Procesos de Union Permanente, Soldadura

7/18/2019 Procesos de Union Permanente, Soldadura

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PROCESOSDE UNINPERMANENTE

SOLDADURA

Javier Chvez Zepeda


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QUESLASOLDADURA?

Soldadura es un procedimiento por elcual dos o ms piezas de metal seunen por aplicacin de calor, presin, ouna combinacin de ambos, con o sinaporte de otro metal, llamado metal de

aportacin, cuya temperatura de fusines inferior a la de las piezas que han desoldarse.

Soldar consiste en reunir las partesintegrantes de una construccinasegurando la continuidad de lamateria entre ellas, entendiendo porcontinuidad no slo la de carcter

geomtrico sino la homogeneidad entodo tipo de propiedades.


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CUNDOSEUSALASOLDADURA?

La soldadura se es usada cuando senecesita permanecer una capacidadhomognea en un material, en el cual

se llevaran a cabo diversos esfuerzosen cargas siempre consecutivas.


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SOLDADURAACTUAL.


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Diferentes procesos de soldadura


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TERMINOLOGADELASOLDADURA

Ancho de la soldadura ( largura);penetracin de la raz; penetracin de

la unin; raz de la soldadura; refuerzode la soldadura


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ZONASDELASOLDADURA

Zona fundida; zona trmicamenteafectada; metal base; cubre junta

Soldadura en varios pasos


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POSICIONESDELASOLDADURA


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MEDIDASDESEGURIDADENSOLDADURA

Ropas de cuero son las ms adecuadas

El choque elctrico es un riesgo: hasta 15 mA hay hormigueofuerte; de 15 ma 50 mA espasmo muscular; 50 a 80 mAdificultad de respiracin; 80 mA hasta 5 A paro cardaco yquemaduras alto grado; sobre 5 muesrte segura.

Se debe proteger los ojos de la rradiacin del arco, es muyirritante. Se deben usar lentes: con filtros entre 10 y 14.

La soldadura puede producir incendios en el entorno.

Evitar la respiracin de gases de soldadura y evacuarlos.

Evitar salpicaduras de metal caliente.


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SOLDADURAPORARCOELCTRICO

El arco elctrico es una descarga elctrica, sustentadaa travs de un gas ionizado, conocido como plasma,que produce energa trmica suficiente para fundir elmetal.

El plasma est constituido por molculas, tomos, ionesy electrones; los dos ltimos son responsables del pasode corriente por el arco.

La cada de voltaje a travs del arco se observa en lafigura siguiente:

Cada andica

Cada en lacolumna

Cada catdic


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SOLDADURAPORARCOELCTRICO

Las temperaturas en el arco son muy altas como

muestra el perfil siguiente:


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FUENTESDEENERGAPARALASOLDADURA

Se usan mquinas de corriente continua (CC) y decorriente alterna (CA). Las soldaduras de calidad seproducen por CC.

Estas deben controlar adecuadamente el voltaje y elamperaje.

Mquinas de corriente constante. Se usanprincipalmente con electrodos revestidos. La curvaVoltaje amperaje es tal que el amperaje cambia pocoal variar el voltaje.

El amperaje es seleccionado por el operador; el voltajelo puede hacer variar el operador cambiando el largodel arco; pero esta variacin de voltaje cambia poco elamperaje.


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MQUINASDECORRIENTECONSTANTE.

Las fuentes de corriente constante permitenque durante el proceso de soldadura laextensin del arco vare sin que la corrientesufra grandes alteraciones; ni ancortocircuitos del electrodo con el metal baseproducen grandes elevaciones de corriente.

Este equipamiento se emplea en procesos desoldado manual como electrodo revestido(SMAW), TIG (GTAW) y plasma (PAW) en loscuales el soldador controla manualmente laextensin del arco.


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FUENTESDEVOLTAJECONSTANTE

Fuentes de poder de voltaje constante se usan con

electrodos slidos y con electrodos con fundenteinterior.

El voltaje se fija a la fuente y el amperaje sedetermina por la velocidad de electrodo alimentadoa la soldadura; la relacin voltaje amperaje semuestra en la Figura.

Mayor longitud del arco reduce el amperaje yviceversa.


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FUENTESDEVOLTAJECONSTANTE

Estas fuentes permiten grandes variaciones decorriente cuando la extensin del arco vara o seproduce un cortocircuito.

Este comportamiento permite el control de laextensin del arco por variaciones de corriente desoldado, la que controla la velocidad de fusin delalambre de aporte, en los procesos de soldaduradonde el alambre es alimentado con una velocidadconstante , ej: MIG (GMAW) y soldadura con arcosumergido (SAW).

La soldadura MIG convencional se realiza con unafuente esttica de voltaje constante en conjunto conun alimentador de alambre de velocidad constante;las que permanecen aproximadamente constantesdurante todo el proceso de soldadura.

Cualquier perturbacin de las condiciones desoldadura es absorbida por alteraciones en lacorriente. Variaciones de la longitud del arcoproducen grandes cambios de corriente y poco devoltage. Si la corriente baja el alambre se funde mslento y se acerca al metal base aumentando lacorriente y la tasa de fusin. Por tanto el arco seajusta automticamente, lo que ocurre en fraccionesde segundo sin que el operador se de cuenta.


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OTRACLASIFICACINDEMQUINASSOLDADORAS

Mquinas estticas. Dos tipos: Transformadores

para soldar, son de corriente alterna monofsica;Rectificadores para soldar, entregan una corrientecontinua.

Mquinas rotativas. Dos tipos:grupo motor

generador con motor elctrico y grupo generadormovido por motor o bencinero. Las mquinasrotativas producen corriente alterna o continua, yambos tipos pueden ser de voltaje constante o deintensidad constante.


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Soldadura al arco con electrodo revestido (SMAW)

Se le conoce como arco manual. La soldadura se

mantiene por el calor de un arco elctrico, mantenidoentre un electrodo revestido y la pieza soldada.

A medida que gotas de metal caen del electrodo,forman una pileta, la que es protegida de la oxidacinpor los gases y la escoria emitida por elrevestimiento.

Se pueden usar mquinas de CC o CA, las de CCpueden ser usadas con mayor nmero de electrodos.

Placas delgadas son soldadas mejor con CC.

CC es mejor para soldar vertical y sobrecabeza.

CA es mejor para soldar espesores variables.


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SOLDADURACON CC

Polaridad directa: el electrodo se conecta al polo

negativo de la fuente de poder y la pieza al polopositivo. El cordn soldado ser ancho y pocoprofundo; hay alta tasa de deposicin de metal.

Polaridad invertida: el electrodo se conecta al polopositivo de la fuente de poder y la pieza soldada alnegativo. El cordn de soldadura es profundo y

angosto.

Figura acerca de las polaridades:

+ -


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RECUBRIMIENTOSDELOSELECTRODOS

Los revestimientos pueden ser de diferentes tipos: Cristalinos: rutilo ( forma natural del dixido de titanio),

cuarzo y mica; Amorfos o fibrosos: celulsico;

No cristalinos: vidriosos

Funciones del revestimiento: Proteger al metal lquido y caliente de la oxidacin, Estabilizar el arco para diferentes longitudes de ste, Agregar elementos de aleacin al cordn soldado, que

mejora las propiedades mecnicas del cordn,

Dirigir y concentrar el arco, Proporcionar escoria para proteger el cordn lquido, La adicin de compuestos de titanio facilitan la

soldadura vertical y sobrecabeza, Permite controlar la formacin de poros, Aisla el electrodo de cortocircuitos cuando se suelda

en ranuras profundas.

Componentes del revestimiento: Elementos de aleacin: Mo, Cr, Ni, Mn; Adhesivos (silicatos), mantienen el revestimiento durante

la extrusin y cocido de ste, Formadores de gases: celulosa, carbonatos, los que

producen CO, CO2, H2O,

Estabilizadores de arco ( compuestos de Ti, Ca y K, Formadores de escoria: slice y magnetita; Plastificantes que ayuden a la extrusin: carbonatos de Ca

y K.


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VARIEDADESDEELECTRODOS

6011 (pinta azul): alta penetracin, 60.000 psi, todaosicin, celulsico potsico.

7018 (pinta naranja). En mltiples pasos en soldadura de

isel, la rz es E6061 y los sucesivos pasos E7018


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SOLDADURA MIG (GASMETALARCWELDING)


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SOLDADURA MIG

El arco elctrico se establece entre un electrodo

metlico consumible no recubierto y la piezasoldada.

El electrodo se alimenta mediante una mquina auna velocidad constante.

Toda el rea de la soldadura se protege medianteuna corriente de gas, usualmente argn o mezclas

de argn con CO2. Casi todas las soldaduras MIG se efectan con

mquinas de corriente continua de electrodopositivo (DCEP).

Es un proceso flexible, permite soldar aceros alcarbono, aceros de baja aleacin, acerosinoxidables, aleaciones de aluminio, cobre,magnesio y nickel.

Se puede soldar en todas posiciones y se puedeautomatizar.


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MIG Welding

MIGas a semiautomatic welding

MIG Welding Benefits


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MIG Welding Shielding Gashe shielding gas, forms the arc plasma, stabilizes the arc on theetal being welded, shields the arc and molten weld pool, andlows smooth transfer of metal from the weld wire to the molteneld pool.

he primary shielding gasses used are:rgonrgon - 1 to 5% Oxygenrgon - 3 to 25% CO2rgon/HeliumO2 is also used in its pure form in some MIG welding

rocesses. However, in some applications the presence of CO2 ie shielding gas may adversely affect the mechanical properties

f the weld.

Common MIG Welding Concerns:Weld Discontinuities

ndercutting (socavaciones)xcessive melt-throughcomplete fusioncomplete joint penetrationorosity

Weld metal cracks

eat affected zone cracksMIG Welding Problemseavily oxidized weld depositregular wire feedurnbackorositynstable arcifficult arc starting


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SOLDADURA TIG (GASTUNGSTENARCWELDING

La soldadura se efecta con un arco establecidoentre un electrodo no consumible de tungsteno y

la pieza soldada.Toda la zona de soldadura se protege con un gasinerte.

Se puede agregar material de aporte mediante unabarra adicional.

TIG produce soldaduras muy limpias sin escorias,no necesitando limpieza.


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SOLDADURA TIG

Los gases protectores ms utilizados son Argn y helio. Produce soldaduras muy limpias, sin escoria; casi no requiere

limpieza. Tig puede soldar casi todos los metales: aceros al carbono,

aceros inoxidables, cobre y aleaciones de cobre, aluminio yaleaciones de aluminio, magnesio y aleaciones de magnesio,niquel y aleaciones de niquel, titanio.

Se usa mucho para soldar aluminio y acero inoxidable, dondela integridad de la soldadura es muy importante. Otro uso es elpaso de soldadura de la raiz en caeras, donde se requieremuy alta calidad.

Se puede usar equipos de corriente continua o alterna. Esusual utilizar corriente continua de electrodo negativo (DCEN).

Este proceso puede ser tambin automatizado


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TIG WeldingGas Tungsten Arc Welding (GTAW) is frequently referred toas TIG welding. TIG welding is a commonly used highquality welding process. TIG welding has become a popularchoice of welding processes when high quality, precisionwelding is required.In TIG welding an arc is formed between a nonconsumabletungsten electrode and the metal being welded. Gas is fedthrough the torch to shield the electrode and molten weldpool. If filler wire is used, it is added to the weld poolseparately.

TIG Welding BenefitsSuperior quality weldsWelds can be made with or without filler metalPrecise control of welding variables (heat)Free of spatterLow distortion


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SOLDADURADEARCOSUMERGIDO


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Soldadura por arco sumergido


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SOLDADURAPORARCOSUMERGIDO

Submerged arc welding (SAW) is a high quality, veryhigh deposition rate welding process. Submerged arcwelding is a high deposition rate welding processcommonly used to join plate.

Submerged Arc Welding Benefits Extremely high deposition rates possible High quality welds Easily automated Low operator skill required

Common Submerged Arc Welding Concerns We can help optimize your welding process variables.

Evaluate your current welding parameters andtechniques. Help eliminate common welding problemsand discontinuities such as those listed below:

Weld Discontinuities Cracks Porosity Slag Undercut (socavaciones)

Submerged Arc Welding Problems Solidification Cracking Hydrogen Cracking Incomplete fusion Irregular wire feed Porosity


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ubmerged-arc Welding

Process features

imilar to MIG welding, SAW involves formation of anrc between a continuously-fed bare wire electrodend the workpiece.

he process uses a flux to generate protective gasesnd slag, and to add alloying elements to the weldool. A shielding gas is not required. Prior to welding,thin layer of flux powder is placed on the workpieceurface. The arc moves along the joint line and as itoes so, excess flux is recycled via a hopper.

Remaining fused slag layers can be easily removedfter welding.

As the arc is completely covered by the flux layer, heatoss is extremely low. This produces a thermalfficiency as high as 60% (compared with 25% for

manual metal arc). There is no visible arc light, weldings spatter-free and there is no need for fume extraction


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SOLDADURAPORPLASMAPlasma Welding

Process characteristics

Plasma welding is very similar to TIG as the arc is formed

between a pointed tungsten electrode( tungsten-2%thoria) and the workpiece. However, by positioningthe electrode within the body of the torch, the plasma arccan be separated from the shielding gas envelope.Plasma is then forced through a fine-bore copper nozzlewhich constricts the arc.

The normal combination of gases is argon for the plasmagas, with argon plus 2 to 5% hydrogen for the shieldinggas


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Plasma and shielding gases

The normal combination of gases is argon for the plasma gas,with argon plus 2 to 5% hydrogen for the shielding gas. Heliumcan be used for plasma gas but because it is hotter thisreduces the current rating of the nozzle. Helium's lower masscan also make the keyhole mode more difficult.

Applications Microplasma welding

Microplasma was traditionally used for welding thin sheets(down to 0.1 mm thickness), and wire and mesh sections. Theneedle-like stiff arc minimises arc wander and distortion.

Although the equivalent TIG arc is more diffuse, the newertransistorised (TIG) power sources can produce a very stablearc at low current levels.

Medium current welding

When used in the melt mode this is an alternative toconventional TIG. The advantages are deeper penetration(from higher plasma gas flow), and greater tolerance to surfacecontamination including coatings (the electrode is within the

body of the torch). The major disadvantage lies in the bulkinesof the torch, making manual welding more difficult. Inmechanised welding, greater attention must be paid tomaintenance of the torch to ensure consistent performance.

Keyhole welding

This has several advantages which can be exploited: deeppenetration and high welding speeds. Compared with the TIG

arc, it can penetrate plate thicknesses up to l0mm, but whenwelding using a single pass technique, it is more usual to limitthe thickness to 6mm. The normal methods is to use thekeyhole mode with filler to ensure smooth weld bead profile(with no undercut). For thicknesses up to 15mm, a vee jointpreparation is used with a 6mm root face. A two-passtechnique is employed and here, the first pass is autogenouswith the second pass being made in melt mode with filler wireaddition.


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SOLDADURAPORRESISTENCIA

What Is Resistance Welding? Resistance welding is a process that

takes advantage of a workpiece's inherentresistance to the flow of electrical current.

As current is passed through the parts to

be welded, the parts resist the passage ofthe current, thus generating the weldingheat. A force is simultaneously applied,and the parts are joined together.

Unlike other forms of welding, resistance

welding does not utilize additionalmaterials such as fluxes and filler rods.The weld nugget is formed directly fromthe base materials.


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SOLDADURAPORRESISTENCIA ( PUNTOSYCOSTURA)


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SOLDADURAPORRESISTENCIA (POR

PUNTOS) Spot welding is a process typically

used in high-volume, rapid weldingapplications, such as those foundin the automotive, appliance andaerospace industries, to join sheetmetal up to 1/8 of an inch (3mm) inthickness. The advantages of thisprocess are that it is not labor-intensive and can easily beautomated.

In spot welding, the pieces to bejoined are clamped between twoelectrodes under force, and anelectrical current is sent throughthem. Resistance to the flow of

current heats the material.Pressure is simultaneously appliedto the joint, forming a solidifiednugget that attachesthe pieces.


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SOLDADURAPORRESISTENCIA ( PORPUNTOS)

The Benefits of Spot WeldingThe advantages of spot welding

are many and include the fact

that it is:An economical processAdaptable to a wide variety of

materials including low carbonsteel, coated steels, stainlesssteel, aluminum, nickel,titanium, and copper alloys

Applicable to a variety ofthicknesses

A process with short cycle timesA robust processTolerant to fit-up variations


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SOLDADURAPORRAYODEELECTRONES (ELECTRONBEAM)


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ASPECTOSMETALRGICOSDELASOLDADURADELACERO Zona fundida y solidificada

El paso del electrodo funde material de aporte ymaterial de las piezas soldadas, formando una

pileta que solidifica por la extraccin de calor. La solidificacin nace a partir de los granos

parcialmente fundidos de las piezas soldadas. Losgranos crecen preferentemente con forma alargadao columnar.

El crecimiento se desarrolla con un mnimo de

sobreenfriamiento. Las velocidades macroscpicas de solidificacin

mucho mayores que las encontradas en loslingotes, por ej: 100 mm/min en TIG y 1000 mm/minen soldadura don arco de electrones.

Estas altas velocidades de solidificacin estnasociadas a altos gradientes trmicos en la piletalquida (72C/mm en TIG y 40C/mm en arcosumergido.

En general el avance de la interfase slido lquidoes constante y no cambia mucho durante elproceso.

Al interior de la pileta lquida hay gran agitacin

producida por efectos electromagnticos.


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SOLIDIFICACINDELAPILETADESOLDADURAComo los granos de la soldadura crecen a partir de

los granos del metal base, los granos de la soldaduratienen la misma oriantacin cristalogrfica de losgranos del metal base.

Los granos crecen de forma columnar hacia elinterior de la pileta, casi sin zona equiaxial.

Si la pileta tiene forma de lgrima, los granos

columnares se juntan en una lnea central; si la piletatiene forma de elipse, los granos no se encuentran enuna lnea central.


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SOLIDIFICACINENSOLDADURADEACERO

La formacinde la lnea central en la pileta forma delgrima es daina, porque all se concentranimpurezas al final de la solidificacin; se pueden asformar films de material frgil, que no resistan la

contraccin del enfriamiento y produzcan grietas desolidificacin.

El centro del cordn soldado es lugar preferencialpara formar fisuras.

La pileta en forma de lgrima se forma si lavelocidad de avance del arco es excesiva.


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FORMASDELAFERRITA

La forma de la ferrita solidificada es

importante para la resistencia alimpacto o tenacidad de la ferrita. Sepuede distinguir ferrita: acicular,Widmansttten y masiva. La ferritaacicular es ms tenaz porque no ofrece

un camino fcil al avance de unafisura; los electrodos buscan que seproduzca ferrita acicular y para estosse utilizan aceros ricos en Mn.

Los electrodos de soldadura al arco de

acero, que contienen 1,8% a 2% de Mnproducen aproximadamente 70% deferrita acicular; aquellos con 0,8% deMn producen solo 10% de ferritaacicular


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FORMASDEFERRITA


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AFECTADAENACERO 4340 SOLDADO

Cordnsoldado

Martensita frgil


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CORDNDESOLDADURAYZONATRMICAMENTEAFECTADAENACERO

C. Perlita esferoidizada D. Acero base ferrtico -perltico

Cordn de soldadura (A),

zona trmicamente afectada

(B, C,)

A. Cordn

soldadura

Martensi

ta

Bainit

a

Perlit

aB. Zona Term.

Afectada


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Diferentes zonas de una unin soldada


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MICROESTRUCTURADELAZONASOLDADA


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ZONATRMICAMENTEAFECTADA

Martensita

Bainita

Ferrita

Widmansttaten


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GLOBULIZACINDELAPERLITAY

CRECIMIENTODELGRANO


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MATERIALBASE: ACEROFERRTICOPERLTICO


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SOLDADURADEACEROS. ZONAAFECTADAPORELCALOR (ZAT O HAZ ENINGLS)

Las zonas vecinas a la soldadura sufrencalentamientos a altas temperaturas y enfriamientosbruscos. El mayor riesgo es que se formemartensita, microestructura dura y frgil.

La martensita adems es susceptible a absorberhidrgeno, lo que produce grietas ( en fro); estas

grietas por hidrgeno pueden producirse horasdespus de efectuada la soldadura.

La tendencia a formar martensita aumenta si el % decarbono aumenta, por esto la dificultad o riesgo dela soldadura crece si aumenta el % de carbono.

El riesgo de formacin de grietas aumenta si hay

presencia de hidrgeno en la soldadura; ste puedeaparecer por humedad del aire, por grasaspresentes en la pieza soldada o por humedad de loselectrodos. Es necesario limpiar bien la superficiede soldadura y secar los electrodos antes de soldar.


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SOLDABILIDADDELOSACEROS

Un riesgo importante para la calidad de

las soldaduras es la formacin defases duras y frgiles (martensita) enlas zonas vecinas a la unin soldada;porque sufren tratamiento trmico decalentamienbto y enfriamiento brusco.

Este riesgo crece cuando aumenta el% de Carbono y los elementos dealeacin.

Las Normas ASTM 706 y 306 pararefuerzos de concretos definen un

concepto de Carbono Equivalente(CE) :

CE= %C + %Mn/6 + %Cu/40 + %Ni/20 -%Mo/50 -%V/10

Otra definicin usada en USA yEuropa:

CE= %C + (%Mn + %Si)/6 + (%Cu +%Ni)/15 + (%Cr + %Mo + %V)/5


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SOLDABILIDADDEACEROS

Una de las causas del agrietamiento en

soldaduras de acero est relacionada alendurecimiento de la zona afectadatrmicamente (ZAT), la que depende del CE. Noocurre agrietamiento si la ZAT es mantenidacon dureza bajo 37,5 Rc.

Los aceros de bajo carbono (%C < 0,15)pueden ser soldados por cualquierprocedimiento.

Los aceros de contenido medio de carbono0,15


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PROCESOSDESOLDADURADEMETALESDIFERENTESALACEROALCARBONO

Los siguientes procesos pueden ser utilizadospara soldar metales diferentes al acero al carbono:

Electrodo revestido: bronces, inconel, nickel,acero inoxidable austentico

TIG: aluminio, bronces, cobre, cupronickel, nickel,Inconel, acero inoxidable austentico, titanio

MIG: aluminio, bronces, cobre , cupronickel,

inconel, nickel, magnesio, acero inoxidableaustentico, titanio

Arco sumergido: acero inoxidable austentico


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SOLDABILIDADDEDIFERENTESMETALES


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SOLDABILIDADDEDIFERENTESMETALES


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SOLDABILIDADCONDIFERENTESPROCESOSDESOLDADURA


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SOLDABILIDADCONDIFERENTESPROCESOSDESOLDADURA


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Documents

Procesos de Union Permanente, Soldadura