensibilidad de éste se verá alterada; por ello diremos que un buen penetrante ha de tener la capacidad suficiente para disolver esos cuerpos extra ños que se encuentre. Algunas veces, los contaminantes cambian el color del penetrante o eliminan su fluorescencia; en este caso no es posible determinar las propiedades que debe tener el penetrante. *Cuando las grietas sean anchas y poco profundas, el poder de penetración del penetrante no es importante, sin embargo sí lo es su resistencia para ser eliminado al 420 realizar el lavado de la pieza. No está recomendado el uso de penetrantes lavables con agua o con disolvente. Para este tipo de discontinuidades fue creado el penetrante post-emulsificable. *En grietas finas y poco profundas el penetrante utilizado ha de poseer una gran sensibilidad. Su fluorescencia debe ser superior a la de otros penetrantes, al igual que su poder de penetración. También debe dar una buena indicación usando una cantidad infinitésima del mismo. La eliminación del exceso de penetrante debe ser muy cuidadosa. 3.4. Tipos de Líquidos Penetrantes Dentro de los Líquidos Penetrantes encontramos dos familias bien diferenciadas, penetrantes coloreados y penetrantes fluorescentes. 3.4.1 .-Penetrantes coloreados Consisten en disoluciones de pigmentos, coloreados por medio de tintes adecua dos con el propósito de que una cantidad mínima del mismo produzca una indicación lo más visible posible en contraste con la superficie del revelador. El color más utilizado es el rojo y se tiende al uso de penetrantes orgánicos no inflamables. Su aplicación se ha explicado en el Fundamento del método (Fig. 1). Son fácilmente visibles, tanto bajo la luz artificial como bajo la luz natural, por lo que son los más utilizados a pie de obra. 3.4.2.-Penetrantes fluorescentes Son aquéllos cuya pigmentación tiene la característica de mostrarse fluorescente bajo la iluminación de los rayos ultravioletas (luz negra). Se dividen en: A) Penetrantes fluorescentes autoemulsionables: Son de fácil eliminación mediante agua. Su uso está bastante extendido debido a la comodidad que suponen, a pesar de que su sensibilidad no sea la óptima y de los riesgos que su manipulación conlleva. B) Penetrantes fluorescentes post-emulsionables: Fueron creados, como hemos dicho con anterioridad, para la detección de pequeñas grietas. Para su eliminación es necesaria la aplicación de un emulsificador antes del lava do con agua. Las etapas son las que se muestran en la figura 2: 1) Pieza limpia para realizar el ensayo. 2) Aplicación del líquido penetrante. 3) Aplicación del emulsionador y mezcla con el penetrante. 4) Limpieza del penetrante y el emulsionador. 5) Aplicación del revelador. 6) Afloran los defectos en forma de manchas. 421 4 C) Penetrantes fluorescentes en medio acuoso: Se utilizan en aquellas aplicacio nes en que es de vital importancia prevenir el riesgo de incendio. 3.5. Ventajas y limitaciones de los distintos tipos de penetrantes A} Penetrantes fluorescentes autoemulslonables: * Ventajas: - Buena visibilidad. - Lavables con agua. - Utilizables en superficies rugosas. - Economía de tiempo en el ensayo. - Capaces de detectar una gama amplia de heterogeneidades. * Desventajas: - Un lavado excesivo disminuye su sensibilidad. 422 - El anodizado y el cromado afectan a su sensibilidad. - No recomendados para la detección de discontinuidades de poca profundi dad. - Para la observación de las indicaciones se necesita una cámara oscura con luz negra. BIPenetrantes fluorescentes post-emulsionables: * Ventajas: - Buena visibilidad - Alta sensibilidad para discontinuidades pequeñas. - Detectar discontinuidades abiertas y de poca profundidad. - Tiempo de penetración corto. - Aplicables en piezas anodizadas y/o cromadas. * Desventajas: - No son lavables directamente con agua. - Tiempo de ensayo más largo debido a la necesidad de aplicar un emulsificador. - Necesidad de una cámara oscura con luz negra para la observación de las indicaciones. - Difícil aplicación en materiales rugosos. - Pueden ser inflamables. - Difícil lavado en zonas inaccesibles. C)Penetrantes coloreados'. * Ventajas: - Uso cómodo, para aplicación a pie de obra. - Se pueden emplear en piezas que no permitan el lavado con agua. - Utilizables en piezas anodizadas. - Sensibles a las pequeñas discontinuidades. * Desventajas: - Suelen ser inflamables. - Las indicaciones obtenidas son menos claras que las conseguidas con penetrantes fluorescentes. - Son de difícil aplicación en piezas rugosas. 4. REVELADORES. 4.1. Naturaleza y Propiedades El revelador es el elemento que se encarga de dar visibilidad a una indicación producida por el penetrante al introducirse en un defecto. Consiste en un polvo muy fino aplicado sobre la superficie sometida a ensayo, tras haber aplicado el penetrante y eliminado el exceso del mismo. A partir de ese momento el polvo revelador se encargará de: 423 - Actuar como papel secante, extrayendo el penetrante de las discontinuidades. - Formar una base sobre la que el penetrante se extiende, favoreciendo así la visibilidad. - Aumentar el contraste para una mejor visión de las indicaciones. - Aumentar la cantidad de penetrante extraído de los defectos cuando se usan reveladores húmedos. - Acortar el tiempo necesario para que la indicación se haga visible. Los reveladores han de reunir una serie de propiedades para que sus funciones abarquen el mayor campo posible.Estas propiedades son: A) Tener poder de absorción, que garantice su función secante. B) Estar constituidos por finos granos, para que su dispersión sea la mejor posi ble y produzcan una buena definición de los defectos. C) Cubrir en la mayor medida posible la superficie de fondo, para conseguir mejores contrastes. D) Ser de fácil aplicación, formando una capa fina y uniforme sobre la superficie que deseamos examinar. E) Su eliminación tras la inspección ha de ser fácil de realizar. F) No deben ser fluorescentes si son utilizados con penetrantes fluorescentes. G) No deben contener ingredientes dañinos o tóxicos para el operador. H) Cuando sean utilizados en suspensión con un líquido volátil (revelador húme do), no deben provocar el desalojo del penetrante que se encuentra en el inte rior de las discontinuidades. 4.2. Tipos de Reveladores Existen dos categorías principales de reveladores, reveladores secos y revelado res húmedos. 4.2.1.-Reveladores secos Fueron los primeros utilizados en la inspección por Líquidos Penetrantes.Consis tían en polvo de tiza o de talco; actualmente son usados también los polvos de sílice amorfa. Este tipo de revelador debe tener una consistencia ligera y adherirse a la superfi cie de la pieza de ensayo formando una fina capa uniforme.Sin embargo si la adheren cia fuera excesiva, la capa formada poseería un grosor que dificultaría la detección de las discontinuidades pequeñas. Con objeto de evitar la existencia de contaminación en la zona de trabajo, sería de gran importancia que el revelador no formara nubes de polvo en el aire, pero esto es casi imposible de conseguir. En la actualidad el sílice utilizado es obtenido artificial mente y no posee el peligro del obtenido de roca de sílice, pero al ser un polvo provo ca que se sequen la piel y diferentes membranas. Los polvos utilizados con penetrantes coloreados deben ser blancos; en el caso de penetrantes fluorescentes es importante que el color y la composición del polvo sean transparentes a la luz negra. Para evitar la aglomeración de los polvos cuando son almacenados es necesario que no sean higroscópicos. 424 Existen varios métodos de aplicación de los reveladores secos, como pueden ser: - Por inmersión de la pieza en el polvo, siempre que éste sea del tipo ligero. - Si el polvo es más compacto, se extenderá sobre la superficie de la pieza con la ayuda de una brocha, un pulverizador o espolvoreando con la mano. - Mediante el empleo de pistolas aerográficas a baja presión. - Por medio del uso de pistolas de aire comprimido. Es de gran importancia que el revelador se halle protegido de una posible conta minación producida por gotas de penetrante, ya que su posterior uso en la inspección dará lugar a indicaciones falsas. Si la contaminación está producida por aceite o agua, se originará una adheren cia mayor de la deseada a la superficie que está siendo inspeccionada. 4.2.2.-Reveladores húmedos Sus ventajas frente a los reveladores secos consisten en que no forman nubes de polvo y se aplican fácilmente llegando a zonas no alcanzadas por los anteriores. Sus desventajas son la menor sensibilidad para detectar defectos y la dificultad de conse guir la suspensión idónea. También la temperatura es un factor importante en la utilización de este tipo de reveladores, ya que si aquélla es demasiado elevada, se producirá evaporación y aumentará la concentración de la composición, mientras que si es muy baja el revela dor quedará inutilizable. Con el uso de los reveladores húmedos será mayor el tiempo de duración de la inspección debido a que el revelador comenzará a actuar tras la completa evaporación del medio en que se halla disuelto. Para la eliminación de este tipo de reveladores es necesario el uso de agua a pre sión. Los reveladores húmedos son de fácil aplicación aunque el baño se ha de mante ner en continuo movimiento o agitación para evitar el depósito de sólidos. Se aplican por inmersión de la pieza en ensayo, o bien mediante el uso de una pistola proyectante o de una brocha. Los principales tipos de reveladores húmedos son los siguientes: A) Revelador suspendido en agua: Fue creado para obtener mayor rapidez en las aplicaciones. En su composición han de existir los elementos necesarios que aseguren su buen funcionamiento, consiguiéndose una adecuada dispersión, un retraso en su precipitación y en su poder de corrosión, su fácil eliminación tras la inspección, etc... B) Revelador disuelto en agua: Es necesario el uso de un material que se disuelva en el agua, pero en general este tipo de material no es buen revelador. Actualmente estos reveladores no son casi usados. C) Revelador suspendido en disolvente: El antecedente de este tipo de pene trante lo encontramos en la mezcla de alcohol y blanqueador del método de aceite y talco. Estos reveladores se extienden sobre la superficie de la pieza inspeccionada, for mando una capa fina, suave y uniforme. Debido a su rápido secado se desperdicia muy poco. 425 El disolvente puede ser a su vez disolvente del penetrante con lo que se corre el riesgo de dificultar la formación de indicaciones debidas a defectos muy finos. Otra de sus desventajas está en el hecho de que en materiales rugosos y con el uso de pene trantes fluorescentes, se produce un brillo indeseado en toda la superficie de fondo. Sin embargo y a pesar de todo ello, su uso está muy generalizado. También son usados como disolventes aquéllos que poseen una base de cloro, con la ventaja de que no son inflamables. 4.3. Selección del revelador apropiado Ya que el revelador tiene una importancia fundamental durante el desarrollo de la inspección, se han de tener en cuenta una serie de factores técnicos en su elección, como pueden ser: - En superficies de acabado fino, usar reveladores húmedos (acuosos o no acuosos). - En superficies rugosas, usar reveladores secos. - En procesos automáticos es recomendable el uso de reveladores húmedos. - En la inspección de piezas con cambios agudos de estructura (por ejemplo tor nillos) no se recomiendan los reveladores húmedos ya que se pueden acumu lar tapando las posibles indicaciones. - En la detección de grietas, los reveladores húmedos no acuosos dan buenos resultados, no siendo así, sin embargo, en la detección de defectos anchos y poco profundos. - 5. Una pieza sobre la que se ha utilizado un revelador húmedo presenta una gran dificultad si fuera necesaria una reinspección. TECNICA DE ENSAYO POR LIQUIDOS PENETRANTES Para realizar el ensayo por líquidos penetrantes es necesario llevar a cabo una serie de operaciones. Estas son, por orden de ejecución: 1) Limpieza y preparación de la superficie. 2) Aplicación del penetrante. 3) Eliminación del exceso de penetrante. 4) Secado. 5) Revelado. 6) Inspección. 7) Registro de las indicaciones Pasemos al estudio más detallado de cada uno de estos pasos. 5.1. Limpieza y preparación de las superficies Cualquier tipo de contaminante que dificulte el paso del penetrante al interior del defecto debe ser eliminado. El agua es uno de los peores contaminantes, ya que no se mezcla con el penetrante. Por lo tanto el primer paso a dar consiste en la limpieza y secado de la pieza que va a ser ensayada. Para la limpieza superficial se emplea un cepillo de alambre que elimina el óxido y la cascarilla; también se emplean disolventes que eliminan aceites y grasas. 426 El sistema de limpieza más eficaz es el de vapor desengrasante, que limpia por completo las grietas o cualquier otro defecto superficial. 5.2. Aplicación del penetrante Consiste en impregnar la pieza con el penetrante y esperar a que penetre en todos los defectos. El tiempo que tarda el penetrante en introducirse en las discontinuidades es muy importante para la realización de la inspección. Este tiempo depende del tipo de mate riaI que constituye la pieza y de la clase de defecto que existe en ella. No es necesario que la pieza esté sumergida en el penetrante durante el tiempo que éste necesite para penetrar; ahora bien, si ese tiempo es muy amplio el penetran te se puede llegar a secar; antes de que esto ocurra se debe aplicar otra capa de pene trante, ya que en caso contrario habría que empezar la inspección de nuevo. 5.3. Eliminación del exceso de penetrante Tras el tiempo de penetración es necesario eliminar de la superficie de la pieza los restos de penetrante que existan. Una limpieza defectuosa daría lugar a errores de interpretación, mientras que una limpieza excesiva extraería el penetrante del interior de los defectos Los líquidos penetrantes lavables con agua y los post-emulsionables son elimina dos con agua caliente, no superior a los 502C. Si son fluorescentes el lavado debe rea lizarse bajo luz ultravioleta, para detectar cualquier posible resto que quedara. Cuando una pieza no pueda ser lavada por completo debido a falta de emulsión, se dejará secar totalmente y se le volverá a aplicar el penetrante. Los penetrantes solubles se eliminan en dos etapas. Primero se elimina el exceso con un trozo de tela secante y limpia; a continuación, y con un disolvente, se terminan de eliminar los restos que hubieran quedado. Se ha de tener cuidado de que el disolvente no elimine el penetrante que se halla en el interior de los defectos. El sistema de desengrase por vapor no se utiliza para eliminar el exceso de líquido. 5.4. Secado Tras eliminar el exceso de penetrante y antes de aplicar el revelador, se ha de lle var a cabo el secado de la pieza, bien mediante el empleo de un trapo limpio, o bien por evaporación o sometiéndo la pieza a una corriente de aire comprimido a tempera tura no superior a 50° C. El secado de la pieza no es necesario cuando se va a usar un base de disolvente. Sin embargo, cuando el revelador utilizado sea en disolvente (húmedo no acuoso), el secado debe ser cuidadoso. do ha de ser el suficiente para que no se evapore el penetrante defectos. revelador líquido a seco o suspendido El tiempo de seca del interior de los 5.5. Revelado Si se utiliza un revelador seco, éste se aplicará sobre la superficie de la pieza de un modo uniforme tras el secado de la misma, para evitar que se adhiera a ella. Ha de ser compatible con el penetrante utilizado. Si usamos un revelador húmedo, se aplicará de modo uniforme sobre la superfi cie de la pieza tras eliminar el exceso de penetrante y después del secado de la mis 427 ma. Para evitar errores en las indicaciones debemos procurar que no se produzca acu mulación del revelador. Sea cual sea el tipo de revelador húmedo usado, al secarse formará una fina capa de polvo sobre la superficie de la pieza. El revelador ha de aplicarse casi seco sobre la superficie de la pieza, para evitar que el líquido en que se encuentra en sus pensión desaloje al penetrante del interior de las discontinuidades y se produzcan indicaciones difíciles de interpretar. El tiempo de revelado ha de ser el mínimo necesario para que las indicaciones alcancen su máxima intensidad. Dependerá del tipo de material inspeccionado, del tipo de defecto buscado y de los productos empleados. Si el tiempo de revelado es muy largo, el penetrante que se encuentra en el inte rior de defectos anchos y profundos puede salir al exterior, alterando las indicaciones. 5.6. Inspección Con penetrantes coloreados, la zona de inspección debe estar suficientemente iluminada, bien con luz artificial, bien con natural. Se deben evitar los reflejos produci dos por la luz y no realizar la inspección de un modo continuado durante mucho tiem po ya que la fatiga visual disminuye la eficacia de la inspección. En penetrantes fluorescentes, la inspección debe realizarse bajo luz negra. Es necesario evitar la fatiga ocular y dejar transcurrir un tiempo de al menos cinco minu tos antes de proceder a la inspección, para que la vista se adapte a la oscuridad. ^Interpretación de los resultados: Todos aquellos defectos que afloran a la superficie del material en ensayo darán lugar a una indicación mediante el examen por líquidos penetrantes. Ahora bien, para la correcta interpretación de los resultados obtenidos es necesa ria la experiencia del operador y el conocimiento del historial metalúrgico de la pieza. Las indicaciones obtenidas pueden ser reales o falsas y es necesario hacer una distinción entre ellas para su correcta interpretación. Como indicaciones reales cabe destacar: - Las plegaduras de laminación y grietas se muestran como líneas que se van ensanchando; cuanto más profundo sea el defecto, más ancha será la indica ción resultante. - Las grietas finas y la falta de fusión aparecerán como líneas interrumpidas o como pequeños puntos formando una hilera. - Las grietas de fatiga darán lugar a indicaciones con bordes muy nítidos. - La porosidad se mostrará en forma de pequeños puntos o como una mancha coloreada. - La falta de pegado en uniones soldadas se muestra como una mancha lineal intermitente. - El volumen de la heterogeneidad se determina por el brillo y la extensión de la indicación. Además, si tras eliminar el revelador y aplicarlo de nuevo la indicación reapareciera, tendríamos un indicio del volumen del defecto. Aquellas indicaciones que resulten dudosas han de ser sometidas a un contra ensayo para asegurar que se trata de defectos reales. Las indicaciones falsas son aquéllas que no vienen dadas por auténticos defectos en la pieza. Se deben principalmente a tres causas determinadas: 428 - Lavado defectuoso de la pieza al no eliminar por completo el penetrante sobrante de la superficie del material. - Descuidada manipulación de la pieza, con las manos o las herramientas de trabajo contaminadas de penetrante. También por contaminación del revela dor con penetrante. - Por la geometría y construcción de la pieza, ya que puede quedar penetrante retenido en alguno de sus recodos o intersticios y extenderse a continuación por la superficie de la pieza dando lugar a errores de interpretación. 5.7. Registro de las indicaciones El mejor medio de registrar una indicación consiste en la utilización de la fotogra fía, ya sea en blanco y negro o en color. Para ello se ha de tener en cuenta que los penetrantes coloreados no presentan pro blemas, pero los fluorescentes necesitan de un filtro que absorba la radiación ultravioleta y sólo capture la visible; así se obtienen mejores contrastes entre la indicación y el fondo. 6. - LUZ NEGRA PARA LA INSPECCION POR PENETRANTES FLUORESCENTES Por luz negra designamos aquella radiación ultravioleta cuya longitud de onda es más corta que la más corta de las del espectro visible. Esta luz no es visible al ojo humano. Los penetrantes fluorescentes son capaces de absorber esa luz negra y emitirla en una longitud de onda visible para el hombre. Sabemos que el ojo humano distingue mejor la luz verde amarilla que la roja o azul, por ello los tintes usados para los penetrantes fluorescentes han de emitir ese color y son seleccionados teniendo en cuenta este detalle. 6.1. Fuentes de luz negra Las lámparas de vapor de mercurio son las más utilizadas, ya que además de emitir la longitud de onda que se desea suministran una gran intensidad; esta caracte rística es importante debido a que la mayor o menor visibilidad de una indicación fluorescente está directamente relacionada con ella. Este tipo de lámpara recibe la corriente de un transformador. La luz negra cubre un área de 6 pulgadas de diámetro. En el centro de ese área la intensidad de la luz es casi el doble de la necesaria. 6.2. Filtro de luz negra El filtro suele ser de cristal rojo-morado. Se encarga de eliminar la radiación ultravioleta peligrosa y permite el paso de aquélla cuya longitud de onda oscila desde los 4000 hasta los 3200Q A. La óptima radiación para obtener una buena indicación de los penetrantes es la de 36507 9 A. * 7. - INFORME DEL ENSAYO Tras la realización del ensayo de una pieza mediante líquidos penetrantes, el fabricante debe especificar en un informe los datos siguientes: a) Referencia que identifique la zona de la pieza y la soldadura inspeccionada e informe de si la soldadura ha sido sometida a algún tipo de tratamiento. 429 b) Fecha del examen. c) Categoría e identidad de la persona que realizó el examen. d) Limpieza aplicada. e) Productos utilizados en el ensayo, especificando los tiempos de penetración y de revelado. f) Referencias para la localización de los defectos y descripción de los mismos. A continuación se muestran dos modelos de informes de este tipo de ensayo: el Modelo de Informe de Líquidos Penetrantes, y el Modelo de Informe Diario de Solda dura y END. INFORME DE LIQUIDOS PENETRANTES Informe n.°: Localización: Plano o isométrico n.*: Línea: Material base: Posición: Croquis Aceptado 0 Reexaminado y aceptado r—< LJ Reparación necesiara (_J Rechazado O Tipo de defectos Sector N.° junta Calificación Longitudinal Circunferencial Otros Productos utilizados Penetrante Eliminador Serie de fabricación Serie de fabricación Observaciones: 430 Revelador Serie de fabricación Inspector Gar. calid. Fecha Fecha N.° soldadura Historial Procedimiento Soldador Tipo de junta Mat. base Líquidos Final 0" Raíz N.° línea Bord Isomètrico 1 . J Edificio R visual INSPECTOR FECHA HOJA DE INFORME DIARIO DE SOLDADURA Y END Radiografía Material aportación Capítulo 27 PARTICULAS MAGNETICAS 1. - INTRODUCCION El método de detección de defectos por medio de partículas magnéticas puede ser catalogado como el precursor de los ensayos no destructivos. Las partículas magnéticas fueron descubiertas por William Hoke, y su utilización como método en la detección de defectos se remonta a la segunda década de este siglo. El sistema se basa en la influencia que ejerce un determinado campo magnético sobre una cantidad de finas partículas metálicas. La posición del campo magnético respecto al defecto juega un papel muy importante, ya que se obtendrán unos resulta dos óptimos cuando la orientación del campo magnético sea perpendicular al posible defecto. Por otro lado es necesario destacar que este tipo de ensayo no destructivo es recomendado sólo para defectos superficiales o cercanos a la superficie del material que deseemos examinar. 2. - APLICACIONES DE LOS CAMPOS MAGNETICOS Podemos definir el magnetismo como la propiedad que poseen algunos materia les, en especial el acero y el hierro, de atraerse físicamente cuando se les somete a la acción de un campo magnético. La visualización de las líneas de fuerza se realizará espolvoreando cierta cantidad de finas partículas ferromagnéticas sobre una superficie ya magnetizada, ya que las partículas se orientan en la dirección del campo magnético. Para que se pueda considerar que el ensayo realizado ha sido correcto, tendre mos que magnetizar la pieza a inspeccionar al menos en dos posiciones, siendo una perpendicular a la otra. Ello es debido a que las líneas de fuerza que crea el campo magnético en la superficie magnetizada se alinean en la misma dirección. En el caso de que exista una fisura cuya posición sea paralela a las líneas de fuer za, éstas apenas sufrirán alteración. Pero si la fisura se encuentra perpendicularmente 433 al campo las líneas de fuerza se distorsionarán notablemente, ya que verán en la fisu ra un obstáculo que intentarán salvar según se indica en la figura 1. Figura 1 Resumiendo lo expuesto hasta el momento, el ensayo con partículas magnéticas pretende detectar las discontinuidades de las líneas de fuerza que se producen dentro de un campo magnético. 3. INDUCCION MAGNETICA Si hacemos circular una carga eléctrica por un punto del espacio en el que actúa un campo magnético, la carga eléctrica quedará sometida a una fuerza cuya valor ven drá determinado por la fórmula siguiente: F = q v-B sen a Siendo: q = Carga eléctrica de la partícula, v = velocidad de la partícula. B = Inducción magnética. a = Angulo formado por B y v. El flujo magnético es el número de líneas de fuerza que atraviesa una superfi cie y viene determinado por la fórmula siguiente: Ó = B-A Siendo: B = la inducción magnética. A = Area de la superficie. 434 4. CAMPO MAGNETICO CREADO EN UN CONDUCTOR RECTILINEO, EN UNA ESPIRA Y EN UN ARROLLAMIENTO En este apartado tratamos de ver resumidamente cómo se crea un campo magnético en un conductor rectilíneo, en una espira y en un arrollamiento; ya que el tema se desarrolla en el capítulo dedicado a fundamentos eléctricos, nos limitaremos a ver su expresiones y figuras. El campo magnético creado en un conductor rectilíneo viene determinado por la siguiente fórmula: B = -U°_ ■ -L 2-n d Donde: pío = Permeabilidad magnética del vacío. i = Intensidad de corriente que circula por el conductor, d = Distancia del conductor al punto considerado. En el caso de tratarse de una espira, el campo magné tico creado por ésta en su centro será según la siguiente fórmula: B = -U2- ■ -2 2 a Siendo : i = La intensidad de corriente, a = El radio de la espira. 435 Cuando el conductor se arrolla formando un solenoide el campo magnético en un punto de su eje será según se indica en la fórmula: B = Uo 2 . N-i L Donde: N = Número de espiras del arrollamiento. L = Longitud del solenoide. 5.-FERROMAGNETISMO El fenómeno ferromagnètico puede ser comprobado mediante un dispositivo lla mado anillo de Rowland, formado por un arrollamiento toroidal que está conectado a un generador de corriente eléctrica y accionado por medio de un interruptor, y un segundo arrollamiento unido a un dispositivo de medida. N = Na de espiras. i = Intensidad de la corriente en amperios. L = Longitud del arrollamiento en metros. En el caso de que el arrollamiento toroidal fuese un anillo de material ferromag nètico vemos que la densidad del flujo es mayor que la anteriormente calculada. 436 La densidad de flujo siempre será mayor en los materiales ferromagnéticos que en los materiales que no posean esta cualidad; ello es debido a la peculiaridad de los electrones que forman la corteza de los átomos de sustancias ferromagnéticas. 6. METODOS DE MAGNETIZACION La magnetización de un material se realiza introduciendo éste en el seno de un campo magnético con el objetivo de orientar sus líneas en la misma dirección que las del campo. La magnetización de un metal se puede llevar a cabo de las siguientes formas: * Por medio de un imán. * Con corrientes eléctricas. Para llevar a cabo la magnetización mediante un imán permanente, pondremos los dos polos de dicho imán en contacto con la superficie a magnetizar; de esta forma las líneas de fuerza que salen de un polo del imán pasarán a través de la pieza en bus ca del otro polo, cerrándose así el campo magnético. La magnetización por corrientes eléctricas se puede llevar a cabo de las siguientes formas: * Haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una pieza. * Haciendo pasar la pieza por el interior de una bobina por la que circula una determinada corriente. 6.1. Magnetización circular Este método puede ser empleado solo en piezas de pequeño y mediano tamaño, ya que la dimensión del material a ensayar está relacionada con la intensidad del campo; a mayor tamaño necesitaremos un campo más elevado. La magnetización circular se efectúa con la ayuda de dos placas que se sitúan en los extremos de la pieza a ensayar, y haciendo circular entre ellas una corriente que recorrerá la pieza longitudinalmente. Así estaremos creando un campo magnético cuyas lineas de fuerza son perpendiculares al eje de la pieza, capaces de detectar defectos superficiales situados en la dirección del eje. 6.2. Magnetización longitudinal Con este método se manifestarán los defectos superficiales (grietas, fisuras etc) localizados en la perpendicularidad del eje de la pieza a inspeccionar. Está basado en la creación de un campo magnético que envuelva a la pieza según se indica en la figura. Para ello arrollaremos un conductor a esta y haremos 437 que circule por este una determinada corriente, según el campo que deseemos obtener. 6.3. Magnetización local Método conocido también como magnetización local, consiste en la utilización de un yugo magnético el cual, una vez posicionado sobre la zona a verificar, se acciona de manera que se establezca una corriente entre sus extremos; de esta forma estare mos creando un campo magnético local. 438 Este tipo de magnetización es útil para inspeccionar áreas en grandes piezas, pudién dose conseguir tanto una magnetización longitudinal como circular. Para ello emplearemos equipos portátiles de manera que podamos realizar las inspecciones a pie de obra. 7. - CORRIENTES USADAS EN LA MAGNETIZACION Dependiendo del tipo de corrientes que empleemos podremos localizar defectos tanto superficiales como subsuperficiales. Las corrientes más usadas en los ensayos de partículas magnéticas son las siguientes: 7.1. Corriente alterna Cuando usemos corriente alterna solo podremos detectar defectos próximos a la superficie (como máximo a 2 mm. de la superficie). Tendremos en cuenta que la frecuencia es inversamente proporcional a la pene tración del campo magnético, es decir; a mayor frecuencia menor penetración. Una característica de la C.A. es la buena magnetización por lo que se recomienda su utilización para la detección de pequeños defectos. 7.2. Corriente continua La corriente continua es empleada para detección de defectos subsuperficiales. Al contrario de la C.A. sólo localizará defectos cuyo tamaño sea apreciable. Dentro de la C.C. podremos encontrar la corriente alterna rectificada. Resulta ser muy eficaz para inspecciones con partículas magnéticas por vía seca. Cuando se rectifican corrientes alternas tanto monofásicas como trifásicas obte nemos unos resultados mejores que en el caso de corriente alterna, pudiendo detectar defectos a una profundidad máxima de 8 mm. 8. - ENSAYOS DE PARTICULAS MAGNETICAS El ensayo se realiza de la siguiente manera: 439 Primero tendremos que limpiar la zona que vamos a inspeccionar, para lo cual podremos utilizar un spray con limpiador. 440 En segundo lugar someteremos la pieza o la zona a la acción de un campo mag nético o haremos que esta lo adquiera, dependiendo del tipo de magnetización que empleemos. En el caso que usemos el yugo magnético lo colocaremos sobre la pieza a ins peccionar y lo accionaremos pulsando su interruptor. El tercer paso será aplicar los partículas magnéticas o preparar el baño de éstas en caso de ser partícu las magnéticas por vía húmeda; todo ello se realizará mientras el yugo per manezca energizado. El cuarto paso a dar será retirar el yugo magnético y comprobar la ali neación que han tomado las partícu las magnéticas para determinar si existen defectos. El último paso a dar consistirá en limpiar la superficie de nuevo para someterla a otra inspección pero con la única diferencia de energizar el yugo en una posición perpendicular a la anterior, repitiendo nuevamente todos los pasos. 441 9. TIPOS DE PARTICULAS MAGNETICAS Las partículas magnéticas más usadas son las limaduras de hierro pudiéndose usar también óxidos de hierro. Estas partículas pueden hacerse visibles con luz ordi naria o luz fluorescente dependiendo del medio en el que estén inmersas. Existe una amplia gama de partículas caracterizadas por su tamaño, densidad, coloración etc. Podemos clasificar las partículas magnéticas según el método de aplicarlas sobre la superficie de ensayo. 9.1. Partículas magnéticas por vía seca Este medio es ideal para la detección de defectos superficiales siempre que use mos corriente continua. Se utilizan partículas en forma de polvo que se distribuyen uniformemente por la superficie del ensayo mediante un spray o con la ayuda de una perilla de goma. Su tamaño tiene gran importancia ya que dependiendo de éste se podrán resal tar mejor las fisuras y depresiones; puede oscilar en torno a 0,1 y 0,4 mm. Uno de los inconvenientes que presentan este tipo de partículas es que deben preservarse de la humedad ya que ello puede dar lugar a la formación de terrones impidiendo así su distribución homogénea por la superficie del ensayo. • Otra peculiaridad de las partículas por vía seca es su coloración, que varía según el color de la superficie a ensayar, pudiendo ser éstas rojas, negras, grises y fluorescentes. 9.2. Partículas magnéticas por vía húmeda Este tipo de partículas magnéticas tiene un tamaño menor que el de las usadas por vía seca. Las partículas por vía húmeda se caracterizan por estar en suspensión en un medio líquido siendo los más usados los siguientes: * Aceite mineral fluido. * Agua. * Petróleo. La coloración de estas partículas puede ser variada como en el caso de las partí culas por vía seca. De entre los diferentes colores destacaremos las rojizas, negras, verdes amarillentas y fluorescentes. En el caso de que las partículas vayan inmersas de un medio fluorescente necesi taremos de una luz negra o ultravioleta para poderlas visualizar con claridad. 10. VERIFICACION DE DEFECTOS La técnica de detección de defectos por partículas magnéticas es muy común en las soldaduras ya que puede detectar grietas superficiales incluso de 0,4 p. Las partículas más usadas son los oxidos de hierro por via húmeda, utilizando en la mayoría de los casos agua a la que previamente se le añade un distensor y un anticorrosivo. El empleo de aceite no se recomienda por la posibilidad de provocar poros. Para la inspección a luz normal se usan partículas de color marrón o negras, se presentan en preparados provistos de distensor, aditivo antiespuma y anticorrosivos encontrándose bajo el nombre de concentrado FERROFLUX SOLUBLES EN AGUA. 442 A la hora de detectar las diferentes discontinuidades tendremos en cuenta la for ma de depositarse y la agrupación de las partículas magnéticas sobre la superficie de ensayo. 10.1. Defectos superficiales Las partículas magnéticas se agrupan en la dirección y en mayor o menor espe sor dependiendo de la profundidad a que se encuentra la fisura. Casi siempre se loca lizan paralelas a la fibra del material. 10.2. Discontinuidades subsuperficiales Las partículas toman una forma similar a las pelusas; presentan mayor definición en las partes centrales que en los bordes, adquiriendo una menor adherencia en estos. Suelen ser poco profundas y en muchos de los casos presentas bifurcaciones. 10.3. Grietas en cráter Las podemos localizar en el lugar de finalización del cordón; pueden presentarse como una línea sin dirección definida o como múltiples grietas que convergen en un punto a modo de estrella. 10.4. Falta de fusión Este defecto lo podemos localizar en los bordes del cordón de soldadura (parale los al cordón), acusándose mas en los lugares donde mayor falta de penetración exis te y mostrándose de una forma pronunciada. 10.5. Porosidad superficial Las partículas se definen bien en pequeñas concentraciones, indicando con clari dad la localización del defecto. 10.6. Geometría Tendremos que tener especial cuidado ya que un cambio de sección o la proxi midad de un taladro vienen indicados por las partículas y pueden ser confundidos con algún defecto. 10.7. Falta de penetración La representación de este defecto es parecido al determinado por discontinuida des superficiales. 10.8. Inclusión de escorias Para poder detectar una inclusión de escorias tendremos que emplear un campo magnético interno. Las inclusiones aparecen como líneas aisladas o bien agrupaciones de éstas, estando siempre alineadas en la dirección de la textura del material. 10.9. Soldadura de un metal magnético con otro no magnético En caso de que se suelden por arco eléctrico no es recomendable hacer una ins pección mediante partículas magnéticas, ya que su representación suele ser muy difu sa. En caso de ser soldados por resistencia eléctrica aparece la indicación de la unión, que viene representada como una grieta. 443 11. ELIMINACION DE LA MAGNETIZACION EN LAS PIENZAS INSPECCIO NADAS Después de someter una pieza a un determinado campo magnético, éste perma nece en dicha pieza durante un tiempo más o menos prolongado, dependiendo de la intensidad del campo a que ha sido sometida. Existen varias formas de desmagnetizar una pieza. La más utilizada es la que emplea corriente alterna de 50 a 60 Hz o frecuencias más bajas en torno a los 10 Hz. La desmagnetización se puede llevar a cabo de dos formas: a) La pieza a desmagnetizar se introduce en el campo magnético de una bobina y se va alejando de su núcleo hasta que el campo se anule. Esta distancia sue le ser de 1 a 1,5 m. b) El segundo método consiste en introducir la pieza en el interior del campo de la bobina, y mediante un dispositivo reducir progresivamente la intensidad del campo. El primer método es el más usado debido a su fácil utilización y comodidad. No siempre será necesario desmagnetizar una pieza, por lo que se exponen a continuación aquellos casos en los cuales se aconseja desmagnetizar: * Cuando el campo magnético pueda interferir en el limpiado de la pieza. * Cuando en la soldadura por arco eléctrico pueda producir una desviación del arco. * Cuando pueda causar averías en órganos móviles como rodamientos, por adherencias de virutas. * Cuando el campo magnético de la pieza pueda afectar a instrumentos magné ticos como brújulas etc. * Cuando la magnetización influya en las operaciones de mecanizado posterio res, haciendo que se peguen las virutas tanto a la cuchilla de desbastado como a la pieza. Los casos en los que la desmagnetización no será necesaria, por otra parte, son los siguientes: * Cuando la pieza vaya a sufrir un calentamiento superior a los 770a C, ya que el acero queda desmagnetizado por encima de esta temperatura. * Cuando el magnetismo no afecte al funcionamiento de los instrumentos cer canos o al conjunto donde esté ubicada. * Cuando la pieza vaya a ser magnetizada en procesos posteriores. * Cuando la pieza sea de materiales bajos en retentividad, ya que en un espacio de tiempo corto la magnetización desaparece. 444 Capítulo 28 INSPECCION POR ULTRASONIDOS 1. - INTRODUCCION Los ultrasonidos son ondas acústicas de naturaleza idéntica a las ondas sónicas y se diferencian de estas en que su campo de frecuencia se encuentra por encima de la zona audible. Debido a los fenómenos que provocan en solidos, líquidos y gaseosos se han aprovechado para numerosas aplicaciones técnicas y científicas como son: - En la industria metalúrgica, para el control de productos fundidos, forjados y laminados, como por ejemplo de chapas, tubos, etc. - En la construcción de maquinaria y transformados metálicos, para el control de productos semielaborados, de uniones soldadas y pegadas, así como para el control de las tolerancias finales. - En centrales térmicas, hidraúlicas y nucleares , para la inspección de recipien tes solicitados por presión y temperatura elevadas y para el control de turbi nas y generadores. - En la ciencia e investigación para la determinación de las propiedades de sóli dos y de las estructuras atómicas de los mismos; para la investigación en medicina y biología. 2. - APLICACIONES DEL METODO DE ULTRASONIDOS A LA INSPECCION DE SOLDADURA El método de ultrasonidos y el de rayos X son los más completos y los que ofre cen mayor fiabilidad en la inspección de piezas soldadas, comparativamente su cam po de aplicación se diferencia en : 1- En general con espesores menores, las inclusiones de escoria pequeñas se pueden detectar más fácilmente usando el método de rayos X que el de ultrasonidos. 445 2- Cuanto más gruesas son las piezas que se van a examinar, en general, la detectabilidad de los defectos es mayor utilizando ultrasonidos que utilizando rayos X. 3- La localización de las discontinuidades de materiales tales como grietas y defectos laminares es frecuentemente más difícil, sino imposible usando rayos X. 4. Con los ultrasonidos, se localiza la separación del material, especialmente la falta de fusión se detecta muy fácilmente. 5- En muchos casos, los ensayos por ultrasonidos son considerablemente más económicos que por rayos X. 6. 3. En los ensayos con rayos X se obtiene un documento instantáneo a escala real, y por ultrasonidos se consigue el eco que producen los defectos en la pantalla. FUNDAMENTO DEL METODO Todo cuerpo o materia se encuentra en equilibrio elástico, con todas sus partícu las equilibradas por fuerzas elásticas. Estas partículas se moverán cuando una fuerza exterior rompa el equilibrio en que se encuentran. Las fuerzas elásticas se comportan como se muestra en el modelo de la figura 1a, en el que un resorte elástico soporta un peso, el cual le provoca una abertura determi nada, provocando una oscilación sinosuidal, si se aumenta el peso aumentará la aber tura del resorte y de la oscilación. Al aplicar a un cuerpo en equilibrio una fuerza exterior, las partículas superficia les, comunicarán la energía recibida a las partículas vecinas y éstas, a su vez, a las siguientes, produciéndose una propagación de la energía exterior a través de todas las partículas del medio. En la figura se muestra un modelo de cuerpo elástico dimensional en equilibrio (Figura 1b). Si comunicamos una presión determinada al primer plano de partículas estas comienzan a oscilar, o sea, a comunicar la energía recibida, a las partículas siguientes, la oscilación producida tendrá la misma frecuencia y amplitud que la pre sión ejercida desde el exterior. En el método de ultrasonidos la energía externa aplicada al cuerpo está provoca da por las ondas ultrasónicas. Las ondas sónicas y los ultrasonidos son muy semejantes, la diferencia radica en que las ondas audibles están en una frecuencia de alrededor de los 0'02 MHz y los ultrasonidos operan en frecuencias comprendidas generalmente entre los 0'5 y 20 MHz, aunque en la actualidad se están ensayando con frecuencias del orden de los 100 MHz ( 1 MHz equivale a un millón de oscilaciones por segundo ). 446 En principio todas las ondas ultrasónicas se pueden propagar en cualquier medio en el que existan átomos o moléculas que vibren. Se puede dar el caso de que en algunos materiales su energía vibratoria se convierta en calor, y por lo tanto estas ondas no se propagan en él. El fundamento de la Inspección por Ultrasonidos consiste en emitir un sonido a través de un cuerpo y recibirlo una vez que lo ha atravesado, interpretando las varia ciones que ha podido sufrir, a través de los ecos que produce en una pantalla lumino sa, y evaluando las discontinuidades o defectos que se encuentren, según las formas y dimensiones que los ecos del sonido tenga la pantalla. La inspección de un cuerpo se puede realizar emitiendo sonido desde una de sus caras y recibiéndolo en la cara opuesta, o se puede emitir y recibir el sonido desde la misma cara, aprovechando la propiedad de las ondas ultrasónicas; la cual hace posi ble que una parte de ellas reboten en la superficie que separa a dos cuerpos con pro piedades elásticas diferentes. La zona donde se produce el encuentro de dos medios con diferentes propiedades de propagación del sonido se llama " Superficie Límite Para emitir y recibir las ondas ultrasónicas son necesarios un emisor y un recep tor basados en las características de los materiales piezoeléctricos. El efecto piezoeléctrico consiste en: cuando se le aplica a un determinado material una presión mecánica éste se deforma en su superficie y aparece una carga eléctrica producién dose una diferencia de potencial entre sus caras y a la inversa, si al mismo material se le aplica una diferencia de potencial se deforma produciendo ondas de presión. Este efecto se produce en algunos materiales, entre otros y como más antiguo tenemos el cristal de cuarzo, también están el sulfato de litio, el titanato de bario, etc. Para llevar a cabo una inspección necesitamos introducir el sonido producido por el cristal dentro del material a verificar. Para conseguirlo se utiliza un acoplamiento acústico que permita la transmisión de las oscilaciones producidas por el cristal. Este acoplamiento tiene como finalidad eliminar el aire, y se suele emplear aceite o grasa dependiendo del grado de rugosidad de la pieza. Los elementos que se usan para emitir y recibir se denominan palpadores. 4. PARAMETROS Definamos algunos parámetros de las ondas ultrasónicas: * * Frecuencia.- (f) Número de oscilaciones de una partícula por segundo. Longitud de onda.- (X) Distancia entre dos planos en el que las partículas se encuentran en el mismo estado de movimiento. * Velocidad acústica.-(c) Velocidad de propagación de la onda para una condi ción dada. * Amplitud de oscilación - (A) Desplazamiento máximo de una partícula de su posición cero. * Presión acústica - (P) En los puntos en los cuales la densidad de partículas es grande también aumenta su presión, mientras que en los puntos de menor densidad la presión disminuye. * Velocidad instantánea de vibración - (v) Es la propiedad que posee la partícula en su movimiento oscilatorio. La frecuencia o número de oscilaciones que realiza cada partícula de un cuerpo en un segundo, es directamente proporcional a la velocidad de propagación del soni 447 do en ese cuerpo, medida en metros por segundo, e inversamente proporcional a la longitud de onda de la propagación o distancia entre dos puntos que ejercen una mis ma presión, según la fórmula: f=2 X 5. TIPOS DE ONDAS A) Ondas longitudinales. Es la que se produce cuando las partículas oscilan en la dirección de propaga ción de la onda. Son llamadas también ondas de presión o compresión debido a que en ellas están activas fuerzas de compresión y dilatación. Dirección de propagación Onda longitudinal B) Ondas transversales. Las partículas oscilan en dirección transversal a la de propagación de la onda. Estas ondas encuentran grandes dificultades para propagarse en cuerpos en estado sólido o líquido. Estas ondas se producen en medios de transmisión capaces de trans mitir esfuerzos de cizallamiento, como sucede en casi todos los cuerpos sólidos. x-------------1 Onda transversal C) Ondas de superficie. Se propagan sólo en la periferia plana o curva de un sólido semiinfinito, siguien do las irregularidades de su superficie o su contorno. Son un tipo especial de onda transversal. D) Ondas estacionarias. Se producen cuando en un ensayo aparecen reflexiones en las superficies limites de la pieza y suelen ir mezcladas con otros tipos de ondas, lo que hace difícil la inter 448 pretación de los ecos en pantalla. Pueden ser de dos tipos: - Simétricas o de dilatación. - Asimétricas o de flexión. 5.1 Comportamiento de las ondas ultrasónicas en superficies limites. En la propagación de la onda acústica se considerada "superficie limite" a aque lla que separa dos medios con propiedades elásticas diferentes. Si un material se encuentra rodeado de un espacio vacío, no puede transmitir ningún tipo de onda acústica, por lo que esta retorna. Si hay otro material adherido al primero, la onda se propaga por él aunque algo alterada en dirección, intensidad y modo. 449 5.1.1. Incidencia perpendicular o normal. Si una onda acústica plana incide perpendicularmente sobre una superficie plana que separa dos medios diferentes, parte de la energía de la onda se refleja y vuelve en la misma dirección y parte se propaga en el segundo medio manteniendo su dirección y sentido. -------- Onda incidente Medio 2 ------- Onda reflejada Medio 1 Superficie limite 5.1.2. Incidencia angular. Cuando una onda sonora incide con un determinado ángulo respecto de la nor mal en una superficie limite, parte del haz se refleja y parte se transmite al segundo medio produciéndose una refracción, es decir; el haz transmitido experimenta un cam bio en su dirección de propagación respecto a la dirección de incidencia. Ley de refracción; o < a' 450 Al atravesar las ondas la superficie límite su dirección de propagación se modifi ca de acuerdo con la ley de refracción de Snell: sena _ Ci sen(3 Ca En la propagación de las ondas ultrasónicas nos encontramos con el fenómeno de que las ondas longitudinales se puede transformar en ondas transversales y vice versa. En los cuerpos sólidos la refracción de las ondas en una superficie límite es com pleja, pues se produce en ellas un cambio de dirección y modificaciones en las carac terísticas de las ondas. Una onda longitudinal que incide en un cuerpo produce otra onda longitudinal refractada y una onda transversal según la ley de la refracción: senaionq _ Cl long C2transv Senjftransv Cuando senjf iong = 1, entonces a' = arcsen(-C1- long ' C2 long Cuando senfj tr.nsv = 1, entonces a" = arcsen(-£1- long C? 6. GEOMETRIA DEL HAZ ULTRASONICO Debido a la superposición del fenómeno de difracción y del de los bordes, se pro ducen en la onda plana, en su proximidad al oscilador, un campo con sus máximos y mínimos de presión acústica, es decir; un fenómeno de interferencia del campo ultra sónico. La relación entre el diámetro del palpador y la longitud de onda, determina la extensión del campo de interferencia y el número de máximos y mínimos de presión acústica. Para calcular la longitud del campo cercano N se aplicará la fórmula: N _ Diámetro efectivo2 4X v como f=-£_ II \ __c_ X f N _ Diámetro efectivo2 xf 4c Siendo el diámetro efectivo igual a 0,94 el diámetro nominal, con lo cual se pue de conocer la distancia entre el palpador y el campo lejano, que es donde empieza la zona de mayor sensibilidad de un palpador. Se observa que la frecuencia de un palpador es fundamental para la detección de mínimos defectos. Ejemplo: Para conocer el campo cercano de un palpador de 24 mm. de diámetro en una pieza de acero: 451 |yj _ D. ef.2 x f _ 4c (24x0,94); x4 _ 2035,81 = 86 mm 4x5920 23680 D. ef = 0,94 D-. f = 4 Mhz c = 5920 m/s Esto quiere decir que hasta 86 mm. no se pueden evaluar defectos en el acero, pero si sitarlos. En la dirección de propagación de la onda existe un máximo y sobre el eje que determina el fin del campo de interferencia, también denominado campo próximo en contraste con el campo continuo y libre de interferencia denominado campo lejano. 6.1. Campo cercano Situado justo a continuación del cristal piezoelectrico. Su forma es prácticamente cilindrica y se define como la distancia existente entre el cristal del palpador y un pun to en el cual un receptor de pequeño tamaño proporciona su máxima reflexión y altu ra de eco. En este campo la presión no es uniforme y el tamaño en el que aparecen los defectos en pantalla es falso, por lo que no se pueden evaluar defectos en él. 6.2. Campo lejano. Situado a continuación del campo cercano, en el la presión sonora desciende progresi vamente. Su forma es cónica, y el tamaño del eco viene dado por el ángulo de divergencia. 7. PALPADORES La máxima sensibilidad de un palpador se encuentra al final del campo cercano, y es allí donde se detecta el menor defecto posible. W = palpador angular S = haz N = final del campo cercano Característica del haz de un palpador angular. 452 W Restricciones a la detectubilidad de defectos, debido a la influencia del impulso de emisión. los ecos do dispersión cwu1 «mposjWe ¡ zona muerta) pi/ede detectarse una cpsconbnuidad ■; tiene un tamaño egui/aieote .9 v° renactor plaño aufm de. ai menos. 6 aun puede detectarse t. letiectoi de, a¡ menos. 4 puede petectaisx reflector de al menos 2 puede deUí ttiftecWx de. al moños. < deteclabili $£¿■0* iM ouMXinwuxddd puede detectarse si tiene un tamaño equivalente a un u4k» ufad de detec la divergencia t»s SWs w ás« áe» -fe Hs* sestee puna«: detectar» Israutkramer 453 Son elementos que generan, emiten y reciben las ondas sonoras basados en las características de los cristales piezoeléctricos, que permiten en la inspección por ultra sonidos detectar defectos a partir de la señal emitida y recibida, transformándolas en señales visibles en la pantalla del equipo. Hay tantos tipos de palpadores de inspección como tipos de piezas a ensayar. Los hay para diversos materiales, diversos tamaños, para contacto directo con la pie za, para producir haces sonoros verticales, oblicuos, para impulsos cortos o largos y para técnicas de inmersión en agua. La constitución básica de un palpador es la siguiente: A) Caja o carcasa, donde se aloja el cristal, el conector y el amortiguante. B) Conector, para por medio de una clavija conectar el palpador al equipo. C) Amortiguador, para evitar que el cristal oscile libremente después del impul so. D) Cristal, encargado de ejercer la presión en la pieza y recibir la señal; de él depende la frecuen cia de emisión. E) Suela protectora para prevenir la rotura del cris tal y alargar la vida del mismo. Para la construcción de los palpadores se pueden usar diferentes tipos de cristales, que suelen ser de titanato de bario, metabaniato de plomo, sulfato de litio y cuarzo entre los más principales. Además del cristal, el palpador precisa de un amortiguante dispuesto sobre el cristal, del cual depende la longitud de los impulsos sonoros y su espectro de frecuencias. Las principales características de un palpador son: - Sensibilidad. Comparable con el rendimiento, es la capacidad de convertir más energía eléctrica en energía sonora, lo cual se traduce a la hora del ensa yo en una mayor posibilidad de detectar discontinuidades de pequeño tama ño. - Poder resolutivo. Es la capacidad del palpador para separar ecos de fondo de dos espesores distintos y que estén dispuestos uno a continuación del otro. Los palpadores fabricados con el cristal de titanato de bario poseen una elevada sensibilidad a la vez que un aceptable poder resolutivo. El palpador tiene una característica direccional, es decir, las oscilaciones ultrasó nicas sólo penetran en una sección especifica de la pieza de ensayo que esta bajo el palpador, aunque las ondas se reflejan en todas las direcciones al encontrar un obstá culo a su transmisión. Las oscilaciones de sonido se agrupan en un haz y por lo tanto nos referimos al haz de sonido. A menudo es suficiente dibujar simplemente el eje central para ver como una ha de ser planteada una prueba. Una discontinuidad que se extienda espa cialmente, es decir, una discontinuidad en tres dimensiones, refleja las oscilaciones ultrasónicas en varias direcciones. Solamente una porción relativamente pequeña del sonido vuelve al palpador, dependiendo de la dirección desde la cual el sonido golpea contra la discontinuidad. Si la porción del sonido recibida por el palpador es suficiente para generar una señal, entonces se puede localizar una discontinuidad, en otras palabras, el operario puede 454 Característica del haz de un palpador SE. detectarlas haciendo pasar el haz desde las direcciones más diferentes, es decir, una discontinuidad que no se detecta por una cara de la pieza, puede localizarse por otras caras. Simbolización de los palpadores. Las características de los palpadores vienen definidas por unas abreviaturas nor malizadas dispuestas en su carcasa. En primer lugar nos encontramos una letra que nos indica qué tipo de cristal usa el palpador, seguida de un número correspondiente a su frecuencia en MHz, para terminar con una letra para designar la serie. TIPO DE CRISTAL LETRA TITANATO DE BARIO B METABANIATO DE PLOMO G CUARZO Q CRISTAL ESPECIAL K 455 Si a toda la serie se le antepone una M quiere decir que es un palpador miniatu ra, y si lleva una W, significa que es un palpador angular. Los palpadores con dos cris tales llevan la denominación SE. Los palpadores especialmente diseñados para técnicas de inmersión anteponen a la serie la letra T. 8. CLASIFICACION DE LOS PALPADORES Una primera clasificación de los palpadores puede hacerse en base a como sale de él el haz de ondas. Siguiendo esta clasificación nos encontramos tres tipos de pal padores. 8.1. Palpador de haz normal. Transmiten el haz de sonido perpendicular a la superficie de la pieza de apoyo. La mayoría de los palpadores standard de haz normal transmi ten y reciben pulsaciones de onda longitudinal, son pulsaciones de onda de presión que se pro pagan en el material bajo la forma de compresión y refracción. Hay una gran variedad de palpadores, de tamaños diferentes y clasificados según su fre cuencia desde 0'5 MHz hasta los 15 MHz. Utili zándolos podemos inspeccionar piezas de hasta 5000 mm. y más. La gran variedad permite una adecuación individual de las piezas incluso bajo condiciones de prueba difíciles. Una limitación de estos palpadores es la incapacidad de detectar discontinuidades peque ñas que estén justo bajo la superficie, ya que sus ecos de frecuencia son absorbidos por el eco de impulso o de transmisión. El eco de emisión de estos palpadores es Palpador normal, visible en la pantalla del equipo, debido a que el cristal no está a ras con la superficie de la pieza en ensayo. Esto puede ocasionar errores en la interpretación de las señales, ya que el cero de la pantalla no coincide con el cero de la pieza, existe una distancia de error que es preciso eliminar, haciendo coincidir cada eco en su lugar correcto mediante el ajuste del equipo, como se verá más delante. 8.2. Palpador de haz oblicuo o angular. Estos palpadores son conocidos como palpadores angulares, y tienen la característi ca de transmitir sus haces acústicos formando un ángulo cor) la superficie a ensayar. Aunque como todos los cristales emitan ondas longitudinales, debido a la refrac ción del haz que penetra oblicuo, se transforman en ondas transversales caracteriza das por un desplazamiento de partículas perpendiculares a la dirección de propaga ción de las ondas. Estas ondas transversales tienen una velocidad de propagación considerablemente menor que las longitudinales. Cuando usamos un palpador angular, la distribución de los ecos en pantalla no están dispuestos en relación al espesor de la pieza como ocurría en los palpadores 456 normales, con lo que en algunos casos no es posible localizar y evaluar las disconti nuidades. Es preciso ajustar las divisiones de la pantalla proporcionalmente al espesor de la pieza utilizando para ello las relacio nes trigonométricas del seno y coseno del ángulo con el que salga el haz del pal pador Debido a la propiedad de estos palpadores de detectar discontinuidades sin necesidad de poner el palpador perpendi cular a ellas, son los ¡dóneos para detec tar defectos de soldadura, donde debido al sobreespesor del cordón es imposible acoplar un palpador normal. Palpador angular. El ángulo de salida del haz lo tienen marcado en la carcasa y siempre se refiere al de refracción de las ondas transversales en el acero, construyéndose para ángulos desde 35 hasta 80a. Cuando se quiera usar el palpador para otro material diferente al acero debemos averiguar qué ángulo de entrada tienen las ondas en ese material. Determinación del punto de salida y del ángulo del haz. Generalmente, el punto de salida del haz real no coincide con el señalado en la carcasa, así como el ángulo no es siempre el marcado debido en ocasiones a un des gaste irregular de la suela o por variaciones de fabricación. Es imprescindible para hacer una inspección el saber el punto de salida y ángulo real del haz. Para buscar el punto de salida se utiliza una pieza patrón denomi nada VI, que posee unas medidas normalizadas, y se coloca el palpa dor en dirección a la sección circular que dispone la pieza como se ve en la figura. Se busca entonces el eco de la pared reflectora y seguidamen te, desplazando el palpador adelante y atrás sobre la pieza patrón, se bus ca el eco de máxima altura, con lo cual tenemos la seguridad de que el eje del haz coincide con el radio del cuarto del circulo, y por tanto el haz incidirá perpendicularmente sobre la superficie circular Una vez conseguido el eco de máxima altura, observamos en la escala graduada que existe en uno de los lados del palpador la división que coincide con el centro de la superficie circular; esta división, en origen y con un palpador nuevo debe ser la 5a, pero debido al desgaste de la suela cambia el punto de salida. Para que el palpador sea aceptable, el punto de salida debe estar comprendido entre las divisiones 3a y 7a. En caso contrario es preciso cambiar la suela del palpador. 457 Ahora debemos determinar el verdadero ángulo B de entrada del eje del haz en la pieza. Para ello, la pieza patrón V1 dispone de varios puntos para comprobar estos ángu los, dirigiendo el haz sobre el círculo de metacrilato, que dicha pieza posee, según se observa en la figura correspondiente. Colocado el palpador en la posición correspondiente, se busca el eco de máxima altura como se hizo anteriormente, y una vez encontrado se comprueba si la raya que nos indica el punto de salida hallada anteriormente coincide con el valor del ángulo marcado en la pieza, en caso contrario podremos leer el verdadero ángulo de salida del palpador, por simple interpolación entre los valores adyacentes. En la variación del ángulo de entrada se admite una tolerancia de ± 2a con res pecto al valor nominal, en caso de que se exceda este valor, se deberá cambiar la sue la del palpador, ya que se habrá desgastado excesivamente. 8.3. Palpadores SE. Son palpadores que poseen cristales separados para las funciones de receptor y emisor. En estos palpadores se ha aumentado el trayecto previo del haz a la pieza mediante una suela añadida entre el cristal y la pieza a examinar, con el fin de despla zar completamente hacia la izquierda de la pantalla el eco de emisión, de tal forma que no moleste a la hora de efectuar la medición. Se han colocado además dos cristales, uno como emisor y otro como receptor. dispuestos con una cierta inclinación, de for ma que se consigue un enfoque del haz, gra cias al cual se consigue una máxima sensibili dad en las proximidades de la superficie a ensayar. Los palpadores SE son por la tanto los más apropiados para la medición de espesores y la detección de defectos próximos a la superficie. Es conveniente conocer el foco del palpa dor que se está utilizando, ya que nos da el valor del campo cercano, es decir, la distancia a la cual el reflector de menor tamaño detecta ble nos proporciona su máxima altura de eco. Esta distancia depende principalmente de la inclinación de los cristales y de la frecuencia del palpador. Convienen también conocer los límites de aplicación, las zonas del haz donde se pueden detectar reflectores de 1 mm de diámetro. Para conocer estos límites nos servi mos del sonograma del palpador, que es una gráfica facilitada por la casa fabricante del pal pador, y en la cual se encuentran todas las zonas del haz y sus profundidades. 458 Para el ajuste del equipo con estos palpadores necesitamos dos espesores, ya que debido a la inclinación de los cristales, los trayectos recorridos por el sonido no son equivalentes a los espesores recorridos. A este fenómeno se le conoce con el nombre de "error de recorrido", y debido a él, el ajuste no se debe realizar mediante ecos múltiples; ajustamos con dos espesores diferentes ajustando dos ecos. Hay que tener en cuenta que el eco de emisión no debe salir en pantalla. 8.4. Palpadores especiales. A) Palpadores para materiales de estructura basta. El espectro de frecuencias de estos palpadores es tal que al verificar materia les de estructura basta, se obtiene una mejor relación señal-ruido, es decir, obtenemos unos ecos en la pantalla que destacan con mayor claridad sobre el ruido de fondo. Se suelen utilizar comúnmente como palpadores rectos para verificar, por ejemplo, piezas fundidas. Como palpadores angulares se emplean frecuente mente para el control de soldaduras austeníticas. B) Palpadores de impulsos ultracortos. Los palpadores de impulsos ultracortos se utilizan casi siempre como palpa dores rectos, aunque en casos especiales pueden emplearse como palpadores angulares. Estos palpadores tienen un elevado amortiguamiento, y por esto generan unos impulsos ultracortos de amplio espectro de frecuencias. Los ecos estrechos presentan, en unión de equipos de banda ancha, una capa cidad resolutiva muy buena tanto en el campo cercano como en el campo leja no. 459 Estos palpadores son muy eficaces para mediciones de espesor de alta preci sión e incluso para detectar defectos pequeños en materiales de alta atenua ción del sonido, como la fundición nodular. C) Palpadores para casos especiales. Esta clase de palpadores se construyen a medida específicamente para la apli cación a que vayan a ser destinados, por ejemplo para alta temperatura, pre sión, radioactividad o unas dimensiones concretas de la carcasa. D) Palpadores para instalaciones de control. Estos palpadores, destinados a trabajar en instalaciones de control semiautomáticas o completamente automáticas, deben de poseer unas determinadas características mecánicas, como ser estancos al agua y sólidos en cuanto a fijación, además de las acústicas y eléctricas e incluso tener la forma adecua da. Asimismo es de gran importancia el tiempo de vida de dichos palpadores, teniendo en cuenta que deberán de estar trabajando continuamente. 460 9. EQUIPOS DE CONTROL POR ULTRASONIDOS Los equipos universales de control por ultrasonidos pueden utilizarse para todo tipo de aplicaciones relacionadas con la verificación por ultrasonidos. De todas formas se emplean sobre todo para detectar y evaluar defectos en el material. Según el tamaño, el peso y la variedad de funciones de un equipo, así como dependiendo de si se alimenta mediante batería o desde la red, un equipo será apropiado más bien para su utilización en el lugar mismo donde se ha de realizar el control, o, por el contrario, de forma estacionaria. Las principales operaciones que realizan son: - Detección de reflectores de registro obligado. - Localización de los reflectores. - Evaluación de los reflectores. - Diagnóstico de los reflectores. - Documentación de los resultados del control. Los límites de registro necesarios para la detección están indicados en la mayoría de las especificaciones de control. De acuerdo con estos límites, se ajusta manual mente en el equipo de control la amplificación, utilizando unas piezas patrón con una serie de defectos artificiales determinados. Para la localización de los reflectores es necesario un ajuste correcto de la distancia en el equipo. Para ello, se utiliza asimismo la pieza patrón adecuada para cada caso. La evaluación de los reflectores se basa en una comparación con defectos artifi ciales (reflector equivalente) habiendo tomado anteriormente la decisión de si el regis tro que muestra la pantalla del equipo es un defecto o no. 9.1. Modelos de equipos. Los modelos de equipos más usuales para la inspección de soldaduras son: - Equipos estacionarios. Son de gran capacidad resolutiva y pueden llevar una programación previa con introducción de programas de inspección y conexión con ordenador para programación o impresora para obtener una documentación impresa de las condiciones de inspección y de las imágenes de los defectos en pantalla. Su aplicación principal la encontramos en fábricas, talleres, laboratorios, etc. - Equipos móviles. Se usan para realizar inspecciones en construcción, barcos y obras en general, o en fábricas en determinadas fases de los procesos de fabricación en que se requiera moverse sobre los elementos a inspeccionar o desplazarse hasta ellos. Según su sistema de regula ción existen varios modelos en el mercado. - De regulación y ajuste nor mal, de fácil manejo y lige ros de peso para que pue dan ser transportados por el operador a zonas de altu ra o bajar a los dobles fon dos de los barcos, etc. 461 - Regulados por un procesador, con pantalla digitalizada y programación previa, con posibilidad de conexión a un ordenador, a un video o a una impresora. Estos equipos pueden almacenar datos en memoria de los resultados de la inspección, guardando los parámetros con los que se han realizado o el protocolo completo de control realizado, de forma que se pueden archivar hasta 30 ajustes del equipo que se pueden seleccionar en un menú, según las necesidades, y antes del ensayo fijar el itinerario de los puntos de inspección y, al acabar la jornada de trabajo, se puede sacar por la impresora un informe completo del protocolo de trabajo con los paráme tros del ensayo, material base, etc., además de pruebas objetivas de los defectos localizados con las imágenes de éstos en pantalla. 9.2. Elementos del equipo. Los elementos principales de un equipo de ultrasonidos son el palpador, la pan talla luminosa, los mandos de calibración y control, conexiones de alimentación eléc trica y salidas exteriores. La pantalla luminosa suele ser de color verde o ámbar y lleva unos controles de contraste y brillo; está dividida normalmente en 100 divisiones horizontales y 50 verti cales, y en ella se observan los impulsos de emisión y los ecos, los cuales se pueden desplazar comprimiéndolos o aumentándolos en ella para estudiarlos adecuadamente en cada circunstancia. Los mandos de calibración y control permiten aumentar la velocidad acústica, selec cionar y ajustar el campo de ensayo, cambiar la escala para evaluar la amplitud del eco, localizar la imagen, amortiguar el impulso eléctrico, seleccionar la frecuencia según el 462 palpador a usar, y en general tienen todos los elementos de regulación para adaptar el equipo a la inspección de distintos materiales y distintos tipos y tamaños de defectos. Las conexiones de alimentación a la red del equipo con los transformadores y diodos necesarios suelen tener la opción de conexión a varias tensiones para equipos estacionarios y en los equipos móviles se suelen incluir un sistema de alimentación de baterías con un sistema de cargado de las mismas, y los equipos modernos ofracen salidas externas a video, proyectores e impresoras. 10. CALIBRACION DEL EQUIPO Calibrar es la colocación lo más exacta posible de las indicaciones del eco a partir de un bloque de referencia en la escala de valores que corresponden a la distancia en la pantalla. Para calibrar con palpadores de haz normal, se usa habitualmente un bloque pla no paralelo como bloque de referencia y desde el cual un palpador de haz normal emi te una secuencia de eco de la pared posterior. Para el acero se emplea una pieza nor malizada llamada V-1. La distancia entre dos ecos secuenciales de la superficie posterior corresponde al espesor del bloque de referencia. Si esté es de acero, por ejemplo de un grosor de 25 mm, entonces el primer eco de la pared posterior proporciona una profundidad de 25 mm, el 2e eco la profundidad de 50 mm, el 3" eco la profundidad de 75 mm y el 4S eco la profundidad de 100 mm, etc. Si utilizamos los controles correspondientes en el detector ultrasónico de defec tos, traemos el 1e' eco de la pared posterior a la división 2,5 de la escala, el 2Q eco a la división 5, el 3er eco a la división 7,5 y el 49 eco a la división 10 de la escala, entonces la distancia desde la división 0 de la escala a la división 2,5 corresponde a la distancia 464 de O a 25 mm en el acero y la distancia desde la división 0 a la división 10 de la escala corresponde a la distancia de 0 a 100 mm en el acero, de ese modo hemos calibrado la oscilación de prueba de 0 a 100 mm, de forma lineal en la escala CRT. Después de esta secuencia de calibración podemos situar la discontinuidad con el palpador utilizado. El punto más bajo de la línea descendente del eco intermedio se encuentra en la divi sión de la escala 2,6 es decir, la discontinuidad tiene una profundidad de 26 mm en el acero. 10.1. Calibración con palpadores SE. Para calibrar con palpadores SE se usa un bloque escalonado como bloque de referencia: un bloque plano paralelo no es adecuado, porque con el palpador SE los haces inclinados (entre 0 y 12- dependiendo del palpador), dan lugar a la multiplica ción de las ondas transversales que causan ecos de transferencia después del primer eco de la pared posterior. Por lo tanto utilizamos el primer eco de la pared posterior procedente de 2 bloques de referencia de diferente grosor ó procedentes de 2 escalo nes distintos de un bloque de referencia escalonado. 465 Los ecos de los escalones deberían estar en los límites Inferior y superior de la oscilación en la cual se espera que se encuentren las discontinuidades que hay que localizar, por ejemplo, entre 3 y 6 mm en el acero. 10.2. Calibración con palpadores angulares. El eco de la figura 51 indica una discontinuidad a una profundidad de 2,5 mm. Para calibrar con palpadores angulares utilizamos bloques de referencia especiales. El bloque de referencia V1 se usa para calibrar con palpadores angulares grandes y el bloque de referencia V2 se usa para calibrar con palpadores angulares pequeños. Las superficies curvas de los bloques de referencia sirven como reflectores de referencia. La ventaja es que los ecos utilizados para calibrar, recorren las mismas distancias sin tener en cuenta el ángulo de refracción del palpador, el bloque de referencia 2 emi 466 te el primer eco de referencia desde una distancia de 25 mm, que es el radio del cua drante pequeño. El 2a eco de referencia es debido a la porción de sonido que después de volver del cuadrante de 25 mm, entra en el cuadrante de 50mm regresa y vuelve a entrar en el cuadrante de 25 mm, sólo entonces viniendo de la dirección correcta alcanza el cris tal por 2a vez. De este modo hay un segundo eco que procede de la distancia de 100 mm. Si el primer eco se coloca en la división 2,5 mm y el 2a eco en la división 10 de la escala, entonces hemos calibrado una escala de prueba que va de 0 a 100 mm en ace ro. 467 Después de esta calibración del reco rrido del sonido, sin embargo, el eco que procede de la discontinuidad no propor ciona ninguna información inmediata con respecto a su situación. Sólo después de multiplicar la distancia s por el seníi y por el cosS obtenemos la distancia de proyección a, y la profundidad t. No se necesi ta realizar ningún cálculo si en lugar de calibrar los valores s, calibramos directamente las distan cias respectivas de proyecciones a. Dibujamos además una escala auxiliar de profundidad utilizando los valores de profundidad respectivos (t). 468 2 Muchos operarios ultrasónicos que prueban las soldaduras prefieren calibrar en distancias de pro yección acortadas a'. Las distancias de proyección acortadas a' se obtienen restando la distancia que hay entre el extremo anterior del palpador y el punto de salida del sonido del palpa dor, es decir, la distancia X desde las distancias de proyección a. Cuando se localiza una discontinuidad en la soldadura, la distancia de proyección acortada a' nos condu ce desde el extremo anterior del palpador a ese punto en la soldadura por debajo de donde se encuentra la discontinuidad. Ciertamente las discontinuidades (por ejemplo las irregularidades en el material que sospechamos que sean defectos) se pueden evaluar mejor si conocemos su tama ño real con la mayor precisión posible. El deseo del operario es por lo tanto compren sible en el sentido de obtener precisamente este tamaño real por medio de un método no destructivo. Desgraciadamente en muchos casos, sin embargo, es extremadamente difícil, si no imposible, realizar este deseo. Con la evaluación ultrasónica nos acercamos bas tante al tamaño real de una discontinuidad con tal de que la discontinuidad sea gran de comparada con el diámetro del haz de sonido. 469 En las figuras siguientes se ha designado: A = Palpador B = Pieza de ensayo C = Límite de anchura del haz de sonido D = Discontinuidad Pasando el palpador por las extremidades de esta dis continuidad obtenemos datos útiles acerca de su extensión. Sin embargo, si la extensión en una dirección es menor que la anchura del sonido, entonces el resultado de la compro bación en esta dirección no tiene ninguna relación con la extensión verdadera de la discontinuidad. Resulta incluso más difícil determinar el tamaño real de las discontinuidades pequeñas que no se extienden en ninguna dirección más allá de los límites del sonido. Esta es la razón por la cual para evaluar discontinuidades pequeñas, se ha ideado otro método. Si i 470 Si el palpador se mueve por la superficie de la pieza hasta que la discontinuidad produce su eco intermedio más alto, entonces la amplitud del eco aumentará con el tamaño de la discontinuidad. La amplitud del eco es una cantidad directa para la evaluación de las discontinuida des pequeñas con tal de que estas discontinuidades no estén a profundidades diferentes. Si el haz de sonido choca contra el mismo tamaño de dis continuidad a profundidades diferentes, entonces la ampli tud del eco disminuye según aumenta la distancia desde la discontinuidad al palpador. La distancia de las amplitudes del eco depende del tipo de reflector, y de su tamaño, tal y como se muestra en la figura. 11. TECNICAS DE DETECCION DE DEFECTOS 11.1. Medición de las discontinuidades en pantalla. Cuando el sonido sale del palpador (B) y entra en la probeta (C) un punto de luz recibe de un transmisor (A) la orden de comenzar a moverse por la base de la pantalla (D). 471 Podemos ajustar la velocidad del punto de luz a la velocidad del sonido. Para ello ajustamos la división 4 de la escala al punto en que el sonido llega a la pared de la pieza. Cuando el sonido va hasta la pared, se refleja y vuelve al palpador, ajustaremos en la división 8. 472 La pulsación acústica de regreso libera una pulsación eléctrica en el cristal piezoeléctrico del palpador, que se aprovecha para desviar el punto de luz en posición verti cal en la pantalla. Todo esto ocurre con rapidez, y el punto vuelve a la base de la pantalla mientras que otra parte del sonido rebota en la pared y vuelve a la pieza. Por ello en la pantalla podemos medir dos valores: uno en el eje horizontal y otro en el vertical. En la figura 45 se pueden apreciar: A-8 divisiones en la horizontal. B - 4 divisiones en la vertical. Con estos valores se pueden interpretar muchos datos de ultrasonidos, pero el procedimiento es más complejo: El gráfico real que aparece en la pantalla es diferente, ya que el punto de luz no empieza en el punto cero de la pantalla, sino delante de él porque la pulsación acústi 473 ca no se inicia en la superficie de la probeta sino en el cristal del palpador. Este primer impulso se llama "eco de emisión". En la figura anterior el primer eco grande es el eco de transmisión y el primer eco pequeño es el que produce la pared de la pieza. En caso de existir una discontinuidad en la pieza, aparecerá un eco entre el eco de emisión y el primer eco de la pieza. Este eco se llama "eco intermedio". €=---- -t € 474 En caso de que la discontinuidad esté demasiado cerca del palpador, no se verá en pantalla por ser absorbida por el eco de emisión. Pero estas discontinuidades se pueden localizar porque absorben parte de la emisión de sonido y el primer eco de la pared aparece más pequeño que en el resto de la pieza o se producen pequeños ecos de repetición. A 11 . ¡\ l\ < 0 2 475 Lk 4 Los modos de emisión y recepción de los palpadores, así como su frecuencia van a definir las aplicaciones que tienen. En la figura se observa el modo de trabajo de los tres tipos principales de palpadores que existen. Los palpadores normales sirven para detectar defectos en piezas de gran espesor y de diferentes formas tal como se muestra en la figura. Los palpadores SE son de gran precisión y se usan principalmente para detectar defectos o discontinuidades próximos a la superficie de la pieza a inspeccionar. 476 11.2. Inspección de uniones soldadas. Para la inspección de soldadura se usan principalmente los palpadores angula res, que permiten realizar la inspección desde los laterales del cordón, evitando las rugosidades del cordón, las proyecciones y detectando más fácilmente defectos inter nos como poros, inclusiones y fisuras, que escapan a los palpadores normales por estar dispuestas normalmente perpendicular a la superficie. Favorable El método de realizar la inspección es el de marcar una superficie que esté situa da entre las distancias P y P/2 del eje de la soldadura, siendo P = 2 e Tg IS , y avanzan do en zig - zag primero por un lateral y luego por el otro, a fin de detectar el máximo de defectos perpendiculares al haz. 477 Cuando el tamaño del grano de la soldadura es mayor que la mitad de la longi tud de onda del palpador usado, no se pueden reconocer en pantalla las discontinui dades al dispersarse los ecos en forma de "hierba". No se observa ningún eco claramente reconocible de la discontinuidad, al existir un diá metro medio del grano de 7J2. < A Cuando existen discontinuidades grandes y planas, se puede producir una refle xión de los ultrasonidos no regresando el eco al palpador, por lo que en ese caso habrá que detectar los defectos mediante la verificación en Tándem. Reflexión desfavorable de los ultrasonidos en discontinuidades grandes y plana, al hacer la verificación con un sólo palpador. 7 Detección de defectos mediante verificación en Tandem. 478 Las posiciones de los palpadores van en función de la profundidad del defecto. El método de inspección por ultrasonidos está especialmente indicado para la detec ción de la falta de fusión en los cordones de soldadura, ya que los palpadores angulares pueden enviar los ultrasonidos de forma perpendicular a los ángulos de los bordes de la unión, lo que dará un eco claro en la pantalla en caso de falta de fusión, mientras que los otros métodos de inspección, incluida la radiografía no detectan este fallo claramente. 12. DATOS NECESARIOS PARA REALIZAR LA INSPECCION Antes de comenzar cualquier información, es preciso tener una información pre cisa del trabajo a realizar, basándonos en los siguientes puntos: 1B.- Material a inspeccionar. Dependiendo del material nos encontraremos un tipo de grano distinto, que nos limitará el defecto mínimo localizable. 2-.- Espesor de la pieza. Que nos servirá para elegir el ángulo apropiado del palpador y calcular la distancia P para el desplazamiento del mismo. 479 3°- Tipo de junta. Nos dará una idea a la hora de interpretar los defectos. 4°- Procedimiento de soldadura usado. Para determinar qué tipos de defec tos nos podemos encontrar. Así pues si se ha soldado con electrodos reves tidos es posibles encontrar inclusiones de escoria. 5-.- Tratamientos sufrido» por la pieza que puedan haber originado cambios en su estructura. 480 Capítulo 29 INSPECCION RADIOGRAFICA 1. INTRODUCCION La inspección radiográfica se basa en la propiedad que tienen las partículas radiantes y especialmente los Rayos X y gamma de atravesar los metales y de impre sionar una película fotográfica con diferentes tonos cuando existe una discontinuidad o una diferencia de densidad en el metal atravesado. La interpretación de las placas de radiografía permite detectar los defectos de las uniones soldadas, deducir de que tipo es y por qué se ha producido y corregirlo. Los Rayos X fueron descubiertos por Wilhem C. Róntgen en 1895 y se empezaron a emplear hacia 1913 y los Rayos gamma se descubrieron como radiación emitida por los elementos radiactivos y su aplicación industrial comenzó en los años 20. La implantación definitiva de la inspección radiográgica en la industria tuvo lugar en la II Guerra Mundial y en la actualidad es la técnica de inspección que ofrece mayor segu ridad en la localización de los defectos de soldadura ya que regulando la intensidad de radiación y con la película de sensibilidad adecuada se consiguen placas en las que se puede apreciar poros muy pequeños y fisuras de muy poco espesor, y tiene la ventaja de dejar un documento gráfico del defecto y su localización. Esta técnica tiene sus limitaciones ya que algunos defectos importantes como las faltas de fusión hay veces que no los detecta por lo que se debe complementar con ultrasonidos y otro tipo de ensayo cuando se prevea que se pueden dar estos defec tos. Otra limitación que tiene es la del peligro de radiación y la de su aplicación, que debe ser realizada por personal autorizado por la Junta de Energía Nuclear existiendo dos niveles. El operador de instalaciones radiactivas que maneja los aparatos hace y revela las radiografías, y el supervisor de instalaciones radiactivas, que es quien dise ña los métodos operatorios, establece las medidas de seguridad y es responsable del correcto funcionamiento y mantenimiento de las instalaciones radiactivas. Asimismo las instalaciones y máquinas deben estar autorizadas y deben ser con troladas periódicamente. 481 2.- LAS RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS Tanto si hablamos de una radiación procedente de un tubo de rayos X como si se trata de una radiación gamma ocasionada por desintegración de un núcleo radiactivo, ambas tienen naturaleza de ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas poseen unas características generales: - Se propagan a la velocidad de la luz. - No son desviadas por campos eléctricos ni magnéticos. - No poseen masa. - Son, en esencia, una cantidad determinada de energía que se desplaza a velo cidad constante y que responde a la siguiente ecuación: E = h •f= h • E : energía radiante asociada a la onda h : constante de Plank 482 X. c : velocidad de propagación de la luz f: frecuencia de la radiación X : longitud de onda Luz visible Infrarroja Ultra violeta 0 Rayos X Ondas de radio » Gamma * i 0,1 1 r 10 100 Longitud de onda (nanómetro) Radiación electromagnética 2.1. Los Rayos X Son producidos por un tubo de Rayos X, y su energía y su intensidad son regula bles. Los Rayos X al igual que la luz visible, la radiación calorífica y las ondas de radio, son de naturaleza electromagnética. La energía radiante es emitida de manera discon tinua. Esta energía está repartida en paquetes de radiaciones o "cuantos". La radiación X que se utiliza generalmente para el examen de la estructura de la materia es una radiación heterogénea de espectro continuo llamada policromática. Para los exámenes de la microestructura de los materiales se emplea generalmente una radiación X de carácter monocromático. Las principales propiedades de los rayos X son las siguientes: - Son invisibles. - Se propagan en línea recta y a la velocidad de la luz visible. - No es posible desviarlos por medio de una lente o de un prisma pero sí por medio de una red cristalina (difracción). - Atraviesan la materia en mayor o menor medida en función de la naturaleza del material y de la energía de los rayos X. - Son capaces de destruir o deteriorar las células vivas. - Los rayos X son ionizantes (liberan electrones de la materia). 2.2. Los Rayos Gamma Son oscilaciones electromagnéticas de igual naturaleza que los rayos X, poseen las mismas propiedades que ellos pero no están producidos por ninguna maquinaria eléctrica sino que proceden de la desintegración de núcleos atómicos de un elemento radiactivo. 483 La energía de la radiación gamma no es regulable; depende de la naturaleza de las fuentes radiactivas. Tampoco es regulable la intensidad de la radiación ya que no es posible influir sobre el grado de desintegración de un material radiactivo. Al igual que los rayos X la radiación gamma puede ser interceptada por una pan talla absorbente. La radiación que producen ofrece espectros no continuos constituidos por varias longitudes de onda aisladas (espectro a rayas). El espectro producido es característico de cada elemento radiactivo. Aunque en la naturaleza existen varios elementos radiactivos, los isótopos utili zados en Radiografía Industrial son obtenidos artificialmente por medio de "irradia ción neutrónica" generalmente. Las principales ventajas que presentan los isótopos en radiagrafía son: - No necesitan conexión eléctrica para la refrigeración, por lo que son fácilmen te utilizables en obra. - Se pueden utilizar a corta distancia foco-película por ser un foco de pequeñas dimensiones. - Algunos isótopos tienen gran poder de penetración, por lo que puede reducir se el tiempo de exposición. Junto a estas ventajas, aparecen los siguientes inconvenientes: - La imagen obtenida con isótopo es menos contrastada que con rayos X debi do a que su radiación es más dura. - La radiación no es regulable. - Al no poder regular ni interrumpir la actividad de las fuentes, se requieren grandes rendimientos en el trabajo para su amortización. - Exigen manipulaciones cuidadosas para asegurar protecciones eficaces. - La actividad de las fuentes más usadas disminuye en períodos de tiempo cor to, lo que nos da un perjuicio económico. Podemos deducir que la imagen que ofrecen los rayos X tiene mejor contraste que la de los rayos y al ser los primeros más blandos y además regular la emisión de los rayos X. Por contra, las fuentes de los rayos y gozan de una mayor autonomía y portatibilidad además de una mejor accesibilidad para el empleo en obra. Por su dureza de radiación se necesita menos tiempo de exposición y se consigue más sensibilidad con piezas muy grue sas. Es más económica, sobre todo en el aspecto de la amortización de la inversión. Su manejo requiere en España el control de la Junta de Energía Nuclear. Con el tiempo disminuyen su actividad y tiempo su eficacia. 2.3. Calidad de los Rayos X y Rayos y La calidad se define por el poder de penetración en una determinada materia, poder penetrante que aumenta con la energía de la radiación. Se llaman "rayos duros" a los rayos cuya longitud de onda es relativamente corta, y "rayos blandos" a aquellos cuya longitud de onda es relativamente larga. En la práctica, la calidad de una radiación X se expresa en función de la tensión al tubo necesaria para producir esta radiación o en función de la capa de semiabsorción de un material determinado. 484 En relación con la calidad de los Rayos X y los Rayos gamma, el lector interesado en mas información deberá acudir a la Norma DIN 6809. 2.4. Unidades de radiación La I.C.R.U. (International Comission of Radiation Units and Measurements, Comi sión Internacional de las Unidades de Radiaciones Ionizantes), utiliza desde 1962 las siguientes unidades convencionales: - EL CURIO (C¡): es la unidad de actividad de una fuente radiactiva, está dividida a su vez en milicurios (mCi) y en microcurios (pCi). El curio equi vale a la actividad radionuclear de una cantidad de Radio, elemento para el cual el número de desintegraciones por segundo es de 3,7x10’°. El curio corresponde al número de desintegraciones por segundo de un gra mo de Radio. - EL RONTGEN (R): mide la dosis de radiación por medio de la ionización que esta radiación provoca en el aire. - EL REM (Róntgen Equivalent Man): es un valor que indica el efecto biológico sobre el hombre para cualquier tipo de radiación. - EL RAD (Radiation Absorbed Dose): esta es la unidad que nos permite averi guar la dosis absorbida de radiaciones ionizantes (a, B, yy Rayos X). - R.B.E. (Relative Biological Effectiveness): este factor sirve para determinar por separado el efecto biológico de las diferentes radiaciones. Los valores R.B.E. para los diferentes tipos de radiación se establecen así: Rayos X y Rayos y 1 Beta 1 Alpha 20 Neutrones rápidos 10 térmicos 5 2.5. Instrumentos de medida de la radiación Cuando queremos medir una radiación lo que realmente queremos determinar es la ionización que tiene lugar en un volumen de aire determinado. El aire ionizado se vuelve electroconductor y entonces la cantidad de electricidad producida puede medirse con exactitud. La ionización es directamente proporcional a la energía absorbida de los Rayos X para una gran zona de longitudes de onda. 485 Veamos la figura siguiente: Las placas A y B están conectadas en serie con una batería y un galvanómetro muy sensible. Hay una cantidad de aire entre las placas y cuando un haz de Rayos X pasa entre ellas el aire se ioniza y se vuelve electroconductor. El galvanómetro registra la intensidad de la corriente que el aire ionizado deja pasar. Si la potencia del haz de Rayos X aumenta, también lo hace el número de iones del aire y la intensidad de la corriente se hace más fuerte. Con este aparato podemos medir la cantidad de Rayos X absorbida con bastante precisión. El técnico radiológico dispone de dos tipos de aparatos de medida: a) Dosímetros b) Medidores de velocidad de dosificación 2.5.1. El dosímetro Cuando se manifiesta la ionización, la corriente que se crea en el aire es reforzada electrónicamente de una forma proporcional en el instrumento y la intensidad de la radia ción puede ser leída de forma inmediata en un microamperímetro de escala calibrada. Estos instrumentos son de utilidad a la hora de determinar una distancia de seguridad en beneficio del personal que debe utilizar las preparaciones radiactivas. Los dosímetros más usados son el dosímetro de filamento de cuarzo y el dosíme tro de bolsillo o "Filmbadge". El dosímetro de filamento de cuarzo es un excelente instrumento por ser peque ño, económico y robusto. Es también de fácil lectura y registra la cantidad total de radiación recibida. Hay una variante constructiva con una señal sonora para avisar de una dosis de radiación peligrosa. 486 Se compone de un electrómetro de filamento de cuarzo y de un pequeño micros copio. Una pequeña pila asegura la carga del hilo que el microscopio permite ver. El hilo de cuarzo se lleva a la posición cero de la escala calibrada. Como consecuencia de la ionización del espacio lleno de aire, la carga del hilo de cuarzo puede pasar. Al descargarse el hilo, se desplaza sobre la escala y la cantidad de radiación reci bida puede leerse sobre la escala graduada. El dosímetro de bolsillo o "Filmbadge" se compone de un trozo de película muy pequeño dentro de un soporte especial con uno o varios filtros. Los operadores de radiografía llevan el "badge" durante un tiempo determinado, y lue go se procede al revelado. A través de la medición de la densidad de la película en las partes protegidas por los filtros proporciona informaciones sobre la cantidad de la radiación recibida. Los filmbadges son distribuidos generalmente por un servicio oficial que asegura al mismo tiempo el revelado y la interpretación. En los informes se menciona la dosis recibida individualmente en el curso de un período determinado así como las dosis totales. Caso de una eventual sobre-exposi ción de las películas, se abre una encuesta para determinar las causas. 2.5.2. Medidores de velocidad de dosificación Estos aparatos miden la dosis total de radiación recibida en el curso de cierto tiempo. El circuito de entrada de la corriente está provisto de un condensador cuya diferencia de potencial aumenta con la corriente producida por la ionización. El valor de esta diferencia de potencial es una medida de la dosis. La corriente de salida del amplificador cuyo aumento va a la par con el de la dife rencia de potencial del condensador, indica en cada instante el caudal de exposición captado por la cámara de ionización. 3. FUENTES DE RAYOS X El tubo de Rayos X normal se compone de una ampolla de vidrio sometida al vacío en la cual se hallan un filamento de Wolframio, conectado al cátodo (-) de un cir cuito eléctrico que emite electrones a gran velocidad y que, debido la diferencia de potencial, chocan contra una placa de Wolframio conectada al ánodo (+) y, como con secuencia de este choque, se producen Rayos X, dando un espectro de radiación característico. Este emisión de radiación es controlable siendo los parámetros a regu lar: la intensidad de la radiación, medida em miliamperios (mA), y la tensión, medida en Kilovoltios (KV). Existen otros tipos de tubos especiales de Rayos X: - Tubos de ánodo largo - " panorámicos - " de ánodo giratorio - " con ventana de Berilio El calor que acompaña la formación de radiación X es considerable; por tanto es necesario refrigerar el ánodo. Esta refrigeración puede realizarse de diversas maneras: - Por irradiación - Por convección - Por circulación forzada de líquidos 487 Los elementos que intervienen en el proceso de radiografía son: A) El FOCO TERMICO es la superficie del anticátodo alcanzada por el flujo elec trónico. B) El FOCO OPTICO es la proyección del foco térmico sobre un plano perpendicu lar al eje del haz de Rayos X. Las dimensiones de este foco deben ser lo más pequeñas posibles para que obtengamos una máxima nitidez en las imágenes radiográficas. C) El indicador de calidad de imagen. D) Película radiográfica. 488 4. FUENTES DE RAYOS GAMMA Los Rayos gamma son partículas electromagnéticas emitidas por materiales radiactivos, llamados isótopos, que tienen gran capacidad de penetración. Los elementos isótopos son aquellos que teniendo el mismo número atómico tie nen distinto peso atómico debido al mayor o menor contenido de neutrones en el núcleo. Pueden existir varios isótopos de un mismo elemento. Las principales caracterís ticas de los isótopos radiactivos son las siguientes: - Actividad: se llama así al número de átomos de isótopo que se desintegra en la unidad de tiempo. La actividad se mide en Curios (Ci) ó en Milicurios (mCi), siendo el Curio la cantidad de elemento radioactivo para el cual el número de desintegraciones es 3,7x10’° por segundo, que es la velocidad de desintegra ciones de un gramo de Radio. - Período: es el tiempo transcurrido para que la actividad se reduzca a la mitad. ISOTOPO PERIODO Ir 192 74 días Co 60 5,3 años Cs 137 33 años - Actividad específica: es la actividad de un gramo de elemento radiactivo expresada en curios/gramo. - Grosor o espesor de semiabsorción: la energía de una radiación gamma está definida por este valor, que se define a su vez como el espesor de material requerido para que la intensidad de la radiación gamma se reduzca a la mitad. ISOTOPO ESPESOR DE SEMIABSORCION Iridio 192 2,6 mm. Cobalto 60 13,0 mm. Cesio 137 8,0 mm. Iterbio 169 0,88 mm. Los productos radiactivos artificiales se obtienen por fisión o por irradiación den tro de una pila atómica. Podemos obtener varios isótopos con gran pureza y en cantidad. Para el examen no destructivo de materiales su valor depende de la cantidad y de la intensidad de la radiación, del período y de la actividad específica, entre otras cosas. Los tres isótopos radiactivos artificiales más empleados industrialmente son: Iri dio 192, Cobalto 60 y Cesio 137. 489 Partículas emitidas por los isótopos: Partículas a: están constituidas por iones de Helio capaces de atravesar delgadas láminas metálicas. Por Rutherford conocemos su carga positiva de 3,3x10” Culom bios. Cuando atraviesan un cuerpo pierden energía cinética, atrapan electrones y se convierten en un átomo de Helio. Son capaces de producir centelleos. Partículas ß: están cargadas negativamente con 1,6x10 ” Culombios y su masa es de 9,1x1028 gramos; son análogas a los electrones. Positrones: son partículas con carga positiva y poder de ionización parecido al del electrón. Radiación y. es una radiación procedente del núcleo de diferentes elementos, normalmente asociada a la emisión de alguna partícula a ó ß del núcleo. Tiene un gran poder de penetración y carece de masa y carácter eléctrico. Los Rayos gamma poseen longitudes de onda definidas perfectamente, características del núcleo emisor. 5. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS FUENTES RADIACTIVAS ARTI FICIALES DE RAYOS GAMMA Ventajas: - No necesitan corriente eléctrica alguna, ni sistema de refrigeración, lo que les da facilidad de uso. - Para el caso del examen de soldaduras de tubos de poco diámetro están espe cialmente indicadas porque su foco emisor necesita una corta distancia focopelícula. - Algunos radio-isótopos tienen un poder de penetración muy grande por lo cual podemos reducir el tiempo de exposición y obtener clichés de suficiente sensibilidad con piezas metálicas muy gruesas. 490 Inconvenientes: - Debido a su radiación proporcionan menor contraste de imagen que la de los tubos de Rayos X y por lo tanto clichés menos legibles. - La actividad de la fuentes radiactivas de período corto disminuye sensible mente dentro de un corto espacio de tiempo lo que hace imprescindible esta blecer una curva que indique la variación de la actividad en función del tiem po y consultar la gráfica frecuentemente. Por este motivo a veces es necesario emplear radio-isótopos de período más largo a pesar de ser más caros. - Como la radiación de las fuentes radiactivas no puede ser interrumpida, nece sitamos una protección eficaz para tener una manipulación segura. A veces se impone un blindaje muy pesado. - La radiación en las fuentes radiactivas no es regulable. 6. - INTENSIDAD DE LAS RADIACIONES La intensidad de los Rayos X viene determinada primero por la intensidad del filamento y segundo por la variación del potencial acelerador. La intensidad de los Rayos gamma está en proporción directa con la actividad de la fuente isotópica y con el factor K característico de cada isótopo e inversamente pro porcional al cuadrado de la distancia de la fuente. I _ KA d2 I: intensidad de la radiación (R/h) K: constante característica de cada isótopo A: actividad (Ci) d: distancia a la fuente (m) 7. - ABSORCION DE LA RADIACION POR LA MATERIA La absorción de la radiación se produce en la materia de una manera compleja, dando como resultado dos tipos de radiación que atraviesan la soldadura: la radiación primaria que atraviesa en linea recta el metal sin interferencias y la radiación secunda ria que se produce por la difusión de los rayos entre los átomos y da una imagen radiográfica difusa, como un velo o produce imágenes repetidas. La absorción viene determinada por tres tipos de interacciones con el material: - Efecto Compton - Efecto Fotoeléctrico - Formación de Pares 7.1. Efecto Compton Entre 100 y 10 Mev, la absorción de la radiación es debida principalmente a este efecto. En una interacción de fotones y de electrones libres o en una pequeña unión de las capas electrónicas externas, una parte de la energía es transferida a estos electro nes que entonces son expulsados. Los fotones son desviados de su dirección y pier den su energía en esta colisión. 491 La pérdida y difusión de energía que sufren los fotones depende de la masa del objeto irradiado y de la energía de radiación. 7.2. Efecto Fotoeléctrico Cuando una radiación X de energía relativamente débil atraviesa un material y un fotón alcanza a un átomo de este material, la energía total de ese fotón puede ser empleada para expulsar un electrón de las capas electrónicas inferiores del átomo. Este es el fenómeno foto-eléctrico. La imagen se forma tanto en el objeto a examinar como en el detector (pantalla y/o película radiográfica). 7.3. Formación de Pares Este fenómeno ocurre únicamente con energías muy elevadas (a partir de 1,02 Mev). Los fotones de gran energía pueden provocar una interacción con el núcleo del átomo alcanzado. La energía del fotón es utilizada aquí para formar un electrón y un positrón y dar a cada uno una Energía Cinética. El positrón que se produce muere rápidamente por la colisión con un electrón, ambos desaparecen cediendo su energía para la formación de dos fotones de 0,51 Mev. 8. TECNICA RADIOGRAFICA Y FACTORES DE QUE DEPENDE LA CALIDAD DE LAS RADIOGRAFIAS 8.1. Introducción El conjunto de reglas y normas utilizadas en la 'obtención de radiografías es lo que se llama técnica radiográfica, que abarca todas las reglas y normas relativas al equipo, película y material de mercado e identificación de película y proceso de reve lado con interpretación del mismo. Normalmente se usan equipos de Rayos X de entre 40 y 400 Kv. o fuentes de rayos de actividad comprendida entre 2 y 100 curios de Ir 192 y Co 60. Las películas suelen ser de grano fino y elevado contraste de los equipos Structurix D7 y D4 y Kodak AA y M. El revelado es el tratamiento por el que la imagen latente se transforma en ima gen visible. La densidad radiográfica es la forma cuantitativa de establecer el grado de ennegrecimiento de las diferentes zonas de una película radiográfica. El contraste radiográfico entre dos zonas de una película es la diferencia de las densidades entre ambas zonas y depende de otros dos efectos: - el contraste subjetivo (subject contrast) - el contraste de la película (film contrast) Definición de una radiografía es la nitidez de la representación del contorno de las imágenes. Está afectada por: - factores debidos a película y pantallas - factores geométricos tales como: * tamaño del foco * distancia foco-objetivo * distancia objeto-película 492 8.2. Indicadores de calidad La calidad de imagen, que es consecuencia de la técnica radiográfica que se sigue, es necesario plasmarla en su valor numérico y es por esto que recurrimos a los Indicadores de Calidad de Imagen (I.C.I.). El I.C.I. es un dispositivo pequeño que debe tener las siguientes características: - Debe ser sensible en sus lecturas a los cambios en la Técnica radiográfica seguida para conseguir la radiografía. - El método de la lectura de su imagen debe ser lo más sencillo y concreto posible. - Debe ser versátil y de sencilla aplicación. - Debe ser pequeño. Su imagen, que aparecerá en la radiografía, no debe ocul tar zonas ni debe poder ser confundido con un posible defecto. - Ha de ser de fabricación económica y de fácil normalización. - Debe incorporar alguna marca o identificación de su tamaño. Tipos de indicadores * Indicador de hilos: DIN 54109/62 Está formado por una serie de 7 hilos de 50 mm. de longitud separados entre sí 5 mm. cuyos diámetros varían según la progresión geométrica adoptada por el Instituto Interna cional de la Soldadura. Estos hilos van embutidos en una lámina de plástico transparente. Hay previstos tres series de indicadores: - para materiales férreos y aceros - para el aluminio y sus aleaciones - para el cobre y sus aleaciones Cada indicador lleva unas marcas que aparecen en la radiografía; estas marcas son de dos clases: -COMUNES: DIN 62 ISO -VARIABLES: Fe 1-7 Al 6-12 Cu 10-16 Los grupos (1-7, 6-12, 10-16) son los números de orden del primero y el último de los hilos de cada indicador. <___________ y 493 * Indicadores americanos de espesor constante y taladro Estos indicadores de espesor constante se dividen en dos grupos principales caracterizados por el diámetro de los taladros que lleva cada uno de ellos. Si el espe sor de la placa que constituye el indicador es T los diámetros para cada uno de los grupos o tipos de indicadores son: TIPO 4T - TIPO 4T - 3T T - 2T - 2T Al primer tipo corresponden los indicadores recomendados por las normas de la American Society for Testing Materials (A.S.T.M.) y al segundo los requeridos por el Código "Boiler and Pressure Vessels Code" de la American Society of Mechanical Engineers (A.S.M.E.). TABLA Espesor del material, designación del IQI y taladros esenciales para la técnica radiográfica a doble pared, según ASME I, III subsecciones NB, BC, ND y NE, ASME VIII y ANSI B-31.1 IQI Lado fuente o lado película Pared simple nominal espesor del material (mm) De 0 a 9,52 Superior de Superior de Superior de Superior de Superior de Superior de Superior de Superior de .................................................................... 9,52 a 15,87.......................................... 15,87 a 22,23 ................... 22,23 a 25,40 .................. 25,40 a 38,10 ........................................ 38,10 a 63,50 ........................... 63,50 a 76,20 .................. 76,20 a 101,60 ................................ 101,60 a 152,40 ........................................ Núm. Taladro Esencial 10 12 15 17 25 30 35 40 50 4T 4T 4T 4T 2T 2T 2T 2T 2T * Indicadores de Escalones El más utilizado es el APT-ASME. Se usan dos indicadores o parámetros: a) para espesores de acero de hasta 2" (50 mm.) b) para espesores de acero comprendidos entre 2" y 4" (50 á 100 mm.) Cada escalón lleva un taladro de 3/36 " (4,8 mm de diámetro). e=o,8 e=t25 e=Q65 JLIJ 494 8.3. Tipos de películas radiográficas mas usuales. La elección de la película depende de la calidad radiográfica y de cómo se realiza rán las exposiciones. La película radiográfica tiene una capa sensible de halogenuros de plata en suspensión en gelatina extendida como de unos 0,025 mm. sobre un soporte que es transparente. La estructura de la película radiográfica tiene las siguientes partes: A) capa de gelatina endurecida que protege la emulsión B) capa de emulsión C) capa muy delgada de substrato que segura la adherencia de la capa de emul sión al soporte. D) soporte de triacetato de celulosa o poliéster. Los tipos de película se clasifican según la norma A.S.T.M. E 94.68 en cuatro gru pos según vemos en la tabla en función de su rapidez y tamaño del grano. CLASIFICACION DE LAS PELICULAS RADIOGRAFICAS INDUSTRIALES CARACTERISTICAS TIPO DE PELICULA 1 2 3 4 RAPIDEZ CONTRASTE MUY ALTO ALTO MEDIO MUY ALTO A) LENTA MEDIA ALTA MUY ALTA A) TAMAÑO GRANO MUY PEQUEÑO PEQUEÑO GRANDE B) A) Película para ser utilizada con pantallas reforzadoras fluorescentes. Cuando estas películas se exponen directamente con pantallas de plomo, su rapidez, contraste y tamaño de grano son medios. B) El tamaño del grano depende de las características de las pantallas fluores centes utilizadas. 495 8.4. Técnicas radiográficas La radiografía de las uniones soldadas cualesquiera que sean, se obtendrá por el método de transparencia situando la unión a radiografiar entre la película y la fuente de radiación. Podemos utilizar las siguientes técnicas: 1) Técnica de una sola pared con interpretación de la imagen de una sola pared. 2) Técnica de doble pared con interpretación de la imagen de las dos paredes atravesadas por la radiación. 3) Técnica de doble pared con interpretación de una sola pared. En radiografía de soldadura los elementos objeto de inspección suelen ser plan chas, perfiles o tubos, lo que da lugar a dos tipos de uniones a radiografiar: a) Uniones longitudinales.Si la unión es accesible por ambos lados la fuente de radiación se colocará en el interior del tubo o cilindro a radiografiar y la película en el exterior siempre que las dimensiones del objeto lo permitan; si no es así, colocaríamos la película en el interior del cuerpo cilindrico y la fuente en el exterior, si es que es posible. Cuando ninguna de las dos soluciones es válida, se dispone tanto la película como la fuente de radiación en el exterior del objeto cilindrico y es necesario que se use la técnica de doble pared con interpretación de la imagen radiográfica correspondiente a una sola pared. b) Uniones circunferenciales. Esta radiografía la podemos obtener siguiendo la técnica de una sola pared con interpretación de la imagen de una sola pared o la técnica de doble pared con inter- 496 pretación de las dos paredes atravesadas por la radiación, dependiendo el uso de una u otra técnica del diámetro exterior del tubo o cuerpo cilindrico. Técnica 8 Técnica "A" Técnica "F" 497 8.5. Marcas de identificación de las placas radiográficas Las marcas se colocan sobre el objeto que se radiografía, nunca sobre el chasis que contiene la película, de forma que se pueda localizar el defecto y la zona radiogra fiada en la pieza o bloque con ayuda de la placa. Para las situación de las marcas tendremos en cuenta: a) Radiografía con interpretación de una sola pared - marcas situadas del lado de la fuente de radiación - " " " " de la película - " " " " de la fuente o película b) Radiografía con interpretación de doble pared Al menos una de las marcas deberá ir colocada sobre la superficie exterior adyacente a la soldadura (o sobre el material en la zona que se atraviese) por cada exposición. 9. INTERPRETACION DE LAS RADIOGRAFIAS. ARCHIVO La función de las radiografías es la de dejar una constancia gráfica documental de los defectos de soldadura, observando su morfología e interpretando los signos y evaluando los defectos, para los cual es necesario que antes de proceder a su inter pretación tengamos la seguridad de que la técnica radiográfica se ha empleado correctamente y que los equipos y placas son las adecuadas para no hecer falsas interpretaciones. Asimismo se debe conocer el procedimiento de soldeo y sus condi ciones operatorias y los defectos típicos de esa soldadura para buscarlos detenida mente en la placa, una vez establecidas estas premisas \ /aluada la radiografía se procederá a la emisión de informes para la inspección o el cliente a fin de que se pro ceda al resaneado y nuevo soldeo (si procede) y se archivará la placa con una copia del informe a fin de completar la documentación final, comprobar si se ha corregido el defecto o localizar una unión soldada en la pieza y su situación a la fecha de la radio grafía. Para que la interpretación de una radiografía sea exitosa es fundamental conocer los principios de la Técnica Radiográfica. Debemos tener en cuenta la calidad de la propia radiografía porque puede ser insuficiente para poner de manifiesto el tipo de defectos que pueda presentar el material que se inspecciona y antes de seguir adelan te hay que rechazar la radiografía. En ocasiones vemos radiografías "sin defectos" y es porque la radiación no ha llegado a atravesar el material. Este hecho se hace patente cuando se localizan los defectos si usamos otros procedimientos de control no destructivos. A veces el tipo de defecto localizado, con su tamaño, forma y orientación propios, no puede ser localiza do radiográficamente pero a veces la calidad de la radiografía a interpretar no es sufi cientemente buena. Una vez comprobada la calidad de la radiografía, lo que debemos juzgar es la calidad de la soldadura para lo cual debemos tener un conocimiento lo más completo posible de la forma en que se ha realizado la soldadura. 9.1. Técnica para la observación y detección de defectos en las radiografías Las radiografías se observan con un negatoscopio que emite una luz uniforme de gran intensidad a través de un cristal opal que permite que se distingan en la placa los poros, fisuras, etc... por su diferencia de tonalidad respecto al cordón y al meterial base. 498 La colección de referencia de radiografías tipo del Instituto Internacional de la Soldadura elaborada, por la comisión V, se compone de unas 80 radiografías con los diversos tipos de defectos que puede presentar en la soldadura y con diversas pro porciones de los mismos. Teniendo en cuenta el tipo de defecto y el volumen o longitud del mismo, clasifi ca las radiografías según la calidad de las soldaduras en 5 colores: N2 COLOR DE LA CARTULINA DE LA RADIOGRAFIA CLASIFICACION DE LA SOLDADURA 1 Negro Perfecta 2 Azul Buena 3 Verde Regular 4 Marrón Mala Rojo Muy mala 5 Para detectar los defectos y evaluarlos, se suele hacer por comparación con las radiografías patrón, localizando en la colección las radiografías que se refieran al mis mo tipo de material, igual posición, espesor y preparación de bordes, método de radiografía que se ha realizado, y se van comparando en el negatoscopio con la radio grafía obtenida hasta encontrar que las imágenes de los defectos son semejantes, con lo cual podremos saber el tipo de defecto al venir dado en la radiografía patrón. 499 500 1 ★ 2 3 4 5 ★ 6 7 8 9 10 J 15 has y Ut o\l> ’S V > 16 rhead I-I o O 9.2. Evaluación de los defectos Los defectos principales que se producen en las soldaduras y la forma en que se presentan se reflejan en la tabla siguiente. Porosidad general Poros vermiculares IMAGEN RADIOGRAFICA CROQUIS DEFECTO I----- --- Manchas negras circulares claras I--------------- r-f I ' ' .'I I------------- —i Inclusión de escoria Línea oscura de bordes definidos Es conveniente realizar dos placas o más al ser difícil de detectar Falta de fusión Fisuras i-—------ T L ' • ! L Lineas finas oscuras Falta de penetración Una línea oscura continua o discontinua Mordeduras Linea 501 oscura ancha y difusa El mayor peligro es el debido a grietas abiertas a la superficie perpendiculares a la dirección de máxima tensión sobre todo si existe posibilidad de fragilización; si existen cargas alternadas (fatigas) o si la unión se encuentra en contacto con un medio oxidante o corrosivo. Las grietas internas, que son menos serias, pueden extenderse y abrirse en con diciones de fatiga. Defectos redondeados, cavidades e inclusiones, aparte de evidenciar una mala ejecución, pueden ocasionar una reducción de la sección neta y degenerar en grietas. La falta de fusión o penetración ocasiona una reducción en la resistencia a la fatiga y a una corrosión localizada cuando se hallan abiertas o parcialmente cerradas mediante soldaduras de estanqueidad agrietadas. 9.3. Criterios de aceptación de radiografías en soldadura según el código A.S.M.E. No se aceptarán todas las zonas de soldadura en cuya radiografía se observe cualquiera de las siguientes discontinuidades: a) Cualquier tipo de grieta, falta de fusión o falta de penetración. b) Cualquier otra indicación alargada que tenga una longitud superior a: 1/4 " (6 mm.) para espesores e < 3/4 " (19 mm.) 1/3 e para espesores 3/4 " (19 mm.) 3/4 e para espesores e> 2 1/4 " (57 mm.) Donde e es el espesor de la parte más delgada de la soldadura. c) Cualquier conjunto de indicaciones alineadas que tenga una longitud acumu lada mayor que el espesor en una longitud de 12 veces el espesor de la solda dura, excepto cuando la distancia entreindicaciones sucesivas sea superior a 6L, donde L es la longitud de la mayor indicación. d) Indicaciones redondeadas cuya dimensión o situación en la radiografía exce dan de los estándares del Apéndice VI. 9.4. Elaboración de informes y registros: su archivo y conservación Será necesario acompañar un informe a cada radiografía o serie de ellas para dejar constancia escrita y documentada del examen efectuado. De acuerdo con el Código A.S.M.E. (Sección V, artículo 2, Párrafo T.292), el cons tructor debe interpretar las radiografías antes de entregarlas al inspector a quien se le darán junto con el procedimiento radiográfico seguido para obtenerlas. El informe radiográfico debe hacer mención de: - Número de películas - Situación de cada radiografía sobre el objeto examinado - Sistema de identificación utilizado - Localización de las marcas de identificación - Número del procedimiento radiográfico o cualquier otro método para su iden tificación - Referencia a la norma o sección del Código aplicable - Esquema radiográfico Se presentan dos posibles modelos de informes radiográficos de prefabricación y montaje, y de reparación de soldadura. 502 / depósito o 503 Escorias Fisurasl Calificación Precalificación Otros defectos Mordeduras Falta de penetración Falta de fusión Longitudinales Transversales Inclusión Lineal Inclusión Aislada Tubular Agrupada Aislada Soldador Sector Código N.° Linea 3 N ’ isom et soporte Soldadura Porosidad O b s e r v a c io n e s INFORME DE REPARACION SOLDADURA Soldadura___________________ 0___________________ SCH__________________ „Isomètrico________________ LOS DEFECTOS FUERON DETECTADOS POR INSPECCION VISUAL □ L PENETRANTES INFORME N “ . INFORME N - PROCEDIMIENTO DE LA REPARACION □ RADIOGRAFIA □ INFORME N ....................................... RESPONSABLE REPARACION CROQUIS DE SITUACION DE DEFECTOS DATOS PROCESO DE SOLDADURA PRECALENTAMIENTO_______ 'C DISTENSIONADO PROCED_____ N “ INFORME PROCEDIMIENTO SOLDADURA ______________ MATERIALES DE APORTACION 0 (mm) Clase Aws Colada Marca Varilla Gtaw Electrodo Smaw DIMENSIONES DE LAS ZONAS DESCARNADAS Y SOLDADORES QUE INTERVIENEN EN LA REPARACION INSPECCION FINAL DE LA REPARACION Inspección visual L Penetrantes Radiografía Informe N.°...................... Informe N.u...................... Informe N - Resultado FECHA......................................................... FECHA FECHA . FIRMA FIRMA FIRMA 504 9.5. Normas nacionales e internacionales sobre radiografía Según obliguen las especificaciones de cada contrato de obra, será necesario eje cutar los trabajos de inspección radiográfica de acuerdo con unos códigos o normas determinados, por lo que se han resumido algunas normas sobre inspección radiográ fica para presentar una muestra de las exigencias de calidad, técnicas operatorias y sistemas de clasificación e interpretación de radiografías. Las normas suelen contemplar especificaciones sobre todas las variantes esen ciales de una técnica o procedimiento y cuando es obligado su cumplimiento, se hace necesario estudiarlas en profundidad y consultarlas antes, durante y después de la realización de los trabajos para ir cumpliendo con sus exigencias. 9.6. Referencias ASTM para la interpretación de radiografías de fundiciones E 71 : Radiografía de referencia para fundiciones de acero de espesores superio res a 2". E 155 : Radiografías de referencia para inspección de fundiciones de aluminio y magnesio. E 186 : Radiografías de referencia para fundiciones de acero de grandes espeso res (2" a 4,5"). E 192 : Radiografías de referencia de fundiciones de acero para aplicaciones aeroespaciales. E 242 : Radiografías de referencia de aspecto de radiografías cuando se cambian ciertos parámetros. E 272 : Radiografías de referencia para inspección de fundiciones de cobre y cobre-níquel. E 280 : Radiografías de referencia para fundiciones de acero de grandes espeso res (4,5" á 12"). E 310 : Radiografías de referencia para fundiciones de bronce. E 390 : Radiografías de referencia para soldaduras de acero por fusión. E 446 : Radiografías de referencia para fundiciones de acero de hasta 2" de espe sor. 9.7. Norma UNE 14.011 sobre interpretación y clasificación de radiografías Clasifica las soldaduras en 5 grupos: 1. - SOLDADURA PERFECTA: homogénea o con inclusiones gaseosas muy pequeñas. Color negro. 2. - SOLDADURA BUENA: con débiles desviaciones de lo que sería la homogenei dad a causa de inclusiones gaseosas, inclusiones de escoria o mordedura de bordes. Color azul. 3. - SOLDADURA REGULAR: soldadura levemente no homogénea por alguno o varios de los defectos siguientes: inclusiones gaseosas, mordedura de bordes, inclusiones de escoria, falta de penetración. Color verde. 4. - SOLDADURA MALA: marcadamente desviada de la homogeneidad con uno o varios de los defectos siguientes: inclusiones gaseosas, inclusiones de esco ria, mordedura de bordes, falta de penetración, falta de fusión. Color marrón. 5. - SOLDADURA MUY MALA: con gran desviación de la homogeneidad con uno o varios de los defectos anteriores y grietas. Color rojo. 505 9.8. Norma UNE 14.040 Sobre técnicas para la obtención de radiografías Esta Norma se limita a hacer una clasificación de las técnicas radiográficas y de sus posibles aplicaciones, de los métodos operatorios a seguir, preparación de super ficies, marcado de radiografías, colocación de chasis, indicadores de calidad o pará metros y de la sensibilidad. Describe las distintas técnicas y sus aplicaciones y los tipos de películas y pantallas reforzadoras. 9.9. Norma ASME sobre calificación de radiografías Los criterios de rechazo o aceptación según esta Norma se han resumido en el apartado 9.3 ampliándose a continuación el contenido de la norma ASME para la cali ficación de radiografías: - Fisuras, faltas de fusión y faltas de penetración se consideran inaceptables porque son discontinuidades agudas que pueden provocar la rotura. - La aparición de estos defectos en las soldaduras de un recipiente a presión entraña una orden de reparación sin discusión. - Las inclusiones de escoria representan un defecto menos grave y se toleran en los límites expresados en el punto b del apartado 9.3. - En los párrafos del Apéndice IV y hojas patrón de porosidades, incluidas en la edición 1968 del Código ASME, se dice que la porosidad total en una superfi cie no deberá exceder de 0,38T cm. (T = espesor de la soldadura) en 150 mm. de longitud de la misma. - Si la soldadura tiene una longitud inferior a 150 mm„ la superficie total de la porosidad será reducida proporcionalmente. - La dimensión máxima de un poro será de una magnitud igual al más pequeño de los valores 0,2T ó 3,2 mm. excepto en el caso de poro aislado, separado del adyacente en no menos de 25 mm., en cuyo caso esta longitud será del valor más pequeño de 0,3T ó 6,3 mm. - Las imágenes o manchas oscuras que se observen en las radiografías de forma cir cular u ovalada deberán ser interpretadas como porosidades según esta norma. - En las hojas-patrón del Apéndice se muestran diversos tipos de porosidad, agrupados en diferentes puntos de una soldadura, tanto uniformemente repartida como dispersa y representan la máxima porosidad aceptable para diferentes espesores y para una longitud de 150 mm. de radiografía. - La distribución de porosidades no es necesario que sea la misma que la que muestra la hoja-patrón pero sí debe tomarse como típico el número y la dimensión de las indicaciones de estas. - Cuando las observadas difieran bastante de las que figuran en las hojas-patrón se deberá medir y calcular el área total para establecer la relación oportuna. - En cualquier trozo de 25 mm. de longitud ó 2T de soldadura podrá haber una porosidad hasta 4 veces la admitida para 0,38T pero tal concentración deberá incluirse en la porosidad permitida para una longitud de 150 mm. formando parte de la agrupación total. - Las porosidades admisibles para espesores de soldadura intermedios que no figuran en las hojas patrón serán evaluadas bien por comparación con el espesor más próximo al considerado que figure en éstas, o por cálculo com parando con los valores que figuren en la tabla Ua - 6T del Apéndice IV del Código 1968. 506 - La porosidad admisible para grandes espesores no deberá exceder a 0,38T cm! en 150 mm. de longitud de soldadura. - Estas normas son aplicables en los materiales ferríticos, austeníticos, y no férreos. 9.10. Normas API sobre calificación de radiografías Algunas de las Normas API que tratan el tema de la calificación de radiografías son: API 650 : Welded Steel Tanks for Oil Storage API 620 : Design and Construction of Large, Welded Low Pressure Storage Tanks API 1104 :Standards for Welding Pipe Lines and Related Facilities SL : Specification for Line Pipe API API S1S : " " Spiral Weld Line Pipe Los criterios de aceptación de la Inspección Radiográfica de soldaduras de la Norma API 1104 son: - Faltas de penetración: Este defecto no excederá de 1" de longitud en un tramo de soldadura de 12". Si la longitud total de la soldadura es inferior a 12", la longitud de estos defectos no superará el 8% de la longitud de la soldadura. - Faltas de fusión: La longitud total de tales defectos no excederá de 1" de lon gitud en cualquier tramo de soldadura de 12" de longitud. Si la longitud de la soldadura es inferior a 12" la longitud total de tales defectos no excederá el 8% de la longitud de la soldadura. - Perforaciones: Cualquier perforación en tubos de 2x3/8" de diámetro o mayo res no excederá de 0,25" o del espesor del tubo, (el que sea más pequeño) en cualquier dimensión. En tubos de diámetro inferior a 2x3/8" no habrá más que una zona perforada y no sobrepasará de 0,25" o del espesor del tubo, el que sea más pequeño. - Inclusiones de escoria: a) Inclusiones lineales: para soldaduras de tubos de 2x3/8" de diámetro y mayores no excederán de 2" de longitud ó 1/16" de anchura. En tubos con diámetro inferior a 2x3/8" cualquier inclusión lineal aislada no excederá de 1/16" de anchura ni 3 veces el valor nominal del espesor de pared de longitud. b) Inclusiones aisladas: para soldaduras de tubos de 2x3/8" de diámetro y mayores la máxima dimensión de cualquier inclusión aislada no excederá de 1/8". En tubos con diámetro inferior a 2x3/8" la dimensión máxima de este defecto no excederá de 1/2 del espesor de pared nominal y la longitud total de tales inclusiones no excederá de 2 veces el espesor de pared nominal. - Porosidad o inclusiones gaseosas: * Poros esféricos: no excederán aisladamente de 1/8" ó del 25% del espesor de pared del tubo. * Poros agrupados: las zonas con poros agrupados no tendrán un área supe rior al de un círculo de 1/2" de diámetro y no podrá exceder ninguno de la agrupación de 1/16". 507 * Poros verniculares: la máxima dimensión no excederá de 1/8" ó del 25% del espesor de pared del tubo, el que sea menor. La orientación de este tipo de defecto afectará sensiblemente la densidad o ennegrecimiento de la ima gen radiográfica. * Poros lineales en raíz: la longitud máxima de estas discontinuidades no excederá de 1/2". La longitud total de los poros lineales en cualquier tramo de soldadura de 12" no excederá de 2" no pudiendo estar más próximas de 2" dos poros cualesquiera de longitud superior a 1/4". - Grietas: Las grietas superficiales en estrella o en los cráteres de la terminación de cordones de soldadura no excederán de 5/32". Salvo esta excepción no se admitirá ningún tipo de grietas de cualquier dimensión u orientación. - Mordeduras: La profundidad de estas no debe exceder de 1/32" ó del 12,5% del espesor de pared del metal base, el que sea menor; no excederá de 2" de longitud ó de 1/6 de la longitud de la soldadura, el que sea menor. 10. PELIGROSIDAD DE LAS RADIACIONES Los factores que influyen en la menor o mayor radiación recibida procedente de una fuente localizada pueden resumirse en cuatro: 1- Absorción de la radiación por medios materiales entre la fuente y el cuerpo humano. 2. - Distancia de la fuente. 3. - Tiempo de exposición. 4. - Potencia de la fuente. Los órganos y partes más sensibles al efecto de la radiación son: - piel - gónadas - órganos formadores de la sangre - ojos La dosis máxima permisible acumulada en las gónadas, órganos formadores de sangre y en el cristalino de los ojos es de 5 rem/año, lo que implica una dosis semanal de 100 mrem. La dosis permisible acumulada en rem a una cierta edad N se calcula mediante la fórmula: D=5(N-18), donde se admite como 18 años la edad más temprana para el tra bajador con isótopos. Hoy día el límite de radiación es de 200 rem durante toda la vida. La dosis acumulada en piel (excepto manos, antebrazos, pies y tobillos), no ha de exceder de 8 rem en 13 semanas consecutivas ó 0,6 rem por semana. Para el personal no perteneciente a la Sección de Radiología, pero expuesto a las radiaciones como consecuencia de las actividades de ésta, las dosis máximas admisi bles son la décima parte de las indicadas anteriormente. El mejor medio de evitar dosis excesivas de radiación es establecer las adecua das medidas de protección en cada caso. Debemos tener presente que estas medidas no sólo deben afectar al radiólogo sino que deben alcanzar, y con mayor rigurosidad, al personal ajeno al mismo y que puede ser afectado por estas actividades. 508 Los tres medios de protección clásicos son: - protección con blindajes - " - " por distancia " tiempo Los instrumentos o equipos que se utilizan para medir la radiación en Radiología industrial pueden clasificarse en tres grandes grupos: - películas dosimétricas - dosímetros de bolsillo, tipo pluma - radiómetros o monitores Durante los trabajos de exposición radiográfica el operador o jefe de Equipo deberá disponer de un radiómetro de lectura directa o de alarma audiovisual y de las películas dosimétricas. A cada supervisor y operador les corresponderá una película dosimètrica con su referencia. Esta película es personal e intransferible y debe formar parte de cada per sona en todas las actividades relacionadas con fuentes de radiaciones. La película dosimètrica se colocará dentro de los chasis de plástico de forma que el número de identificación situado en el centro del anverso de la misma (parte blan ca), se vea centrado en la ventana anterior del chasis. El portapelículas debe llevarse prendido en la ropa de trabajo a la altura de la solapa o equivalente, con el imperdible en posición horizontal de forma que el chasis (parte en la que va marcada la palabra BACK), quede en contacto con la ropa. El radiólogo, siempre que esté trabajando, llevará puesta la película dosimètrica de acuerdo con las indicaciones, cuidará de no mojarla, de no abrir el sobre donde va metida la película para que no se vele y no la dejará nunca en las proximidades del equipo. 509 APENDICE DICCIONARIO INGLES-ESPAÑOL DE TERMINOS Y ACRONIMOS DE SOLDADURA A AAC (Air carbon arc cutting). Corte con arco-aire. AAW (Air-acetylene welding). Soldeo aeroacetilénico. AB (Arc brazing). Soldeo fuerte por arco. ABD (Adhesive bonding). Adhesivos. Abrasion resistance. Resistencia a la abrasión. Abrasion hardness. Dureza al rayado. AC (Arc cutting). Corte con arco. AC (Alternating current). Corriente alterna. Acetylene welding. Soldeo oxiacetilénico. Acid electrode. Electrodo ácido. Acid flux. AHW (Atomic-hydrogen welding). Arc blow. Soldeo por hidrógeno atómico. Soplado del arco. Air carbon arc cutting. Arc braze welding. Corte con arco-aire. Soldeo con bronce por arco. Air-acetylene welding. Arc brazing. Soldeo aeroacetilénico. Soldeo fuerte por arco. Airborne substance. Arc cutting. Sustancia en suspensión en el aire. Corte con arco. Air-fuel gas welding. Arc image welding. Soldeo aerogas. Soldeo por imagen de arco. Air-pits. Arc-spot weld. Porosidad. Soldadura eléctrica por puntos. Air plasma cutting. Arc spraying. Corte con plasma-aire. Arco "spray", (pulverizado). Air-propane welding. Arc stud welding. Soldeo aeropropano. Soldeo por arco de espárragos. Alloy. Arc welding. Aleación. Soldeo eléctrico por arco. Alloy steels. Arc welding with covered Aceros aleados. electrode. Alpha-iron. Soldeo por arco con electrodo revestido. Hierro alfa. Argon. Aluminothermic process. Flux ácido. Aluminotermia. Acid lining. AOC (Oxygen arc cutting). Revestimiento ácido. Corte con oxiarco. Argón. Argonaut welding. Soldadura continua con gas inerte. Adhesive bonding. Arc. ASP (Arc spraying). Adhesivos. Arco. Arco "spray", (pulverizado). Agglomerated flux. Arc-air cutting. Atomic-hydrogen welding. Flux aglomerado. Corte con arco-aire. Soldeo por hidrógeno atómico. 511 Austenite. Blowpipe. CAC (Carbon arc cutting). Austenita. Soplete. Corte con arco de carbono. Austenitic steel. BMAW (Bare metal arc welding). Calk weld. Acero austenitico. Soldeo con electrodo sin recubrir. Soldadura estanca. Autogenous welding. Bore welding. Capping pass. Soldeo autógeno. Soldadura interior de tubos. Pasada de cierre. AW (Arc welding). Soldeo eléctrico por arco. Braze welding. Capstan feed. Soldeo con metal. Alimentación por rodillo impul sor. Brazing. Soldeo fuerte. B B (Brazing). Carbide precipitation. Precipitación de carburos. Breaking load. Carga de rotura. Carbon arc brazing. Soldeo fuerte por arco de carbono. Soldeo fuerte. Breaking strength. Backing sand. Carga de rotura. Carbon arc cutting. Corte con arco de carbono. Arena de relleno. Brinell hardness test. Backing weld. Ensayo de dureza Brinell. Carbon arc welding. Soldeo con respaldo; soldeo con soporte. Brittle fracture. Soldadura con electrodo de car bono. Fractura frágil. Carbon equivalent. Balanced steel. Acero semicalmado. Carbono equivalente. Brittleness. Fragilidad. Carbonitriding. Ball burnishing. Bruñido. Carbonitruración. Browning. Pavonado. Carbon steels. Balling. Cementita globular. Aceros al carbono. Buffing. Pulido. Carbon-arc welding. Bare metal arc welding. Soldeo con electrodo sin recubrir. Exceso de material. Soldeo por arco con electrodo de carbono. Bulk welding. Carburizing. Soldeo con adición de polvo férrico. Carbocementación. Build-up. Bare wire metal-arc welding. Soldeo por arco con alambre macizo. Basic electrode. Bundy tubing. Casting strains. Electrodo básico. Tubo soldado. Tensiones y deformaciones. Basic flux. Burr. Casting stresses. Flux básico. Rebaba. Tensiones y deformaciones. Bead. Burnback. Cathode. Cordón. Subida del arco a la boquilla. Cátodo. Beaded pearlite. Burn-off rate. CAW (Carbon-arc welding). Perlita globular. Grado de combustión final del electrodo. Soldeo por arco con electrodo de carbono. Butt cracks. CAW-G (Gas carbon arc welding). Grietas de contracción. Soldeo por arco con electrodo de carbono con gas. Becking bar. Escariador. Bending test. Ensayo de flexión. Butt joint. Junta a tope. CAW-S (Shielded carbon arc welding). Butt-welding. Soldeo por arco con electrodo de carbono con gas de respaldo. Bending stress. Esfuerzo de flexión. Soldadura a tope. Bethanising. Galvanizado. Billet. Palanquilla. CAW-T (Twin carbon arc wel ding). c Soldeo por arco con doble elec trodo de carbono. Blow holes. CAB (Carbon arc brazing). Cellulosic covering. Sopladuras. Soldeo fuerte por arco de carbono. Revestimiento celulósico. 512 Cellulosic electrode. Contact tube. Current flow. Electrodo celulósico. Tubo de contacto. Flujo de corriente. CEW (Coextrusion welding). Contraction cavity. Cutting. Soldeo por co-extrusión. Rechupe. Corte de metales. Chafing-fatigue. Contraction crack. Cutting head. Fatiga al rozamiento. Grieta de contracción. Boquilla de corte. Charpy test. Contraction of area. Cutting machine. Prueba Charpy de resiliencia. Estricción. Cortadora mecánica. Check valve. Constitution diagram. Cylinder. Válvula de retención. Diagrama de fases. Cilindro; botella. Checking. Copper. CW (Cold welding). Desgarro laminar. Cobre. Soldeo en frío. Chemical flux cutting. Coppered wire. Corte con fundente químico. Alambre cobreado. Chromising. Corrosion. Cromización. Corrosión. Clink. Corrosion-resistance. Grieta térmica. Resistencia a la corrosión de un acero. D DB (Dip brazing). Clinking. Agrietamiento térmico. Core wire. DCEN (Direct current electro de negative polarity). Cored wire. Corriente continua con polaridad directa. Varilla hueca; hilo tubular. Coarsening. Crecimiento del grano; engruesamiento del grano. Junta en ángulo. Coated electrode. Covered electrode. Electrodo revestido. Electrodo recubierto. Coated wire metal-arc welding. Covering. Soldeo por arco con alambre revestido. Revestimiento. Corner joint. Cold pressure welding. Soldeo en frío. Grieta; fisura. Dendrites. Dendritas. Agrietamiento interior de la estructura. Crater. Soldeo en frío. Deoxidizer. Desoxidantes. Deposited metal. Cráter. Metal depositado. Crazing. Cold welding. Decarburisation. Envejecimiento por soldadura. Cracking. Ensayo de plegado en frío. Corriente continua con polaridad inversa. Decay. Soldeo por co-extrusión. Cold bend test. DCEP (Direct current electro de positive polarity). Decarburación. Crack. Coextrusion welding. DC (Direct Current). Corriente continua. Electrodo revestido. Cloudbursting. Granallado. Soldeo fuerte por inmersión. Deposition efficiency. Agrietamiento. Rendimiento del electrodo. Creep. Cold-rolling. Laminado en frío. Deposition rate. Fluencia. Grado de deposición. Cressing. Cold-shortness. Diffusion brazing. Estricción. Soldeo fuerte por difusión. Fragilidad en frío. Crumble. Conduction limited weld. Rotura. Diffusion soldering. Soldeo blando por difusión. Soldeo limitado por conducción. Crushing test. Ensayo de compresión longitudi nal. Diffusion welding. Manguera. Consumable. Current. DFB (Diffusion brazing). Consumible. Corriente. Soldeo fuerte por difusión. Conduit. 513 Soldeo por difusión. DFS (Diffusion soldering). Edge. Expansion crack. Soldeo blando por difusión. Borde. Grieta de dilatación. DFW (Diffusion welding). EGW (Electrogas welding). Explosion welding. Soldeo por difusión. Soldeo por electrogas. Soldeo por explosión. Dip brazing. Elastic breakdown. EXW (Explosion welding). Soldeo fuerte por inmersión. Fatiga. Soldeo por explosión. Dip soldering. Elastic limit. Soldeo blando por inmersión. Límite elástico. F Dip transfer. Electric welding. Face bend test. Transferencia por inmersión. Electrosoldeo. Ensayo de flexión. Divorced perlite. Electro-magnetic force. Fatigue fracture. Perlita globular. Fuerza electromagnética. Rotura por fatiga. Double corner joint. Electrode. FB (Furnace brazing). Junta en doble ángulo. Electrodo. Soldeo fuerte en horno. Draw. Electrode force. FCAW (Flux cored arc welding). Rechupe. Presión del electrodo. Soldeo por arco con alambre tubular. Drop. Electrode holder. Gota. Portaelectrodos. Ferritic stainless steel. Acero inoxidable ferrítico. DS (Dip soldering). Electrode pick-up. Soldeo blando por inmersión. Contaminación del cabezal del electrodo. Campo. Field. Dunt. Fisura. Electrogas welding. Filler material. Soldeo por electrogas. Material de aportación. Electron beam. Filler metal. Haz de electrones. Metal de aportación. Electron beam cutting. Fillet weld. Corte por bombardeo de electro nes. 1. Cordón de soldadura. 2. Soldeo sin preparación de bordes. Electron beam welding. Filling pass. Pasada de relleno. Circuito de conexión a tierra. Soldeo por bombardeo de elec trones. EB insert. Electropercussion welding. Dye penetrant. Líquidos penetrantes. E Earth cable. Cable de masa. Earthing circuit. Filter. Técnica de soldadura de tubería con soporte circular fijo. Soldadura por electropercusión. Firecracker welding. Electroslag welding. EBC (Electron beam cutting). Corte por bombardeo de electro nes. Filtro. Soldeo por electroescoria. Soldeo por arco con electrodo acostado. Elongation. Fire-cracking. Alargamiento. Grieta térmica. Soldeo por bombardeo de elec trones. Elongation strength. Fixing pad (Padding). Resistencia al alargamiento. Sobreespesor de alimentación. EBW-HV (Electron beam wel ding - high vacuum). Embrittlement. Flame brazing. Fragilidad. Soldeo fuerte con gas. EBW (Electron beam welding). Soldeo por bombardeo de elec trones en vacío. EBW-MV (Electron beam wel ding - medium vacuum). Equilibrium diagram. Flame hardening. Diagrama de equilibrio. Temple a la llama. ESW (Electroslag welding). Flame soldering. Soldeo por bombardeo de elec trones en vacío medio. Soldeo por electroescoria. Soldeo blando con gas. Evolution steel. Flammable. EBW-NV (Electron beam wel ding - nonvacuum). Acero efervescente. Inflamable. Excess weld metal. Flash. Sobreespesor de soldadura. Proyecciones. Soldeo por bombardeo de elec trones sin crear vacío. 514 Flash radiography. Fragility. Radiografía. Fragilidad. Gas metal arc welding - pul sed arc. Flash welding. Freezing. Soldeo con arco metálico bajo gas - arco pulsado. Soldeo a tope por chispa. Solidificación. Flash-butt welding. Friction brazing. Soldeo a tope. Soldeo fuerte por fricción. Flat butt weld. Friction soldering. Soldeo horizontal a tope. Soldeo blando por fricción. Flat weld. Friction welding. Soldeo horizontal. Soldeo por fricción. Gas-shielded metal-arc welding. Flaw. FRW (Friction welding). Soldeo por arco bajo protección gaseosa con electrodo fusible. Defecto de soldadura; fisura. Soldeo por fricción. FLB (Flow brazing). FS (Furnace soldering). Soldeo fuerte por olas. Soldeo blando en horno. FLOW (Flow welding). Furnace brazing. Soldeo por olas; soldadura con metal fundido. Soldeo fuerte en horno. Gas tungsten arc (TIG) welding. Furnace soldering. Soldeo blando en horno. Soldeo TIG: Soldeo por arco en atmósfera inerte con electrodo de volframio. Gas metal arc welding - short circuiting arc. Soldeo con arco metálico bajo gas - arco de cortocircuito. Gas pressure welding. Soldeo por presión con gas. Flow brazing. Gas shielded welding with non consumable electrode. Soldeo bajo protección gaseosa con electrodo refractario. Soldeo fuerte por olas. Flow meter. Fusarc welding machine. Gas tungsten arc welding - Soldadora "Fusarc". pulsed arc. Fusion welding. Soldadura por fusión. Soldeo TIG: Soldeo por arco en atmósfera inerte con electrodo de volframio - arco pulsado. Medidor de flujo. Flow welding. Soldeo por olas; soldadura con metal fundido. Fusion zone. Gas welder. Zona de fusión. Soldador de autógena. FW (Flash welding). Gas welding. Soldeo por chispa. Soldeo con gas; soldeo oxiacetilénico. Flow soldering. Soldeo blando por olas. Flux. Fundente. Gauge. G Flux cored metal-arc welding. Soldeo por arco con alambre tubular. Galvanic corrosion. Calibre. Gauge length. Corrosión galvánica. Longitud entre puntos. Gamma-radiography. Geiger counter. Flux shielding welding. Soldeo con fundente protector. Radiografía con rayos gamma. Contador Geiger. Fluxed rod. Varilla con fundente. Globular transfer. Gap. Abertura; separación. Transferencia globular. Gas braze welding. GMAC (Gas metal arc cutting). FOC (Chemical flux cutting). Corte con fundente químico. Soldeo con bronce por gas. Corte con arco metálico bajo gas. Ensayo de plegado. Gas carbon arc welding. GMAW (Gas metal arc welding). Forge welding. Soldeo por arco con electrodo de carbono con gas. Soldeo con arco metálico bajo gas. Gas cutting. GMAW-P (Gas metal arc wel ding - pulsed arc). Folding test. Soldeo por forja. Forging. Corte oxi-acetilénico. Forja. Gas holes. Forward welding. Sopladuras. Soldadura a derecha. Gas metal arc cutting. FOW (Forge welding). Soldeo con arco metálico bajo gas - arco pulsado. Corte con arco metálico bajo gas. Soldeo por forja. GMAW-S (Gas metal arc wel ding - short circuiting arc). Soldeo con arco metálico bajo gas - arco de cortocircuito. Gas metal arc (MIG) welding. Fracture stress. Esfuerzo de rotura. Soldeo con arco metálico bajo gas. 515 Grain growth. Crecimiento del grano. Grain refining. Horizontal welding. Iron powder electrode. Afinado del grano. Soldadura horizontal. Electrodo con adición de polvo férrico. Gravity arc welding covered electrode. with Soldeo por arco por gravedad con electrodo revestido. Hot-cracking. Grietas en caliente. Iron soldering. Soldeo blando con hierro. Hot pressure welding. Soldeo por presión en caliente. IRS (Infrared soldering). Soldeo blando por infrarrojos. Groove. Junta con preparación de bordes. HPW (Hot pressure welding). Soldeo por presión en caliente. IS (Induction soldering). Soldeo blando por inducción. Groove weld. Soldeo con preparación de bordes. I GTAC (Gas tungsten arc cutting). Corte por arco en atmósfera iner te con electrodo de volframio. IB (Induction brazing). GTAW (Gas tungsten arc welding). Impact strength. Soldeo TIG: Soldeo por arco en atmósfera inerte con electrodo de volframio. GTAW-P (Gas tungsten arc welding - pulsed arc). Soldeo TIG: Soldeo por arco en atmósfera inerte con electrodo de volframio - arco pulsado. IW (Induction welding). Soldeo por inducción. Soldeo fuerte por inducción. Resistencia al impacto. J Joint. Junta. Impact test on notched test bar. Ensayo de resiliencia. L Inductance. Inductancia. Lack-of-fusion. Falta de fusion. Induction brazing. Soldeo fuerte por inducción. Guide tube. Lamellar tearing. Desgarre laminar. Tubo-guía. Induction soldering. Soldeo blando por inducción. H Induction welding. Soldeo por inducción. Inert shield. Protector inerte. Infrared brazing. Soldeo fuerte por infrarrojos. Infrared soldering. Soldeo blando por infrarrojos. Infrared welding. Soldeo por infrarrojos. INS (Iron soldering). Soldeo blando con hierro. HAZ (Heat affected zone). Zona afectada térmicamente (ZAT). Heat affected zone (HAZ). Zona afectada térmicamente (ZAT). Heat-treatment. Tratamiento térmico. Laser beam welding. Soldeo por rayo laser. Hardness test by indentation. Ensayo de dureza. Laser beam cutting - oxygen. Corte con laser - oxigeno. Hard zone cracks. Grietas de soldadura. Laser beam cutting - inert gas. Corte con laser - gas inerte. Hardening. Temple. Laser beam cutting - air. Corte con laser - aire. Hardenability test. Ensayo de templabilidad. Laser beam cutting. Corte con laser. Hanger crack. Grieta transversal. Lap seam welding. Soldeo por roldana, a solape. Hand holder. Pinza portaelectrodos. Lap joint. Junta a solape. Insulators. Aislantes. Laser welding. Intercrystalline cracks. Grietas intercristalinas. Intermittent welding. Soldeo intermitente. Internal stresses. Tensiones internas. Soldeo por rayo laser. LBC (Laser beam cutting). Corte con laser. LBC-A (Laser beam cutting - air). Corte con laser - aire. Heyn stresses. Inverter. LBC-IG (Laser beam cutting inert gas). Tensiones estructurales. Inversor. Corte con laser - gas inerte. HF resistance welding. IRB (Infrared brazing). Soldeo por resistencia de alta fre cuencia. Soldeo fuerte por infrarrojos. LBC-O (Laser beam cutting oxygen). Corte con laser - oxigeno. Iron-carbon diagram. Horizontal fillet weld. Soldadura ortogonal horizontal. Diagrama de equilibrio hierro-car bono. 516 LBW (Laser beam welding). Soldeo por rayo laser. Leak. Metal arc welding. OC (Oxygen cutting). Fuga; escape. Soldadura por arco con metal de aportación. Oxicorte. OFC (Oxy-fuel gas cutting). Light radiation welding. Soldeo por radiación luminosa. Metal arc welding without gas protection. Corte oxigas. Lime-fluoride coating. Soldeo por arco con electrodo fusible sin gas de protección. OFC-A (Oxy-acetylene cutting). Revestimiento de cal fluoritica. Corte oxiacetilénico. Limiting range of stress. Metal powder cutting. OFC-H (Oxy-hydrogen cutting). Zona límite de tensión. Corte con polvo metálico. Corte oxhídrico. LOC (Oxygen lance cutting). Metallic arc welding. OFC-P (Oxy-propane cutting). Corte con lanza de oxígeno. Soldeo por arco voltaico. Corte oxipropano. Long-term effect. MIAB (Magnetically impelled OFW (Oxy-fuel gas welding). Efecto a largo plazo. arc butt) welding. Soldeo oxigas. Low hydrogen electrode. Soldeo a tope por arco eléctrico con impulso magnético. OHW (Oxy-hydrogen welding). Soldeo oxhídrico. Electrodo bajo en hidrógeno. Micro-hardness testing. Low mean current. Ensayo de microdureza. Oil-hardening. Temple en aceite. Corriente baja de tipo medio. MIG (Metal inert gas). Low-strength steel. Gas de metal inerte. One-sided welding. Soldadura por una sola cara. Acero de baja resistencia. MIG welding. M MAC (Metal arc cutting). Corte con arco metálico. MAG welding: Active gas metal-arc welding. Soldeo MAG: soldeo por arco bajo protección de gas activo con alambre fusible. Soldeo MIG: soldeo por arco bajo protección de gas inerte con alambre fusible. Open-circuit voltage. Voltaje en vacío. Open-hearth furnace. Mild-alloy steel. Horno Martin-Siemens. Acero de aleación suave. Orbital welding. Milling. Soldeo orbital. Bruñido. Ore. MMA (Manual metal arc) welding. Soldeo manual por arco eléctrico. Magnaflux process. Motor generator. Procedimiento magnaflux. Motor generador. Magnetic amplifier control. Multiple electrode welding. Control de amplificador magnéti co. Soldeo con electrodo múltiple. Mineral. Overhead welding. Soldadura bajo techo. Overlap joint. Unión a solape. Overnight test. Ensayo de fatiga. Magnetically impelled arc butt (MIAB) welding. N Soldeo a tope por arco eléctrico con impulso magnético. N.D.T. (Nondestructive testing). Main input. Nick bend test. Oxy-acetylene welding. Entrada a la red. Ensayo de doblado con entalla. Soldeo oxiacetilénico. Manipulator. Non-destructive testing. Oxy-fuel gas cutting. Posicionador. Ensayos no destructivos. Corte oxigas. Manual metal arc welding. Notch impact strength. Oxy-fuel gas welding. Resilencia. Soldeo oxigas. Soldeo manual por arco eléctrico. Martensitic stainless steel. Acero inoxidable martensítico. Mechanised welding. Soldadura mecanizada. Melting point. Punto de fusión. Ensayos no destructivos. Oxy-acetylene cutting. Corte oxiacetilénico. Nozzle. Oxy-hydrogen cutting. Tobera. Corte oxhídrico. Nozzle tip. Oxy-hydrogen welding. Boquilla de la tobera. o Metal arc cutting. OAW (Oxy-acetylene welding). Corte con arco metálico. Soldeo oxiacetilénico. 517 Soldeo oxhídrico. Oxy-propane cutting. Corte oxipropano. Oxy-propane welding. Soldeo oxipropano. Oxygen arc cutting. POC (Metal powder cutting). Rectifier. Corte con oxiarco. Corte con polvo metálico. Rectificador. Oxygen cutting. Porosity. Reel. Oxicorte. Porosidad. Bobina. Oxygen lance cutting. Positional welding. Regulator. Corte con lanza de oxigeno. Soldadura posicional. Regulador. Pour-welding. Resistance brazing. Soldadura blanda. Soldeo fuerte por resistencia. p Powder cutting. Resistance butt welding. Soldeo a tope por resistencia. Corte por plasma. Corte con oxígeno y granalla de hierro. Padding. Power factor. Soldeo por roldana. Sobreespesor. Factor de potencia. Paraffin test. Power source. Ensayos con líquidos penetrantes. Fuente de alimentación. Parameter. Preheat. Parámetro. Precalentamiento. Resistance seam welding - Preprogrammed power source. Soldeo por roldana con induc ción. PAC (Plasma arc cutting). Resistance seam welding. Resistance seam welding high frequency. Soldeo por roldana con alta fre cuencia. induction. Parent metal. Metal base. PAW (Plasma arc welding). Soldeo por plasma. Penetrameter. Penetrámetro. Fuente de energía con micropro cesador y memoria programable. Pressure gas welding. Soldeo por presión con gas. Pressure welding. Soldeo por presión. Resistance soldering. Soldeo blando por resistencia. Resistance spot welding. Soldeo por puntos por resistencia. Resistance stud welding. Penetration. Probe. Penetración. Palpador de ultrasonidos. Percentage elongation. Projection welding. Alargamiento por ciento. Soldeo por protuberancias; solda dura por resistencia. Soldeo de espárragos por resis tencia. Resistance welding. Soldeo por resistencia. Percussion welding (PEW). Soldeo eléctrico con percusión. Proof-bend test. Return cable. Ensayo de flexión. Cable de retorno. Soldeo eléctrico con percusión. PSP (Plasma spraying). Rewelding. Resoldadura. PGW (Pressure gas welding). Metalización por proyección de plasma. Pull crack. Soldadura robotizada. PEW (Percussion welding). Soldeo por presión con gas. Piezo-electric effect. Efecto piezoeléctrico. Pinholes. Poros de gases ocluidos. Plain carbon steel. Acero al carbono. Plasma arc cutting. Corte por plasma. Plasma arc welding. Soldeo por plasma. Plasma spraying. Robot welding. Grieta de tensiones. Roentgen rays. Pull test. Ensayo de tracción. Pulsed arc welding. Soldeo por arco pulsado. Push-pull. Rayos X. Roll welding. Soldeo por rodillos; soldadura por laminación. Ensayo alternativo de compresión y tracción. Root. PW (Projection welding). Root-run. Raíz. Soldeo por protuberancias. Pasada de raíz; cordón de raíz. Pyroversum pyrometer. Rotating arc welding. Piròmetro óptico. Soldeo con arco rotante. Metalización por proyección de plasma. ROW (Roll welding). R Soldeo por rodillos. Plug welding. Soldadura en tapón; soldadura por fusión. RB (Resistance brazing). RS (Resistance soldering). Soldeo fuerte por resistencia. Soldeo blando por resistencia. 518 RSEW (Resistance seam welding). Semi-automatic welding. Soldering. Soldeo por roldana. Soldadura semi-automática. Soldeo blando. RSEW-HF (Resistance seam welding - high frequency). Series submerged arc welding. Soldering with soldering iron. Soldeo en serie por arco sumergi do. Soldeo blando con soldador de maza de cobre. Soldeo por roldana con alta fre cuencia. Series welding. Solid-state welding. RSEW-I (Resistance seam wel ding - induction). Soldeo en serie. Soldeo en estado sólido. Soldeo por roldana - inducción. Set. Sonims. Equipo. Inclusiones. RSW (Resistance spot wel ding). Shear. Spark. Soldeo por puntos por resistencia. Cizallamiento. Chispa. Run. Shear strength. Spatter. 1. Metal depositado. 2. Pasada. Resistencia al cizallamiento. Salpicadura. Sherardizing. Specimen test. Galvanizado. Probeta de ensayo. Shielded arc welding. Spot welding. Soldadura con arco protegido. Soldeo por puntos. Rustproof. Inoxidable. Rutile electrode. Electrodo de rutilo. RW (Resistance welding). Soldeo por resistencia. Shielded carbon arc welding. Spray transfer. Soldeo por arco con electrodo de carbono con gas de respaldo. Transferencia "spray". Square pulse. s Shielded metal-arc cutting. Pulsación cuadrada. Corte por arco con electrodo revestido. SSW (Solid-state welding). Soldeo en estado sólido. S (Soldering). Shielded metal-arc welding. Soldeo blando. Soldeo por arco con electrodo revestido. Acero inoxidable. Shielding. Step back welding. Protección. Soldadura a paso de peregrino. Shoe. Stickout. Soporte; calzo. Longitud libre de varilla. Short-arc technique. Stop-start defects. Técnica de arco corto. Defectos de apagado y re-encen dido del arco. Stainless steel. Salt bath brazing. Soldeo fuerte en baño de sal. Salt bath soldering. Soldeo blando en baño de sal. Sand blast apparatus. Chorro de arena. Sand-blasting. Granallado. Short-circuit transfer. Transferencia por cortocircuito. Soldeo por arco sumergido. Shot-blasting. Granallado. SAW-S (Series submerged arc welding). Soldeo en serie por arco sumergi do. Straight polarity. Polaridad positiva. SAW (Submerged arc welding). Strain-anneal. Recocido. Single-stage regulator. Regulador monofásico. Stress. Esfuerzo. Skip welding. S-curves. Soldadura de va y ven. Stress-relieving. Eliminación de tensiones. Curvas de las S. Slag. Seam welding. Escoria. Soldeo por roldana; soldadura por costura. SMAC (Shielded metal-arc cutting). Corte por arco con electrodo revestido. Strip electrode. Seam welding with strip. SMAW (Shielded metal-arc welding). Stud arc welding. Arco auto-regulable. Soldeo por arco con electrodo revestido. Soldeo de espárragos por arco. Self-adjusting arc welding. Soft wire. Stud welding. Soldeo por arco auto-regulable. Electrodo blando. Soldeo de espárragos. Stringer bead. Cordón sin oscilación. Electrodo desnudo. Soldeo por roldana con banda. Self-adjusting arc. 519 Stud welding gun. Terminal. Transistor power source. Soldadora portátil de espárragos. Terminal; boma. Fuente de alimentación transistorizada. Submerged arc welding. Test piece. Soldeo por arco sumergido. Probeta; pieza de ensayo. Submerged arc welding with wire electrode. Thermal coefficient of expansion. Transition piece. Pieza de transición. Soldeo por arco sumergido con alambre. Coeficiente de dilatación. Gatillo (de pistola de soldeo). Thermal cutting. Corte térmico. Submerged arc welding with strip electrode. Soldeo por arco sumergido con banda. Trigger. TS (Torch soldering). Soldeo blando con gas. Thermal fatigue. Fatiga térmica. Tungsten. Tungsteno. Thermal spraying. Metalización por proyección térmica. Suppleness. Ductilidad. Tungsten arc welding. Soldeo TIG. Thermal treatment. Surface defect. Tratamiento térmico. Defectos superficiales. TW (Thermit welding). Soldeo por aluminotermia. Thermit welding. Surface finish. Soldeo por aluminotermia. Twin carbon arc welding. Three-point loading. Soldeo por arco con doble elec trodo de carbono. Acabado superficial. Surface tension. Ensayo de plegado. Tensión superficial. Two-stage regulator. Regulador bifásico. Throat. Soldeo de espárragos por arco. Garganta del cordón de soldadura; cuello del cordón de soldadura. Synergic welding. Throat thickness (actual). Soldeo sinèrgico. Garganta real; cuello real. SW (Stud arc welding). u Ultrasonic brazing. Soldeo fuerte por ultrasonidos. Throat thickness (design). Garganta efectiva; cuello efectivo. T Tack weld. Punteo de sujección. Ultrasonic soldering. Soldeo blando por ultrasonidos. THSP (Thermal spraying). Metalización por proyección tér mica. Ultrasonic testing. Ensayo por ultrasonidos. Tagging. Thyristor. Ultrasonic welding. Abocardado. Tiristor (rectificador controlado por silicio). Soldeo por ultrasonidos. TIG welding. Soldeo a tope por resistencia. Soldeo TIG: Soldeo por arco en atmósfera inerte con electrodo de volframio. Upset welding - high frequency. Upset welding. TB (Torch brazing) Soldeo fuerte con gas. TC (Thermal cutting). Corte térmico. T-cracking test. Ensayo de agrietamiento de sol dadura. Time-temperature-transforma tion curve. Soldeo a tope por resistencia con alta frecuencia. Upset welding - induction. Soldeo a tope por resistencia con inducción. Curva de las S. T-joint. Tip. Junta en T. Punta del electrodo. Tear. Torch. Grieta de desgarre. Torcha. Tee joint. Torch brazing. USW (Ultrasonic welding). Soldeo por ultrasonidos. UTS (Ultimate tensile strength). Ultima resistencia a la tracción. UW (Upset welding). Junta en T. Soldeo fuerte con gas. Temper. Torch soldering. Revenido. Soldeo blando con gas. UW-HF (Upset welding - high frequency). Tensile strength. Transfer efficiency. Resistencia a la tracción. Metal transferido (en %). Soldeo a tope por resistencia con alta frecuencia. Tensión crack. T ransf ormer-rectif ier. Grieta de tensión. Transformador-rectificador. Soldeo a tope por resistencia. UW-I (Upset welding - induction). 520 Soldeo a tope por resistencia con inducción. V Weld pool. Wire feed rate. Baño de fusión de la soldadura. Grado de alimentación del elec trodo. V notch. Weldability. Entalla en V. Soldabilidad. WS (Wave soldering). Soldeo blando por olas. Vacuum brazing. Soldeo fuerte en vacío. Welder. Soldador. Vacuum soldering. Soldeo blando en vacío. Gafas inactínicas para soldar. Yield. Vertical down weld. Soldeo vertical descendente. Welding by high mechanical energy. Rendimiento. Soldeo por alta energía mecánica. Yield point. Vertical welding. Soldadura vertical. Y Welder's goggles. Límite aparente de elasticidad. Welding gun. Pistola para soldar. Yield strength. Vickers hardness indicator. Durometro Vickers. Welding head. Resistencia a la rotura. Cabezal de soldeo. Volt-amp curve. Curva voltioampérica. Welding joints. z Juntas de soldadura. w Water cooling. Refrigeración por agua. Wave form. Configuración de onda. Welding rate. Zinc coating. Velocidad de soldeo. Galvanizado. Welding rod. Zincote process. Varilla para soldar. Procedimiento de galvanizado. Welding torch. Zone of fusion. Soplete para soldar. Zona de fusión. Wire. Weld bead. Cordón de soldadura. Alambre; electrodo. Wire feed unit. Weld metal. Metal de soldadura. Unidad alimentadora de electro do. 521 BIBLIOGRAFIA "A Review of Plasma Arc Technology", Howd, Trans N.E.C. Inst., vol. 84, 1967-68 Aceros de alta resistencia, J. A. Garcia-Poggio, Edit. Montecorvo Análisis de la tensión térmica, D.J. Johns, Edit. Urmo Asme Boiler and Pressure Vessel Code, Section IX, The American Society of Mechanical Engineers "Automatic Vertical Welding on the Berth", The Naval Architect, Abril 1971 Brazing Manual, American Welding Society, 1976 Ciencia y técnica de la soldadura, W. J. Patton, Edit. Urmo, 1982 Construcciones metálicas, soldadura del acero al carbono, Servicio de Publicaciones del Ministerio de Trabajo Control of Distortion in Welded Fabrications, Welding Institute, Abington, TWI, 1967 Corte por arco de plasma, Jesús Alonso Pérez, Edición del autor "Economics of Welding from One Side", Gilbert y Maughan, Shipping World and Shipbuilders, Sept. 1986 Electroslag Welding and Surfacing, B.E. Paton, MIR Publishers, 1983 Explosive Welding of Metals and Its Application, B. Crossland, Clarendon Press, 1982 Facts About Fume, N. Jenkins ed.. Welding Institute TWI, 1986 Filler Metal Comparison Charts, AWS, 1986. Fusion Welding and Brazing of Copper Alloys, R.J.C. Dawson, Newnes-Butterworths, 1973 Glossary of Welding Terms, R. Hammond, Frederick Muller Ltd, 1974 Health and Safety in Welding and Allied Processes, Welding Institute TWI, 1983 Introducción a la soldadura eléctrica, J. M. Rivas Arias, Edit. Paraninfo 523 "Japanese Shipbuilding Processes", Shipbuilding and Shipping Record, 26 Mayo 1966 Know Your Welding NDT, C.R. Weymuller, Penton IPC 1981 La soldadura en la construcción de calderas y recipientes a vapor, L. Capel, Edit. Instituto de la Soldadura Las soldaduras, D. Seferian, Edit. Urmo, 1965 Laser Welding, Cutting and Surface Treatment, Welding Institute TWI, 1984 Manual de soldadura y corte con llama, J. Gonzalez Vázquez, Ediciones Ceac Manual de soldadura eléctrica, J. Gonzalez Vázquez, Ediciones Ceac Metalurgia de la soldadura, J. M. Demestre Guasch, Edición del autor, 1985 Metalurgia de la soldadura, D. Seferian, Edit. Tecnos, 1962 Metallurgy of Welding, J.F. Lancaster ed., Allen and Unwin, 1987 Monograph on Narrow-Gap Welding Technology, V. Malin, Welding Re search Council, Vol. n° 323, 1987 Normas UNE Serie 14, Instituto Español de Normalización Normas para la soldadura de calderas de vapor y depósitos a presión, P. Bongers, Edit. Instituto de la Soldadura Physics of Welding, J.F. Lancaster, Pergamon Press I.I.W., 1986 Plasma, Electron and Laser Beam Technology, Y. Arata, American Society for Metals, 1986 Práctica de la soldadura autógena, G. Franche y D. Seferian, Edit. Gustavo Gili Principles of Welding Technology, Gourd, Edward Arnold Ltd, 1980 Recommended Practices for Gas Tungsten Arc Welding, AWS, 1980 Recommended Practices for Gas Metal Arc Welding, AWS, 1979 Recommended Practices for Electrogas Welding, AWS, 1981 Reglamento de aparatos a presión. Ministerio de Industria y Energía, BOE 12/11/82 "Shipyard Welding Processes for Hull Construction", Philip, R.I.N.A. Monographs (M7) Soldadura por arco, F.J. Bakker y A.J.W. Horestreijdt, Biblioteca Técnica Philips Soldadura y metalurgia, G. Fernandez Flores, Compañía Editorial Continental, 1966 Soldadura de los aceros inoxidables, F. Delettre, Editorial Urmo Soldadura de los aceros: aplicaciones, M. Reina Gómez, Edición del autor Soldadura automática, Rolt Hammond, Edit. URMO Soldadura, F. Molleda Sánchez, Servicio de Publicaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Navales Soldadura eléctrica y sistemas T.I.G y M.A.G., J. M. Rivas Arias, Edit. Para ninfo S.A. Soldadura, J. A. Pender, Edit. McGraw - Hill, 3a Edición. 524 Técnica y práctica de la soldadura, J. W. Giachino y W. Weeks, Edit. Reverte S.A. Tecnología de los procesos de soldadura, P.T. Houldcroft, Edit. Biblioteca Ceac de Mecánica, 1980 "The Use and Welding of Aluminiun in Shipbuilding", Simposio, Londres, 1956. "The Welding of High Tensile Steels Used in Shipbuilding", Partes 1 y 2, Turner, Metal Construction and British Welding Journal, Octubre y Noviembre 1970. "The Trend to Mechanised Welding in Shipbuilding", North y McNeill, The Naval Architect, Julio 1973 Tratado general de soldadura, P. Schimpke y T.a A. Horn, Edit. Gustavo Gili Tratamientos térmicos de los aceros, J. Apraiz Barreiro, Editorial Dossat Utilización del Arco Plasma, M.Schultz, Primeras Jornadas Técnicas de Solda dura Weldability of Steels, Stout, American Welding Society, 1987. Welded Joint Design, J.G. Hicks, Crosby Lockwood Staples, 1979. Welding and Cutting, P. Houldcroft y R. John, Woodhead-Faulkner Limited Welding Metallurgy of Stainless and Heat-Resisting Steels, R.J. Castro y J.J. de Cadenet, CUP, 1974. Welding Process Technology, P.T. Houlcroft, CUP, 1979. Welding Dissimilar Metals, Welding Institute TWI, 1986. "Welding and Brazing", Metals Handbook, vol.6, American Society for Metals, 1983. Welding Inspection, AWS, 1980. Welding Cast Irons, Welding Institute TWI, 1986. "Welding in Shipbuilding", Simposio, Londres 30 Octubre-3 Noviembre 1961 Worldwide Guide to Equivalent Nonferrous Metals and Alloys, P.M. Unterweiser y Penzenik (eds.), American Society for Metals, 1980. Worldwide Guide to Equivalent Irons and Steels, P.M. Unterweiser y Penze nik (eds.), American Society for Metals, 1979. 525 Se terminó de imprimir este libro en los talleres de Jiménez-Mena, impresores en Cádiz, el día 24 de octubre, festividad tradicional del Arcángel Rafael, compañero de Tobías y uno de los que asisten delante de Dios. SERVICIODE»PU8LICACIONES UNIVERSIDAD«DE-CAD!Z Esta obra, uno de los trabajos más completos sobre soldadura, corte e inspección de obra soldada, consigue la doble finalidad de servir de texto docente para la enseñanza de estas técnicas y de constituir una herramienta de consulta eficaz para el profesional especializado. La claridad y amenidad de su planteamiento, el aparato gráfico utilizado, los datos prácticos y parámetros recogidos en tablas de fácil acceso y consulta,y la incorporación de información relativa a las modernas tecnologías aplicadas en soldadura -electrónica, informática, robóticahacen de esta una publicación indispensable.

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