Informe #1

Nombre: Jeannette MuñozFecha: 11 de abril del 2015

Práctica N°: 1Grupo: 1

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE SOLDADURA DE PRODUCCION Y MANTENIMIENTO

TEMA: ZONA AFECTADA POR EL CALOR

OBJETIVOS:

Conocer las ventajas y desventajas en las que las probetas fueron hechas. Conocer las características d los aceros que fueron usados en las placas a analizar, para así poder llegar a dar

un juicio correcto respecto a si la soldadura fue de buena o mala calidad. Entender la importancia que los elementos aleantes de los aceros hipoeutectoides con relación a la calidad de

soldadura.

MARCO TEORICO:

VENTAJAS Y DESVANTAJAS DE LOS PROCESOS CON LOS CUALES FUERON REALIZADAS LAS PROBETAS

SMAW1

Es un proceso mediante el cual se produce coalescencia entre dos metales diferentes por medio del calor producido por el calor de un arco eléctrico que se da en la punta de un electrodo revestido y la superficie del metal base en la unión que se está soldando.Ventajas:

Es óptima para la soldadura en tuberías. Baja el coste del equipo Cambio rápido de un material a otro. Fácil de trasladar de un lugar a otro. No requiere gas de protección.

Desventajas: Se requiere tener un control muy minucioso en el voltaje, ya que se éste es usado de acuerdo a la posición de

soldadura que se requiere, pues, si la soldadura es plana u horizontal la fuerza de gravedad está a favor de la misma por lo que se podrá trabajar en “condiciones normales”; mientras que en otras posiciones se requiere variar el voltaje para que los metales fundidos puedan fusionare de un modo correcto.

Es un proceso netamente manual, y se requiere una mano de obra con mucha experiencia para la realización de esta.

Solo se puede soldar materiales acero y acero inoxidable (ferrosos) El costo del material de aporte de alto. La escoria debe ser retirada del proceso, pues no sirve como recubrimiento.

GMAW2

Es un proceso en el cual la unión permanente de dos piezas se da mediante e calentamiento de las miasmas por medio de un arco eléctrico producido por el electrodo que se consume y el metal base; el arco y la “pileta” están protegidos por una atmosfera gaseosa de CO2, Ar o He dependiendo de lo que se esté soldando y las condiciones en que se realiza la misma.Ventajas:

Es de fácil manejo De bajo costo Es un proceso semiautomático. Se tiene un mayor control de la velocidad de soldadura pues dado que el electrodo es continuo; se lo puede usar

durante periodos de trabajo relativamente largos.Desventajas:

Costo de mantenimiento alto Produce excesivo chisporroteo.

1 (Departamente de Materiales, Escuela Politecnica Nacional, 2012)2 (Departamente de Materiales, Escuela Politecnica Nacional, 2012)



Su uso es limitado pues solo se puede realizar soldaduras en posición plana y horizontal con un determinado diámetro de alambre de electrodo.

Existe una mayor cantidad de variables que controlar, como: la corriente, el voltaje del arco, velocidad de soldadura, diámetro del alambre, etc.

SAWEs un proceso mediante el cual la unión permanente de las piezas metálicas se logra por el calor generado por un arco voltaico entre el metal base y un electrodo solido; la zona de soldadura se encentra recubierta por un tipo de fundente granulado determinado FLUX.Ventajas

No produce tanto chisporroteo por lo que las seguridades que se debe tomar son relativamente mínimas. Produce cordones de alta calidad debido a la protección del fundante con el medio. Es uno de los procesos de, ayer eficiencia en cuanto a la energía de absorción entregado pues se aprovecha

entre un 85 y 90%. En espesores menores a 12 mm no se requiere precalentarlos. El acabado es limpio, y redondeado. Es un proceso semiautomático.

Desventajas Este proceso está limitado a la posición plana. Solo se pueden soldar espesores mayores a 3 mm debido a la deformación que provocan las altas temperaturas. Costo inicial elevado debido a las instalaciones. Es difícil de controlar el proceso puesto que el operador no puede ver la soldadura, por lo tanto se pueden usar

ciertos accesorios como posicionadores y montajes, indicadores, dispositivos de enfoque del haz de luz, etc. para soldar adecuadamente.

E fundente si es contaminado puede causar porosidades en el cordón.

CARACTERISTICAS DE CADA UNO DE LOS ACEROS HIPOEUTECTOIDES

Un acero hipoeutectoide es aquel que en la fase austenítica solida posee un contenido de carbono inferior al eutectoide es decir un porcentaje menor a 0,77%. Estos aceros contienen tres estructuras fáciles de reconocer: hierro delta, austenita y ferrita; dado que poseen una mínima cantidad de carbono, son óptimos para el soldeo del mismo, son dúctiles. (Askeland, 1998)

Ilustración 1. Diagrama Fe-Cementita. (Askeland, 1998)

Acero A36 en la siguiente tabla se muestra las propiedades químicas del mismo:



Tabla 1. Composición Química del acero A 36 (ASTM, 2014)

Acero AISI 1045:PROPIEDADES QUÍMICAS

% C 0.43 – 0.50% Mn 0.60 – 0.90

% P max 0.04% S Max 0.05

Tabla 2. Propiedades Químicas del Acero AISI 1045. (Suministros Tecnicos SA, 2010)

PARTES DE LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR

Al momento de soldarla temperatura producida por el arco eléctrico es suficientemente alta como para fundir el material base y el metal para así formar un charco líquido que poco a poco ira solidificando; esto provoca una modificación en la microestructura, en tipo e grano y por entre las propiedades de esa zona lo que dará lugar a la llamada “zona afectada por el calor”. En el siguiente grafico se muestra las partes de esta zona: (Ayala Ochoa & Morquera Recalde, 2011)

Ilustración 2. Partes de la zona afectada por el calor ZAC. (Ayala Ochoa & Morquera Recalde, 2011, p. 113)

Descripción: (1) Metal depositado, (2) Fusión Incompleta, (3) Campo de sobrecalentamiento, (4) Campo de normalizado, (5) Recristalización incompleta, (6) Zona de recristalización y (7) Zona de fragilidad azul.

En la zona 1 es una zona de fusión incompleta en la que el metal se calienta hasta una temperatura elevada provocando la formación de granos gruesos. En la zona número 2 se encuentra un poco más alejada de la soldadura en este punto la temperatura es menor a la parte 1, así también el tamaño de grano disminuirá; en el campo 3 se denomina campo de normalización, aquí el grano es fino, el calentamiento no es suficientemente largo como para provocar el crecimiento de los granos austeníticos; sino que luego de que dé lugar al enfriamiento, granos de perlita y ferrita serán expulsados. En la zona 4 los granos de perlita se descomponen en granos aún más finos que en la etapa anterior. La zona 5 se caracteriza



por la recuperación de los granos deformados por rolado. En la zona 6 se encuentra la zona de recristalización la misma que se caracteriza por la formación de granos libres de esfuerzos residuales; como si el material tendiera a recuperarse, y existe un pequeño aumento en la dureza del material. Por ultimo en la última fase se caracteriza por una disminución de la plasticidad del material sin cambios en la estructura del mismo. (Ayala Ochoa & Morquera Recalde, 2011, pp.139,140)

CONDICIONES PARA DISMINUIR LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR

Primero se debe evitar el exceso de chisporroteos en la soldadura y controlar el arco de soldadura, antes de soldar se debe precalentar as piezas para evitar cambios bruscos de temperatura y deformaciones de grano; luego de la soldadura también se recomiendo realizar un tratamiento térmico e alivio de esfuerzos ya que la zona afectada por el calor al solidificarse se vuelve mucho más dura que el metal base y dado que hay una modificación en la estructura interna del mismo; la zona se vuelve frágil. Así también se debe tomar en cuenta un factor muy importante y es el porcentaje de carbono que posee el acero que se está soldando pues si este e de bajo carbono la microestructura y el cambio de fase se modifican mucho más rápido en comparación con aceros de mayor porcentaje de carbón.

También se debe tener una baja humedad en el ambiente.

EFECTOS DE LOS ELEMENTOS ALEANTES EN LA ZAC

El que existen elementos alientes en un acero significa que las propiedades del acero cambian drásticamente dependiente del tipo de aliante; al tener un mayor porcentaje de carbono y elementos aleantes disminuirá la soldabilidad pues la templabilidad aumenta y dado que la zona afectada por el calor es mucho más dura; hará que se fragilice la pieza y sea más propensa a fisuras propensa a i soldada por exceso de dureza.

DATOS OBTENIDOS

Ilustración 3. SMAW Acero A36. A velocidad Alta

Área ZAC= 1,13 cm2.



Ilustración 4. SMAW Acero A36. Baja Velocidad


Ilustración 5. SMAW. Acero A36. Mediana Velocidad


Ilustración 6. SMAW Acero AISI 1045.




Ilustración 7. SAW Acero AISI 1045


Ilustración 8. GMAW Acero AISI 1045


ANALISIS DE DATOS

En las probetas se pudo observar que en el proceso SMAW donde hubo una variación de velocidad de soldeo lo que

tiene que ver directamente con la variación de corriente y voltaje cuando la velocidad fue baja se obtuvo una mayor área

ZAC exactamente de 1,54 cm2., mientras que en velocidad media se obtuvo un área de ZAC muy pequeña, de 0,59 cm2.

En los otros procesos en los que se varió el método de soldeo pues al soldar el mismo material con SMAW se obtiene un

área ZAC de 1,892 cm2 y con una soldadura SAW 0,88 cm2.

Al usar distintos materiales con una misma soldadura y suponiendo que la velocidad de soldeo en SMAW fue media se

puede realizar una comparación entre la reacción del acero ASTM A 36 y el AISI 1045 y se observa que soldar a

velocidad media el acero A36 da como resultado la obtención de una ZAC menor en comparación al acero AISI 1045 que

es a que mayor ZAC posee del grupo de 6 pacas.



Estos tres procesos tienen en común que usan un arco eléctrico; las variables que los separan son los distintos tipos de

electrodos que usan; así también la protección de la pileta de soldeo; en el siguiente cuadro se mostrara las diferencias

que existe entre los tres procesos:

DIFERENCIA ENTRE PROCESOS

SMAW GMAW SAW

VARIABLES DEL PROCESO:

Voltaje Amperaje Velocidad

de soldeo.

VARIABLES PRESELECCIONADAS:

Diámetro del alambre del electrodo

Composición química del alambre del electrodo tipo y caudal de gas de protección

VARIABLES PRIMARIAS: Voltaje Amperaje Velocidad de soldeo

VARIABLES SECUNDARIAS: Velocidad de alimentación

del alambre Stick out Angulo de boquilla Distancia entre tobera del

gas y pieza

VARIABLES PRIMARIAS: Intensidad de corriente Tipo de corriente y

polaridad voltaje velocidad de soldeo

VARIABLES SECUNDARIAS: Altura de la capa del

fundente Stick Out Angulo entre la torcha y la

pieza a soldar

PROTECCIÓN DEL ARCO

Revestimiento del electrodo

CO2, Ar, He Una capa de fundente

POSICIONES DE SOLDEO

Cualquier posición

Posición plana Posición plana

ABSORCIÓN DE LA ENERGÍA ENTREGADA:

80% 80% 85%

REQUERIMIENTO DE TRATAMIENTO TÉRMICO PRE Y POST SOLDEO

Precalentamiento y como mínimo un normalizado, según la norma AWS D1.1 que corresponde a tratamientos térmicos de soldadura.

Tabla 3. Diferencias entre Procesos

CONCLUSIONES:

Las variaciones del área que se observan en cada una de las primeras placas que son soldadas con SMAW en la cual se varia la velocidad de soldeo; pero para analizar la variación de área del ZAC se puede observar que aumenta la ZAC cuando se suelda a velocidad lenta; esto se debe a que la velocidad de soldeo influye en el aporte de calor pues el arco no avanza sino se queda en el charco de soldadura provocando así también una falta de penetración; pero no solo se tiene que tomar en cuenta la velocidad, sino también la compasión del acero pues al soldar un acero ASTM A36 posee un porcentaje relativamente bajo de C o Mn que son los materiales que mayor daño afectando a la dureza y creando porosidades en el cordón.

En la segunda etapa cuando se varía el proceso se observa que al soldar con SAW se tiene un ZAC pequeña con una buena penetración dado que el tipo de electrodo posee una gran inferencia en este proceso según la norma AWS A5. 17-80 se elige el tipo de electrodo y fundente usar para así proteger el arco. Dado que se asume que las condiciones antes mencionadas fueron las óptimas se puede decir que el aporte de calor es aquel que regula el aumento de ZAC mediante las variaciones de voltaje y amperaje.



Al usar distintos materiales con una misma soldadura y suponiendo que la velocidad de soldeo en SAW fue media se puede realizar una comparación entre la reacción del acero ASTM A 36 y el AISI 1045 pues se puede decir que el acero AISI 1045 no es óptimo para una soldadura SMAW pues este posee un mayor porcentaje de carbono; la cantidad de ZAC que posee la muestra del acero AISI 1045 sugiere que a velocidad de soldeo muy extremadamente lenta y con exceso de calor por ello es que se tiene un exceso e penetración en la misma.

RECOMENDACIONES:

Tener acceso también a fotografías de metalografía para así entender de una mejor forma el cambio de la

microestructura en la ZAC. Así también coma las fotografías del cordón de soldadura para observar si existió un

excesivo chisporroteo en el caso de SMAW y GMAW así analizar de mejor forma la inferencia de la velocidad de

soldeo en el cordón y por ende en ZAC.

La calidad de la fotografías para el reconocimiento del ZAC deben ser mejores pues en algunas imágenes se

tuvo algo e dificultad en diferenciar el ZAC del metal base.

BIBLIOGRAFÍAAskeland, D. R. (1998). Ciencia e Ingenieria de los Materiales (Tercera ed.). Mexico: Thomson.

ASTM. (2014). Standard Specification for Carbon Structural Steel. Danvers, Unit States.

Ayala Ochoa, D. A., & Morquera Recalde, G. E. (2011). Analisis de la Zona Afectada por el Calor en Aceros Hipoeutectoides. Quito.

Departamente de Materiales, Escuela Politecnica Nacional. (Enero de 2012). Guia de Practicas de Laboratorio de Soladura. Quito: Facultad de Ingenieira Mecanica.

Diaz, C., & Muñoz, J. (Noviembre de 2014). Apuntes de Desgaste y Falla. Quito: EPN.

Smith, W. F. (s.f.). Fundamento de la Ciencia e Ingenieria de Materiales (Tercera ed.). Mexico: Mc Graw Hill.

Suministros Tecnicos SA. (2010). AISI 1045. Costa Rica.

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Informe #1