UNIVERSIDAD ANDINA NÉSTOR CÁCERES VELÁZQUEZ …

UNIVERSIDAD ANDINA

NÉSTOR CÁCERES VELÁZQUEZ

FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

ELÉCTRICA

TESIS

ANÁLISIS DE POROSIDADES EN SOLDADURA TIPO SMAW PARA ACEROS DE BAJA ALEACIÓN EN LA INDUSTRIA

METALMECÁNICA DE LA CIUDAD DE JULIACA.

PRESENTADO POR:

Bach. MODESTO LUQUE GEMIO

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA

JULIACA – PERU

2020

+

AGRADECIMIENTO

Agradezco a la Universidad Andina

Néstor Cáceres Velázquez a la

Facultad de Ingenierías y Ciencias

Puras, Escuela Profesional de

Ingeniería Mecánica Eléctrica, a los

docentes, por darme la enseñanza

durante 5 años quienes laboran en esa

prestigiosa casa superior de estudios,

agradecer de manera especial a los

jurados y al asesor por sus

observaciones que contribuyen en

desarrollo de tesis.

AGRADECIMIENTO

Agradezco a la Universidad Andina

Néstor Cáceres Velázquez a la

Facultad de Ingenierías y Ciencias

Puras, Escuela Profesional de

Ingeniería Mecánica Eléctrica, a los

docentes, por darme la enseñanza

durante 5 años quienes laboran en esa

prestigiosa casa superior de estudios,

agradecer de manera especial a los

jurados y al asesor por sus

observaciones que contribuyen en

desarrollo de tesis.

DEDICATORIA

En primer lugar, dedico a Dios eterno

que es parte de mi vida, por cuidarme mi

vida, mi salud, aún estoy bien de salud

no me ha tocado ninguna plaga te

alabaré te exaltare, y guíame tu camino

recto, también dedico a mi padre

Bernardo Luque, que descanse en paz

quien me apoyo, moralmente y también

a mi mamá, Alejandra Gemio. Gracias

por educarme y por dármela vida.

INDICE Pág. AGRADECIMIENTO DEDICATORIA LISTA DE FIGURAS LISTA TABLAS RESUMEN ABSTRAC INTRODUCCIÓN LISTA DE ABREVIATURAS

CAPÍTULO I ASPECTOS GENERALES 1.1. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA ...................................................... 1 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ....................................................... 1 PROBLEMA GENERAL .................................................................................. 1 PROBLEMAS ESPECÍFICOS ......................................................................... 1 PROBLEMA ESPECÍFICO 1 ........................................................................... 1 PROBLEMA ESPECÍFICO 2 ........................................................................... 2 PROBLEMA ESPECÍFICO 3 ........................................................................... 2 1.3. OBJETIVO GENERAL ........................................................................... 2 OBJETIVO ESPECÍFICO 2 ............................................................................. 2 OBJETIVO ESPECÍFICO 3 ............................................................................. 2 1.4. JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO ........................................................... 2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA ...................................................................... 3 JUSTIFICACIÓN SOCIAL. .............................................................................. 3 1.5. HIPÓTESIS ............................................................................................ 3 HIPÓTESIS GENERAL ................................................................................... 3 1.6. variables ................................................................................................. 4

CAPITULO II MARCO TEÓRICO……………………………………….…………...6 2.1. Antecedentes de estudio ........................................................................ 7 2.2. Bases teóricas de la investigación ......................................................... 9 2.2.1. Soldadura unión metálica ....................................................................... 9

2.2.2. Técnica de la soldadura ..................................................................9 Junta a tope ..................................................................................................... 9 Junta en u ........................................................................................................ 9 Realizar cordón de soldadura ....................................................................... 10 2.2.3. Posiciones de soldar ............................................................................ 11 Posición plana. .............................................................................................. 11 Posición vertical ............................................................................................. 11 Posición horizontal. ....................................................................................... 11

Posición sobre cabeza .................................................................................. 11 2.2.4. Calculo de los cordones de soldadura ................................................. 12 Juntas soldadas a tope .................................................................................. 12 Resistencia de la soldadura a esfuerzos de corte ......................................... 13 Resistencia de cordón de soldadura a flexión ............................................... 14 Resistencia de la soldadura a esfuerzos compuestos de flexión y corte. ...... 14 2.2.5. Juntas de filete ..................................................................................... 15 2.2.6. Unión con sólo cordones frontales ....................................................... 17 2.2.7. Unión de cordones frontales longitudinales ......................................... 18 2.2.8. Unión con dos cordones laterales y uno frontal ................................... 19

2.2.9. Los electrodos metálicos ...............................................................20 2.2.10. Electrodo 6011 ..............................................................................21 2.2.11. Electrodo e7018 ............................................................................21

Máquina de corriente alterna ......................................................................... 23 Máquina de corriente continua ...................................................................... 23

2.2.14. Porosidad ......................................................................................24 Defectos de cordón de soldadura .................................................................. 24 Porosidad en soldadura ................................................................................. 24

Grietas……… ....................................................................................................24 Cavidades…........................................................................................... ………25 2.2.15. Metalúrgico de cordón de soldadura. ............................................27 2.2.16. Elementos que forman en el proceso de soldadura. .....................29 Zona afectada térmicamente zac. .....................................................................29 2.2.17. Ciclo térmico ..................................................................................29 2.2.19. Inspeccion de calidad de soldadura por smaw ..............................35 Plan de calidad..................................................................................................35 Objetivos……. ...................................................................................................35 los objetivos específicos son: ............................................................................36 2.2.20. Normas de seguridad ....................................................................36

2.2.21.Aceros ................................................................................................ 36 Acero de acuerdo al promedio de carbono .................................................... 36 Aceros de bajo carbono ................................................................................. 36 Aceros de medio carbono .............................................................................. 37 Aceros de alto carbono .................................................................................. 37 Aceros de herramientas ................................................................................ 37 Aceros aleados .............................................................................................. 37

CAPITULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN……………………..40 3.1. Tipo y nivel de investigación ................................................................ 41 3.2. Descripción y ámbito de investigación ................................................. 41 3.3. Población y muestra............................................................................. 41 3.4. Técnica e instrumentación para recolección de datos ......................... 42 3.5. Validez y confiabilidad de datos ........................................................... 43

CAPITULO IV INGENIERIA DE PROYECTO………………………………….....44 4.1. Calor neto ............................................................................................ 45 4.2. Ancho de la zona afectada por el calor ................................................ 46 4.3. Cálculo del tiempo de enfriamiento ...................................................... 50 4.4. Calcular resistencia de soldadura ........................................................ 52 4.5. Cálculo de longitud de soldadura ......................................................... 56

CAPITULO V ANÁLISIS DE RESULTADOS……………………………………...58

5.1. Diseño de las probetas de soldaduras por smaw ................................ 59 5.2. Soldeo de la probeta ............................................................................ 63 5.3. La ejecución de pase de acabado ....................................................... 65 Parámetros del diseño de las juntas soldadas .............................................. 69 5.4. Análisis en laboratorio .......................................................................... 70 Conclusiones ................................................................................................. 88 Recomendaciones ......................................................................................... 89 Bibliografía..................................................................................................... 90

INDICE DE FIGURAS Y TABLAS Pág.

Figura 01. junta en V ....................................................................................... 09 Figura 02. junta en u ....................................................................................... 10 Figura 03. Junta a tope en doble “v” o “x ......................................................... 10 Figura 04. diferentes posiciones para soldar ................................................... 12 Figura 05. Soldadura de bisel V ...................................................................... 13 Figura 06. se suelta peritmetro ........................................................................ 13 Figura 07. Resistencia de soldadura ............................................................... 14 Figura 08. Soladura de filete ........................................................................... 15 Figura 09. soldadura de garganta ................................................................... 15 Figura 10. Grafico de esfuerzo de corte maximo ............................................. 16 Figura 11. Codon de frontales ......................................................................... 17 Figura 12. Codon de frontales longitudinales .................................................. 18 Figura 13. Codon de soldadura de laterales ................................................... 19 Figura 14. Electrodo para el arco .................................................................... 20

Figura 15. Esquema de circuito básico de soldadura SMAW .......................... 23 Figura 16. Defectos internos de la soldadura .................................................. 26 Figura 17. Defectos externos de la soldadura ................................................. 26 Figura 18. Transformación de microestructura ................................................ 27 Figura 19. Distribución de temperatura ........................................................... 29 Figura 20. Curvas isométricas de soldadura por SMAW ................................. 30 Figura 21. Bisel en v ........................................................................................ 51 Figura 22. Resistencia de la soldadura ........................................................... 52 Figura 23. Centro de gravedad ........................................................................ 54 Figura 24. Longitud de soladura ...................................................................... 56 Figura 25. Máquina de soldar Miller de 200 amperios ..................................... 59 Figura 26. Datos de máquina de soldar .......................................................... 60 Figura 27. Detalles de planos de probetas ...................................................... 61 Figura 28. Medición de Angulo de bisel .......................................................... 61 Figura 29. Horno para electrodos .................................................................... 63 Figura 30 Medición de temperatura a horno .................................................... 64 Figura 31. Bisel de probetas ............................................................................ 65 Figura 32. Medición de temperatura ambiente ................................................ 65 Figura 33. Relleno con E 7018 de probeta 1 .................................................... 66 Figura 34. Medición de temperatura ................................................................ 67 Figura 35. Relleno de probeta 2 ....................................................................... 67 Figura 36. Medición de temperatura ambiente ................................................ 68 Figura 37. Relleno con electrodo 7018 de probeta 3 ........................................ 68 Figura 38. Profundidad desde superficie de la probeta 1 ................................. 70 Figura 39. Longitud de discontinuidad de la probeta 1 ..................................... 70 Figura 40 Profundidad desde superficie de la probeta 2 .................................. 71 Figura 41. Longitud de discontinuidad de la probeta 2 ..................................... 71 Figura 42. Calor neto de cordón de soldadura ................................................ 73 Figura 43. Zona afectada por el calo ............................................................... 74 Figura 44. Volumen de soldadura de probetas ................................................ 75 Figura 45. Humedad versus tiempo de E6011 ................................................. 77 Figura 46. Curva de humedad versus tiempo de E6011 .................................. 78 Figura 47. Pesaje de electrodo en balanza ..................................................... 78 Figura 48. Curva de humedad versus tiempo de E7018 .................................. 79 Figura 49. Electrodo sumergido en agua ........................................................ 80 Figura 50. Humedad versus temperatura de E7018......................................... 81

Tabla 01. Tipos de electrodo para soldar ........................................................ 20 Tabla 02: calibre para electrodos ..................................................................... 21 Tabla 03. Propiedades mecánicas ................................................................... 21 Tabla 04. Composición química de E 6011 ...................................................... 21 Tabla 05 Propiedades mecánicas .................................................................... 22 Tabla 06. Rendimiento de los procesos de soldadura ..................................... 22 Tabla 07. Rangos de soldabilidad .................................................................... 28 Tabla 08. Metal depositado de procesos SMAW ............................................. 31 Tabla 09. Soldadura recomendable de proceso SMAW ................................... 31 Tabla 10. Metal depositado de procesos FCAW .............................................. 32 Tabla 11. Soldadura recomendable de proceso FCAW ................................... 33 Tabla 12. Metal depositado de procesos FCAW .............................................. 34 Tabla 13. Soldadura recomendable de proceso GTAW .................................. 35 Tabla 14: propiedades físicas ASTM A36. ....................................................... 38 Tabla 15: composición química acero ASTM A36 ............................................ 38 Tabla 16. Composición química del ASTM A36................................................ 39 Tabla 17. Propiedades mecánicas del acero ASTM A36 .................................. 39 Tabla 18. Discontinuidad en las probetas ........................................................ 42 Tabla 19. Medidas de probetas ...................................................................... 63 Tabla 20. Temperaturas .................................................................................. 64 Tabla 21. Humedad relativa ............................................................................. 66 Tabla 22. Parámetros de las probetas según la norma D1.1 ........................... 29 Tabla 23. Zona afectada por el calor ............................................................... 73 Tabla 24. Depósito de electrodos de las probetas ........................................... 74 Tabla 25. Electrodo sumergido en agua .......................................................... 76 Tabla 26. Resecado de electrodo 6011 ............................................................ 78 Tabla 27. Electrodo sumergido en agua ......................................................... 79 Tabla 28. Electrodo resecado de E7018 .......................................................... 80

RESUMEN

La tesis de análisis porosidades en soldadura por SMAW para aceros de baja

aleación en la industria de metalmecánica de la ciudad Juliaca.

En el Capítulo I se desarrolla los aspectos generales, análisis de la situación del

problema, formulación del problema general y específico, objetivos, justificación,

antecedentes, hipótesis, variables.

El Capítulo II se realiza estudio de uniones de juntas de planchas de aceros

ASTM A36, cálculos de cordón de soldadura del proceso SMAW, electrodos de

E6011 Y E7018 su resistencia a la tracción, ciclo térmico de la soldadura,

también se realiza estudio de porosidades de soldadura, seguridad en el trabajo

de la industria de metal mecánica.

En el capítulo III se realiza metodología de la investigación de tesis.

En el capítulo IV se desarrolló ingeniería del proyecto, cálculo calor neto de la

soldadura para las probetas y obtenemos el resultado más calor en la probeta 3,

cálculo de longitud de calor de cordón de soldadura, cálculo volumen de cordón

de soldadura, cálculo de resistencia de soldadura que soporta carga, cálculo de longitud de soldadura para suspender una carga.

Capítulo V análisis y resultados, a través de las pruebas realizadas de ensayos

no destructivos en el laboratorio con ultrasonido convencional, se detectó

porosidades en las probetas, la probeta 1 y 2 se detecta porosidad en cordón de

soldadura, en probeta 3 no detecta porosidad se utiliza horno para

precalentamiento de electrodos a una temperatura de 125°C,

En la ciudad de Juliaca para mejorar calidad de soldadura de proceso SMAW,

es necesario trabajar con el procedimiento, WPS Especificación del procedimiento de soldadura, PQR Certificado de calificación del procedimiento.

ABSTRACT

The present research work is carried out porosity analysis in SMAW welding for low alloy steels in the metalworking industry of the city of Juliaca.

Chapter I develops the general aspects, analysis of the problem situation,

formulation of the general and specific problem, objectives, justification, antecedents, hypotheses, variables.

Chapter II is a study of joints of plates of ASTM A36 steel plates, calculations of

welding seam of the SMAW process, electrodes of E6011 and E7018 their tensile

strength, thermal cycle of welding, study of porosities of welding, quality control of welding processes, work safety of the metal mechanical industry.

In chapter III the thesis research methodology is carried out.

In chapter IV, project engineering was developed, calculation of net heat of the

weld for the specimens and we obtain the result plus heat in specimen 3,

calculation of heat affected zone, calculation of volume of weld seam, calculation of resistance of load-bearing weld, weld length calculation to suspend a load.

Chapter V analysis and results, through the tests carried out in non-destructive

tests in the laboratory with conventional ultrasound, porosities were detected in

the test tubes, test tubes 1 and 2 detect porosity in weld seam, in test tube 3 no

porosity is detected. uses oven to preheat electrodes at a temperature of 125 ° C.

In the city of Juliaca to improve the quality of SMAW process welding, it is

necessary to work with the procedure, WPS Welding procedure specification, PQR Procedure qualification certificate

INTRODUCCIÓN

La tesis de análisis de porosidades en soldadura tipo SMAW para aceros de baja

aleación en la industria metalmecánica de la ciudad Juliaca. Se realiza análisis

de porosidad de cordón de soldadura mediante ensayos no destructivos por

ultrasonido industrial. En la empresa NDT WELDING SERVICE S.A.C. Se

realizó inspección a las tres probetas

Internacional. El avance tecnológico de equipo de la soldadura es automatizada

robótica y soldadura de calidad.

Nacional. La tecnología no está avanzada.

Local. En la ciudad de Juliaca no trabajan con calidad de procedimientos

establecidos de acuerdo a las normas AWS D1.1

La solución que planteamos para las industrias de metalmecánica de la ciudad

de Juliaca. Trabajar en un lugar adecuado, libre de partículas, como polvo, grasa,

flujo de viento. Trabajar con el procedimiento WPS Especificación del

procedimiento de soldadura, PQR Certificado de calificación del procedimiento,

cumplir las normas AWS D1.1, realizar precalentamiento de electrodos en el horno a una temperatura de 125°C reducir la humedad.

Los resultados que obtenemos del laboratorio de ultrasonido industrial de

probetas las porosidades del cordón de soldadura, probeta 1 tiene 34.5% de

porosidad y probeta 2 33% de porosidad, no utilice en las probetas 1 y 2

precalentamiento en el horno, para reducir humedad del electrodo. En la probeta

3 tiene 0% de porosidad se utiliza el horno para precalentamiento de electrodos

a una temperatura de 125C° no detectó ninguna porosidad ni discontinuidad el cordón de soldadura tiene resistencia mecánica.

velocidad de soldadura debe ser 2 mm/seg para una buena fusión de los

aceros, el ángulo de electrodos debe soldarse a 70° a una distancia de 2mm

de cordón de soldadura, según la norma AWS indica la porosidad no debe

ser más de 1/8 de volumen.

En el medio ambiente el electrodo absorbe humedad, varían sus propiedades

de revestimiento, la humedad se introduce en revestimiento, y contiene

hidrogeno y oxígeno.

LISTA DE ABREVIATURAS

SMAW: Shield Metal Arc Welding (soldadura manual con electrodos revestidos)

AWS : American Welding Society (Sociedad Americana de soldadores)

V : Voltaje (V)

I : Corriente (A)

v : Velocidad de la soldadura (mm/s)

m : Masa Kg

Y : Ancho de ZAC mm

𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 : Temperatura máxima en la zona adyacente al ZAC (c)

𝜌𝜌 : Densidad de acero ASTM A36 material (g/𝑚𝑚𝑚𝑚3)

T : Espesor de material del acero ASTM A36

𝐻𝐻𝑛𝑛 : Calor neto (J/mm)

𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 : Temperatura máxima C°

Nx : Centro de gravedad

WPS : Especificación del procedimiento de soldadura

PQR : Certificado de calificación del procedimiento

WPQ : Registro de calificación de soldadores y operarios

ℓ : Longitud del cordón

ASTM : Sociedad americana de prueba de materiales en acero.

CAPÍTULO I

ASPECTOS GENERALES

1

ASPECTOS GENERALES TÍTULO: Análisis de porosidades en soldadura tipo SMAW para aceros de

baja aleación en la industria de metalmecánica de la ciudad Juliaca.

LUGAR DE INVESTIGACIÓN Región: Puno

Provincia: San Román

Distrito: Juliaca

1.1. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA En la ciudad de Juliaca, las empresas de las industrias de metalmecánica, no

trabajan con control de calidad, especificaciones técnicas de la ingeniería,

gestión de procedimientos de Calidad como, WPS, PQR. Trabajan con

electrodos húmedos, no seleccionan amperaje adecuado de acuerdo al espesor

del material, aceros de ASTM A36 contaminantes, como grasa pinturas, óxidos

de acero, suciedad, polvo. Originan porosidades discontinuidades en cordón

interno de soldadura, y reducen resistencia a tracción resistencia mecánica, la

dureza y flexión de la soldadura, se han colapsado techos metálicos, un grifo por

salida Arequipa. Que implica pérdida económica para el propietario.

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.

PROBLEMA GENERAL ¿Cómo se puede realizar el análisis de porosidades en soldaduras tipo SMAW

para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica en la ciudad de Juliaca?

PROBLEMAS ESPECÍFICOS

PROBLEMA ESPECÍFICO 1

¿En qué medida las causas originan las porosidades en soldaduras de tipo

SMAW para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica de la ciudad

de Juliaca?

2


¿Qué parámetros se tomarán en cuenta para análisis de porosidades en

soldadura tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica de la ciudad Juliaca?


¿De qué manera incide el tipo de electrodo en la soldabilidad para análisis de

porosidades en soldadura tipo SMAW para aceros de baja aleación en la

industria metalmecánica de la ciudad Juliaca?

1.3. OBJETIVO GENERAL Analizar las porosidades en soldaduras tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica en la ciudad de Juliaca

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

OBJETIVO ESPECÍFICO 1

Determinar las medidas de las causas que originan las porosidades en

soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica de la ciudad de Juliaca.


Determinar parámetros que intervienen en análisis de porosidades en

soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica de la ciudad Juliaca.


Determinar de qué manera incide el tipo de electrodo en la soldabilidad de

análisis de porosidades en soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja

aleación en la industria metalmecánica de la ciudad Juliaca

1.4. JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO JUSTIFICACIÓN TÉCNICA

La presente tesis aporta investigación tecnológica en el sector de industrias de

metal mecánica de soldaduras tipo SMAW de aceros de ASTM A36, en la ciudad

de Juliaca existen pocos estudios de análisis de porosidad y ensayos no

3

destructivos, reducción de porosidad permite mejorar mayor resistencia

mecánica de cordón de soldadura, es necesario evaluar porosidades internas en

cordón de soldadura que permita obtener calidad de soldadura,

JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA

Se propone este tipo de investigación para demostrar, las industriales de metal

mecánica en la ciudad de Juliaca deben realizar trabajos basándose en las

normas de AWS D1.1, para ejecutar obras de alta calidad, y cordones de

soldadura sin porosidad. Que garantice a los clientes en la calidad de soldadura,

La soldadura SMAW es más económica en el mercado de procesos de soldaduras.

JUSTIFICACIÓN SOCIAL.

Análisis de porosidades de soldaduras tipo SMAW para aceros de ASTM A36 en

la industria metalmecánica, la tesis servirá para la información de ampliar

conocimientos en la aplicación de los soldadores, mejorar procesos de soldadura

que garanticen resistencia a tracción resistencia mecánica, la dureza y flexión de

la soldadura todo esto con finalidad atender la demanda a los clientes a nivel de

región de puno.

1.5. HIPÓTESIS

HIPÓTESIS GENERAL

Si realizamos el análisis porosidades en soldaduras tipo SMAW para aceros de

baja aleación en la industria metalmecánica en la ciudad de Juliaca. Entonces se propondrá un método eficiente para optimizar calidad de soldadura

HIPÓTESIS ESPECIFICO 1

Si conocemos las medidas de las causas que originan las porosidades en

soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria

metalmecánica de la ciudad de Juliaca. Entonces permitirá el mejoramiento de

procesos de soldadura en industria metalmecánica de la ciudad Juliaca.

4

HIPÓTESIS ESPECÍFICAS 2

Si determinamos parámetros que intervienen en análisis de porosidades en

soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria

metalmecánica de la ciudad Juliaca. Entonces los resultados se mostrarán en cuadros, curvas y característica.

HIPÓTESIS ESPECÍFICAS 3

El tipo de electrodo incide de una manera positiva en la soldabilidad de análisis

de porosidades en soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja aleación en la

industria metalmecánica de la ciudad Juliaca. Entonces permitirá el

mejoramiento de calidad de cordón de soldadura.

1.6. VARIABLES Variables independientes Porosidad Temperatura

Intensidad

Humedad del medio ambiente

Variables dependientes Proceso SMAW

Cordón de soldadura de probetas

Electrodos E7018 E6011

Dureza del cordón de soldadura

5

OPERACIONALIZACIÒN Y MATRIZ DE VARIABLES

Tipo de Variables.

Variables

dimensión

índice

instrumento

Variable

Independiente

temperatura

Celsius

C°

termómetro

Intensidad

Amperio

%

De

porosidad

Pinza perimétrica

Humedad del

medio

ambiente

Humedad

relativa

% de

humedad

Resultados de

SENAMI

Variable

dependiente

Cordón de

soldadura

Volumen de

soldadura

%

Ultrasonido

industrial

Electrodo

E6011 E7018

varilla

Kg.

calibrador

Dureza de

soldadura

Volumen de

soldadura

%

De

porosidad

durómetro

6

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

7

2.1. ANTECEDENTES DE ESTUDIO Raúl Gustavo Tapia Moreno 2012. Análisis de la formación de porosidades en el

proceso de soldadura SMAW e influencias de resistencia mecánica de las juntas

soldadas. En su trabajo de tesis contempla, con porosidad 3.3 mm se prueba

que el esfuerzo dado por la norma de discontinuidad 3. mm se debe ser

examinado margen de seguridad para cordón de soldadura de calidad.

Brenda Yuvisela Yubyang Morales Castro 2017, reducción de porosidad en

moldes de acero H13 después de recuperación por soldadura GTAW. En su

trabajo de tesis demuestra, la porosidad se inspecciono con líquidos

penetrantes, ultrasonido industrial detecta las discontinuidades exteriores de

soldadura es confiable, los resultados no varían significativa respecto a

ultrasonido.

Franklin Luis Campos Torres 2014. En su trabajo de tesis demuestra, los

resultados aceptables de los ensayos no destructivos realizados a los cordones

de soldadura de la placa base 1 y 2 del soporte del horno en estudio el control

de calidad que se debe aplicar para los procesos de soldadura FCAW – SMAW.

Ricardo André Ramos Llerena 2013, estudio de la soldabilidad de la unión

disimilar de un cobre con 5 % de zn con acero estructural ASTM A36 en su

trabajo de tesis demuestra, las soldaduras con propiedades mecánicas

satisfactorias en uniones disimilares formadas con el acero ASTM A36 y la

aleación Cu-5Zn ambos de 3,0 mm de espesor, mediante el proceso de soldeo SMAW empleando como aportes CuSn- (Cu-6Sn) y ECuSn-C (Cu-9Sn-3Ni).

Yovana Chaupi Quispe, Alex Andy Yucra Huamani, 2019 soldabilidad de acero

ASTM A607 grado 50 con el acero ASTM A36 por el proceso SMAW en el

alargue del chasis para el ensamble de carrocería de buses. En trabajo de tesis

demuestra, ensayo de dureza en la ZAC, dentro del acero ASTM A607 GRADO 50,

se obtiene un valor de 27 HRC, y la dureza de los metales base de 25 HRC, es decir,

no hubo endurecimiento alto de la ZAC resultados de los cambios micro

estructurales y se trabaja con el electrodo E7018 y E6011.

8

Víctor Raúl Curo Ayma. diseño de unión soldada con proceso GMAW para la

ampliación de chasis de bus urbano, región cusco, cusco, febrero del 2019, su

trabajo de investigación demuestra La inspección de uniones soldada con proceso

el SMAW, resulta cinco inspecciones, tres presentan porosidades que afectan la

sanidad de las uniones soldadas.

Milton Arturo Mamani Alanoca, Puno 2018 estudio de parámetros de soldabilidad en

la reconstrucción de piezas de hierro fundido gris, su trabajo de investigación

demuestra. Para la obtención de la temperatura necesaria de juntas uniones

soldadas en V con alta propiedades mecánicas se realizó diferentes pruebas de

precalentamiento y después se realizó análisis se llega a la conclusión de que la

buena temperatura de precalentamiento es 370°C.

Hugo Limber Lozada Cedeño, Calculo y análisis de régimen soldadura para el

proceso SMAW en aceros al carbono y aleados y la implementación del software de

aplicación. Quito 2007 Escuela Politécnica Nacional. Su trabajo de investigación

demuestra, la planificación de soldadura se debe utilizar en los trabajos

estructurales, WPS, PQR, WPQ, con herramientas de gestión de calidad.

Elder Gianfranco Portillo Dávila, “influencia de la humedad del aire en los

electrodos de soldadura SMAW y su incidencia en la calidad de los productos

soldados UNA Puno 2018, su tesis demuestra, los ensayos realizados se

demuestra la humedad ha absorbido sumergido en agua es el electrodo E7018

(9.68 %), E6013 (3.63%) dejado a la intemperie se tiene al electrodo

E7018(5.86%), E6013(2.31%) y E6011(2.05%).

Elías Octavio Sánchez Manríquez, uso y aprovechamiento de electrodos en

soldadura manual. Universidad Austral de Chile 2005. Su trabajo de

investigación contempla. El ingeniero determina las soldaduras serán realizadas

en terreno, debe analizar condiciones climáticas. Los cambios de temperatura,

generan que las uniones soldadas se cristalicen e incrementan los esfuerzos de

tensión, quedando una unión frágil y con pocas posibilidades de resistir impactos

y distorsión. la cristalización puede reducir aplicando un tratamiento térmico a la

unión de soldadura.

9

2.2. BASES TEÓRICAS DE LA INVESTIGACIÓN

2.2.1. SOLDADURA UNIÓN METÁLICA La soldadura es la unión entre dos metales de la misma aleación, llega a un a

fusión de 1536C° se utilizan en diferentes rubros, en la construcción de

estructura metálicas en las minerías, en techos metálicos en petrolera, en

construcción de puentes, tuberías de gas camiseta. Es muy importante realizar estudios de calidad de materiales del acero. (manual de soldadura Exa, pág. 22)

2.2.2. TÉCNICA DE LA SOLDADURA

Junta a tope La unión de junta en v para aceros de ASTM A36 se utiliza para espesores

menores de 6mm la separación entre plancha de acero debe ser depende de

espesor, la preparación de bisel es sencillo. (manual de soldexa oerlikon, pág. 54)

Figura. 01 junta en V Fuente: Manual de Oerlikon.

junta en u La junta en U, el cordón de soldadura tiene buena resistencia mecánica,

resistencia a carga, se pueden unir las planchas de acero de ASTM A36 para

espesor ente 5mm a 12 mm, su costo de preparación de biselada es costoso.

(manual de soldexa oerlikon, pág. 54)

10

Figura 02. Junta en u Fuente: Manual de Oerlikon.

junta en doble v o x

la union de X o doble V, el cordón de soldadura tiene buena resistencia

mecánica, resistencia a carga, se pueden unir las planchas de acero de ASTM

A36 para de 12mm a 20mm, el biselado de la plancha es costoso.(manual de

soldexa oerlikon, pág. 54)

Figura 03. Junta a tope en doble “v” o “x” Fuente: Manual de Oerlikon.

Realizar cordón de soldadura Para ejecutar cordón de soldadura de calidad debemos tener en cuenta los siguientes procedimientos.

Regular amperaje de acuerdo al espesor de aplancha

El soldador debe posicionarse adecuadamente

Mantener electrodo sin mover

Mantener electrodo a una altura de 2 a 3 mm y avance uniforme

11

Cuando se termina electrodo en cordon de soldadura y para iniciar con

otro electrodo limpiar cordon,

Tener lunas limpias

Usar EPP de cuero

La tenaza debe ser liviano

La plancha de acero debe estas libre polvo, grasa (manual de

soldadura Exa, pág. 62).

2.2.3. POSICIONES DE SOLDAR

Posición plana. La posición plana es la ejecución de la soldadura en 3G. La posición de

adecuada para soldar, la plancha de acero ASTM A36 se cuenta ubicada en

plana el electrodo debe estar ubicado a un ángulo 70°, usar EPP pantalón de

cuero, casaca de cuero, guantes de cuero. (manual de soldadura Exa)

Posición vertical El técnico soldador debe soldar ascendente, la plancha de acero ASTM A36 se

cuenta ubicada en vertical, el electrodo debe tener una inclinación de 83° a 90°,

Usar EPP pantalón de cuero, casaca de cuero, guantes de cuero. (manual de

soldadura Exa)

Posición horizontal. Bisel de la plancha de acero ASTM A36 se encuentra ubicada en posición

horizontal, para soldar el electrodo debe estar inclinado a 83° a 90°, usar EPP

pantalón de cuero, casaca de cuero, guantes de cuero. (manual de soldadura

Exa)

Posición sobre cabeza Bisel de la plancha de acero ASTM A36 se encuentra ubicada en posición

sobre cabeza, inclinar el electrodo a 50° a 70°. (manual de soldadura Exa)

12

Figura 04. diferentes posiciones para soldar

Fuente: Manual de Exa.

Calidad de cordon de soldadura

Calidad de soldadura es necesario conoces las normas de AWS D1.1

Electrdos certificados

Amperaje de acuerdo a la tabla de electrodos

Correcto angulo de inclinacion de acuerdo a posion a soldar

Uniforme velocidad de avance

las un uniones de soldadura deben estar libres de óxido, aceite y grasa.

2.2.4. CALCULO DE LOS CORDONES DE SOLDADURA Soldaduras en ángulo La soldadura en esquina se calcula en triangulo isósceles

JUNTAS SOLDADAS A TOPE se observa la unión de probeta en V la fuerza va en dirección hacia laterales de

ambos lados de la probeta.

13

Figura 05. Soldadura de bisel V


ℓ= Longitud del cordón

h = altura de la garganta

Resistencia de longitud de codón

𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 = 𝑝𝑝ℎ .𝑙𝑙

(1)

La tensión de trabajo (σ) deberá ser menor que la tensión del material (𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎)

de cordón de soldadura, se multiplicará por 0,6.

𝑝𝑝 ℎ .𝑙𝑙

= 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 ≤ 0.6%.𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎 (2)

La tensión a tracción del σ acero ASTM A36 = 1262 kg/cm2 (AWS)

Resistencia de la Soldadura a esfuerzos de corte

Figura 06. se suelta peritmetro


14

h = altura del cordón

Lp= longitud del perímetro soldado

Resistencia de cordón de Soldadura a flexión La plancha de acero ASTM A36 va soportar la carga

Figura 07. Resistencia de soldadura


𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 = 𝑀𝑀𝑓𝑓

𝑤𝑤 ≤ 0.6.𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 (3)

W = módulo resistente soldadura a tope de acero ASTM A36

Resistencia de la Soldadura a esfuerzos compuestos de Flexión y corte.

𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 = �(𝑀𝑀𝑓𝑓

𝑊𝑊)2 ( 𝑇𝑇

ℎ.𝑙𝑙𝑝𝑝)2 ≤ 0.6.𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎 (4)

15

2.2.5. JUNTAS DE FILETE

Figura 08. Soladura de filete


Figura 09. soldadura de garganta


Realizamos el análisis de las tensiones sobre la garganta obtenemos lo siguiente

𝜎𝜎𝑚𝑚 = 𝐹𝐹𝐴𝐴

= 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 0.707 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

(5)

𝜏𝜏 =𝜎𝜎𝑥𝑥 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 (45) = 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

(6)

𝜎𝜎 =𝜎𝜎𝑥𝑥 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 (45) = 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

(7)

16

El esfuerzo es:

𝜎𝜎1 = 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 2 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

+ �( 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 2 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

)2 + ( 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

)2 = 1.618 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

(8)

Esfuerzo de corte maximo

𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 2 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

+ �( 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 2 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

)2 + ( 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

)2 = 1.118 𝑥𝑥 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐

(9)

Figura 10. Grafico de esfuerzo de corte maximo


En el diseño de acero ASTM A36 se debe calcular el esfuerzo cortante

𝜏𝜏 = 𝐹𝐹0.707 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐 𝑚𝑚 𝑙𝑙

= 1.414 𝐹𝐹 ℎ𝑐𝑐 𝑚𝑚 𝑙𝑙

(10)

17

2.2.6. Unión con sólo cordones frontales

Figura 11. Codon de frontales

Fuente: Hermenegildo Rodríguez Galbarro.

Que sustituyendo valores resulta lo siguiente,

𝜎𝜎 = 1√2𝑥𝑥 𝐹𝐹2𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝑚𝑚

(11)

𝜏𝜏𝑛𝑛 = 1√2𝑥𝑥 𝐹𝐹2𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝑚𝑚

(12)

𝜏𝜏𝑚𝑚 = 𝜏𝜏𝑛𝑛=0 (13)

El tension que compara 𝜎𝜎𝑐𝑐

𝜎𝜎𝑐𝑐 = �𝜎𝜎2 + 1.8𝑥𝑥(𝜏𝜏𝑛𝑛2 + 𝜏𝜏𝑚𝑚2) ≤ 𝜎𝜎𝑢𝑢 (14)

Y dentra

𝜎𝜎𝑐𝑐 = 1.18𝑥𝑥 𝐹𝐹2𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝑚𝑚

≤ 𝜎𝜎𝑢𝑢 (15)

𝐹𝐹2𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝑚𝑚

≤ 0.85𝑥𝑥𝜎𝜎𝑢𝑢 (16)

18

2.2.7. Unión de cordones frontales longitudinales

Figura 12. Codon de frontales longitudinales

Fuente: Hermenegildo Rodríguez Galbarro

𝑛𝑛 = 𝑀𝑀𝑊𝑊

= 𝐹𝐹2𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥 6

𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥2 𝑡𝑡𝑛𝑛=0 (17)

𝑡𝑡𝑚𝑚= 𝐹𝐹2𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥

(18)

Las tensiones de garganta se resuelven lo siguiente

𝜎𝜎 = 1√2

𝑛𝑛 = 𝜏𝜏𝑛𝑛 = 3√2𝑥𝑥 𝐹𝐹𝑚𝑚𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥2

(19)

𝜏𝜏𝑛𝑛 = 𝑛𝑛𝑥𝑥𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛45° (20)

𝜏𝜏𝑚𝑚= 𝑡𝑡𝑚𝑚= 𝐹𝐹

2𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝑚𝑚 (21)

La tensión de comparación es:

𝜎𝜎𝑐𝑐 = �𝜎𝜎2 + 1.8𝑥𝑥(𝜏𝜏𝑛𝑛2 + 𝜏𝜏𝑚𝑚2) ≤ 𝜎𝜎𝑢𝑢 (22)

19

𝜎𝜎𝑐𝑐 = 3.55𝑥𝑥 𝐹𝐹𝑚𝑚𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥2

≤ 𝜎𝜎𝑢𝑢 (23)

2.2.8. Unión con dos cordones laterales y uno frontal

Figura 13. Codon de soldadura de laterales

Fuente: Hermenegildo Rodríguez Galbarro

El momento torsor 𝑎𝑎2

𝑀𝑀𝑇𝑇=0.75𝑚𝑚𝜎𝜎𝑢𝑢𝑥𝑥𝑥𝑥2𝑥𝑥𝑎𝑎2𝑥𝑥(ℎ + 𝑎𝑎2) (24)

El cordon de soldadura a1

𝑛𝑛 = 𝑀𝑀𝑒𝑒𝑤𝑤

= 𝑀𝑀.6𝑥𝑥12𝑚𝑚𝑚𝑚1

(25)

𝜎𝜎𝐶𝐶 = �( 𝑛𝑛√2

)2 + 1.8. ( 𝑛𝑛√2

)2 = √1.4.𝑛𝑛 ≤ 𝜎𝜎𝑢𝑢 (26)

𝑛𝑛 = 𝜎𝜎𝑢𝑢√1.4

(27)

𝑛𝑛 = 𝜎𝜎𝑢𝑢√1.4

= 6𝑚𝑚𝑀𝑀𝑐𝑐𝑚𝑚1.𝑥𝑥12

(28)

𝑀𝑀𝑐𝑐 =𝜎𝜎𝑢𝑢.𝑚𝑚1.𝑥𝑥1

2

6.√1.4= 𝜎𝜎𝑢𝑢. 𝑎𝑎1. 𝐿𝐿12 (29)

20

2.2.9. Los Electrodos metálicos Los electrodos metálicos están compuestos de núcleo metálico contiene

diferentes elementos como y revestimiento. Hierro, carbono, manganeso, silicio,

fósforo, azufre y otros, y deposita en forma de gotas. (manual de soldadura Exa).

Figura 14. Electrodo para el arco

Fuente: Manual sencico.

CORRIENTE Y POLARIDAD Tabla 01. Tipos de electrodo para soldar. corriente alterna y continua – diámetro de electrodo Ø 5/64" " 3/32" 1/8" 5/32" 3/16" ¼

2,0 mm 2,5 mm 3,25 mm 4,0 mm 5,0 mm 6,30 mm Amperaje menor

46 70 100 140 190 260

Amperaje mayor

65 90 140 200 250 340

Fuente. Manual de Exa.

21

Tabla 02: calibre para electrodos calibre usa de

las laminas

espesor mm

aproximadamente

diámetro

recomendado para

electrodo

amperaje

11

12

13

15

16

3.03

2,65

2,30

1,89

1,51

1/8

1/8

3/32

3/32

1/16

90 -100

80 - 100

65 - 85

25 - 35

20 - 30


2.2.10. ELECTRODO 6011 Propiedades mecánicas Tabla 03. Propiedades mecánicas Resistencia a la Tracción

Límite elástico Ch V 29°C Elongación

≥414 N/mm² ≥ 331 N/mm² ≥ 30 J ≥ 22%

≥ 60 000 lb/pulg² ≥ 48 000 lb/pulg²

Fuente. Manual de Exa.

2.2.11. ELECTRODO E7018 ANALISIS QUIMICO DEL METAL

Tabla 04. Composición química de E 6011

C Mn Si 0,08 1,20 0,5


22

PROPIEDADES MECÁNICAS

Tabla 05. Propiedades mecánicas del acero

Tratamiento térmico

Resistencia a la tracción

Limite elástico

Ch V - 20°C

Elongación en 2"

sin

510-610 N/ mm² 380 N/mm² > 140 J 24% 74 000 a 88 000lb/pulg²

> 55 000 lb/pulg²

Alivio de Tensiones

480-580 N/mm² > 380 N/mm²

> 140 J 24%

normalizado 420-520 N/mm² > 290 N/mm²

> 140 J 26%


2.2.12. NORMAS ESTRUCTURALES ANSI/ AWS D1.1 AWS D1.1 Norma de Soldadura Estructural Acero

AWS D1.2 Norma de Soldadura Estructural Aluminio

AWS D1.3 Norma de Soldadura Estructural Láminas

AWS D1.4 Norma de Soldadura Estructural Acero de Refuerzo

AWS D1.5 Norma de Soldadura de Puentes

AWS D1.6 Norma de Soldadura de Acero Inoxidable

Tabla 6. Rendimiento de los procesos de soldadura

Proceso Eficiencia SMAW 0.6 – 0.7

GMAW 0.7 – 0.85

TIG 0.60 – 0.65

SAW 0.90 – 0.95

Fuente: Yovana Chaupi Quispe

2.2.13. EQUIPOS DE CIRCUITO EN EL PROCESO La máquina de soldar de tipo de corriente continua se utiliza en los procesos de

SMAW se han utilizado durante muchos años en las industrias metalmecánicas

en las soldadura para aceros de ASTM A36 porque en estos procesos son importantes tener corriente estables. (Raúl Gustavo Tapia Moreno, 2012)

23

Figura 15. Esquema de circuito básico de soldadura SMAW Fuente: Raúl Gustavo Tapia Moreno.

Para lograr buenos resultados es necesario disponer de un equipo de soldadura

digitales modernos de corriente continua, va regular la potencia y va resultar de

un trabajo seguro y fácil se clasifican en dos tipos (Raúl Gustavo Tapia Moreno,

2012)

Máquina de corriente alterna

Máquina de corriente continúa

Máquina de corriente alterna El equipo de corriente alterna trabaja, con los voltajes de 220, 380,440 en fases

de alimentación monofásica y trifásica, la transformación se realiza internamente

con las bo0binas primarias y secundarios devanado de un núcleo reactor ferromagnético(Raúl Gustavo Tapia Moreno, 2012)

Máquina de corriente continua El equipo de corriente alterna trabaja, con los voltajes de 220, 380,440 en fases

de alimentación monofásica y trifásica, el generador de corriente produce en la

rotación de armadura lo que induce en campo eléctrico, corriente alterna es

rectificado y se convierte en corriente continua. (Raúl Gustavo Tapia Moreno, 2012)

24

2.2.14. Porosidad La norma d1.1 define a la porosidad, son volúmenes vacíos en la soldadura,

genera por diversos factores pueden ser clima humedad suciedad, falta de

limpieza de material base o material de aporte son volúmenes de gas producidos

en la alteración del arco, también pueden causar la variación de voltaje y

corriente. Por exceso de humedad del material de aporte. (Manual de sencico, 2013)

Defectos de cordón de soldadura

• Grietas

• Porosidad en cordón de soldadura SMAW

• Fusión incompleta de soldadura

• Imperfecciones como inclusiones sólidas

• Los defectos que aparecen cuando la parte está en servicio son:

• Fracturas por fragilidad de cordón

• Fracturas por fatiga del acero ASTM A36

(Brenda Yuvisela Rubyang Morales Castro, 2017)

Porosidad en soldadura La discontinuidad en la soldadura genera por el atrapamiento de gases,

hidrogeno, oxigeno, nitrógeno. Durante la conversión de metal producen porosidades.

• El escape de gas de protección. La contaminación atmosférica oxígeno,

nitrógeno la utilidad de la perdida en gas de protección, el contenido de aire, un

promedio de 1% ingresa en gas de protección y genera discontinuidad.

• La contaminación de los electrodos, el hidrogeno puede permanecer atrapado

en el charco de cordón de soldadura, cuando se utiliza electrodos húmedos, que

no están resecados en el horno a una temperatura de 130°C. (Brenda Yuvisela

Rubyang Morales Castro, 2017).

GRIETAS Las grietas son producidas por diferentes factores clima humedad, material

cubierto de suciedad, cuando se somete a ensayos destructivos o se somete a

25

la carga y griete crece y genera rotura del cordón de soldada (Manual de sencico,

2013)

Las grietan ubicadas en:

El metal base del acero

La zona afectada por el calor

El cordón de soldadura Las causas de las grietas pueden ser:

No regular el amperaje adecuado

Velocidad de enfriamiento rápido

Material con humedad, suciedad

Personal no calificado (Manual de sencico, 2013)

CAVIDADES Las cavidades son determinados por inclusiones gaseosas

Sopladuras de forma esférica se denomina discontinuidad.

Sopladuras vermiculares, en forma de gusano que se crea al salir el gas

Cuando la alimentación es consecutivo, la velocidad de conversión es en menor

tiempo posible, los poros pueden producir alineadas, en cordón de soldadura

existe menos porosidad y pueden presentar en las exteriores del cordón de

soldadura, según las normas AWS D1.1 los poros y cavidades en la construcción

metálica no deben de superar 1/8 de volumen de porosidad. (Manual de sencico,

2013)

26

Figura 16. Defectos internos de la soldadura

Fuente: Manual de Sencico.

Figura 17. Defectos externos de la soldadura Fuente: Manual de Sencico.

El volumen de la porosidad no debe ser superior a 3mm para el trabajo de

calidad, en la soldadura de aluminio no debe superar 1 mm (Manual de sencico,

2013).

27

Las causas que generan porosidad en cordón de soldadura pueden ser los

siguientes

Falta de limpieza de material base

Presencia de óxidos, grasa, pinturas, polvo

Material de aporte húmedo

Clima atmosférico desfavorable, viento, lluvia, humedad, (Manual de

sencico, 2013)

2.2.15. Metalúrgico de cordón de soldadura. El cordón de soldadura trabajaba con fenómenos metalúrgicos, la fusión,

solidificación, cambios de gas, reacción con escoria reacción en estado sólido,

estos cambios ocasionan rápido en la soldadura por SMAW, diferencia de otros procesos metalúrgicos, como el tratamiento térmico, fundiciones.

Zona afligida por el calor de cordón de soldadura de proceso SMAW, genera por

gradiente térmico a causa de elevadas de temperatura del arco para fundir el

material, pueden ser afectados las propiedades mecánicas de soldadura, (ZAC). (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)

Figura 18. Transformación de la microestructura

Fuente: (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)

28

Zona I

El cráter de la soldadura se distribuye, cuando el electrodo genera calor y

material de base, el cráter solidifica formando granos en dirección de gradiente térmico y llega a una temperatura. (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)

Zona II

En esta zona llega a una temperatura de 1200C° a 1400C° la zona intermedia

que permanece en estado sólido, enfría moderadamente la temperatura, la zona

II es la formación de austenita, la microestructura es la formación de ferrita más perlita va cambiar a austenita (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)

Zona III

Llega a una temperatura aproximadamente a 1000C°, en esta zona la formación

es austenita, su enfriamiento es rápido, esta contacto a material base y tiene

temperatura menor los granos de austenita son pequeños. (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)

Zona IV

En esta zona la temperatura llega a 700C° es la zona frágil y la dureza aumenta,

la variación de propiedades mecánicas será desiguales y generan problemas de fallas en cordón de soldadura. (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)

CE= % C �%𝑀𝑀𝑛𝑛+%𝐶𝐶𝑆𝑆6 � (%𝐶𝐶𝐶𝐶+%𝑀𝑀𝑀𝑀+%𝑣𝑣

5 ) �%𝐶𝐶𝐶𝐶+%𝑁𝑁𝑆𝑆15 � (11)

Tabla 7. Rangos de soldabilidad

carbono Unión de soldadura < 0.35

0.36 – 0.40

0.41 – 0.45

0.46 – 0.50

> 0.50

excelente

muy buena

buena

aceptable

pobre

Fuente: Jorge Alfonzo Ugarte Díaz.

29

2.2.16. ELEMENTOS QUE FORMAN EN EL PROCESO DE SOLDADURA.

El material de acero de la base efectúa fusión con el electrodo, realiza unión de

materiales por el incremento de temperatura, y la superficie de cordón no varía las propiedades mecánicas. (Anibal Martin Pintado Pizarro, 2018).

Zona afectada térmicamente ZAC. La zona afectada por el calor es la zona donde se transforman, microestructuras

de cambian propiedades mecánicas y originan las intersecciones residuales en probeta. (Anibal Martin Pintado Pizarro, 2018).

2.2.17. CICLO TÉRMICO En el ciclo térmico, ocasionan cambios con respecto al tiempo a la temperatura,

calentamiento enfriamiento, va sufrir cambios mico estructurales va producir

alteración en propiedades mecánicas, cambios en dimensionales del acero A36

Figura 19. Distribución de temperatura

Fuente: Aníbal Martin Pintado Pizarro.

En la figura 19, se muestra en la curva A indica la variación de la temperatura

llega máximo pico de la temperatura a 1535C°, en la curva B nos indica la

transición de la temperatura disminuye, en la curva C se observa transición de la

temperaturas reduce la transferencia de calor van igualándoles las temperaturas de las bases de metal ASTM A 36. (Anibal Martin Pintado Pizarro, 2018).

30

Figura 20. Curvas isométricas de soldadura por SMAW.

Fuente: Aníbal Martin

2.2.18. COMPARACONES DE SOLDURAS SMAW FCAW Y GTAW

Proceso arco eléctrico con electrodo SMAW

Ventajas

El equipo es simples y económico

Se trabaja en diferentes tipos de aceros

Posee tasa de deposita altas

Fácil de soldar (manual de soldexa oerlikon)

Desventajas

El proceso es discontinuo por que los electrodos miden 30 cm

El humo dificulta el control de procesos El cordón de soldadura genera escorias (manual de soldexa oerlikon)

Aplicación

Aceros de construcción no aleados

Para soldar aceros de bajo carbono, cuando se desea penetración

profunda, poca escoria y cordones no abultados.

Fabricación estructural de muebles metálicos, catres, mesa, etc.

Estructura metálica liviana en talleres metalmecánicos.

Fabricación y diseño de ductos de ventilación.

31

la soldadura de toda tipo de las uniones que requieren una buena

penetración. (manual de soldexa oerlikon).

Propiedades Mecánicas del Metal Depositado

Tabla 8. Metal depositado de procesos SMAW

Tratamiento Térmico

Resistencia la Tracción [MPa (psi)]

Límite de

fluencia

MPa (psi)]

Elongación

2” (%)

Energía Absorbida ISO-V (-20°C) [J]

Sin tratamiento (62 250 – 79

750)

mín. 360

min 52200

22-30 Min 70

Fuente: Manual de Soldexa.

Conservación del producto Mantener en almacen seco y evitar humedad.

No requiere almacenamiento bajo horno. (manual de soldexa oerlikon)

Parámetros de Soldeo Recomendados Tabla 9. Soldadura recomendable de proceso SMAW

Para corriente continua (DC): Electrodo al positivo DCEP / Electrodo al negativo DCEN

diámetro

Mm 2.5 3.25 4.00 5.00 6.30

Pulgadas 3/32 1/8 5/32 3/16 1/4

Amperaje mínimo 50 80 110 140 190

Amperaje máximo 70 120 140 200 250


Componentes del equipo Equipo de soldar

Cables de soldadura

Porta electrodo

Masa

Pieza de trabajo

32

Material de aporte Electrodo revestido PROCESO ARCO ELÉCTRICO CON ALAMBRE TUBULAR FCAW Ventajas

Tasa de depósito es 4 veces mayor que SMAW

Difícil de soldar

no genera escoria Desventajas

el proceso FCAW es limitado de los metales ferrosos

el equipo de soldar es costoso

el alimentador de alambre debe estar cerca mesa de trabajo (manual de

soldexa oerlikon) Aplicación

El alambre EXATUB 71T-1 está diseñado para trabajos de soldaduras

en toda posición.

Para trabajos en aceros de bajo y de mediano carbono y aceros de baja

aleación.

En la fabricación y reparación de maquinarias de minería, tolvas, chutes,

molinos, tanques, carretas, lampones, cucharas de palas. (manual de

soldexa oerlikon). Propiedades Mecánicas del Metal Depositado

Tabla 10. Metal depositado de procesos FCAW

Tratamiento Térmico [Gas Protección]

Resistencia a la Tracción [MPa (psi)]

Límite de Fluencia [MPa (psi)]

Elongación en 2'' [%]

Energía Absorbida ISO-V [ °C (°F)] [J (Ft-Lbf)]

Sin Tratamiento térmico

[100%CO2]

572 (82 940)

503 (72 935)

27 [-18 °C (0 °F)] 126 (93)

Sin Tratamiento térmico [75% Ar/25% CO2]

600 (87 000)

531 (76 995)

298 [-18 °C (0 °F)] 120 (89)

Fuente: Manual de Soldexa

33

Conservación del producto Mantener seco y evitar humedad

Parámetros de soldeo recomendado

Tabla 11. Soldadura recomendable de proceso FCAW

Diámetro [mm] 1.20 1.60

Polaridad Corriente continua electrodo al positivo

Amperaje (A) 140 - 320 200 - 380

Voltajes (V) 22 - 33 25 - 36

Stick out (mm) 15 – 25

Flujo de Gas (l / min) 15 -25


Componentes del equipo máquina de soldar

fuente de gas protector

pistola

sistema de control salida de gas pieza de trabajo (manual de soldexa oerlikon)

Material de aporte

• Alambre tubular

PROCESO ARCO ELÉCTRICO CON ELECTRODO DE TUNGSTENO GTAW

Ventajas

soldadura libre de escorias.

tasa de depósito es menor que SMAW Difícil de soldar

Desventajas

El humo es dañino para la salud

Velocidad de avance es baja Requiere habilidades para soldar. (manual de soldexa oerlikon)

34

Aplicación En la fabricación de recipientes a presión, calderas y tuberías, sometido

a temperaturas de hasta 500 °C.

En la unión de planchas ASTM A240 o tuberías ASTM A335 - P1 y otros

aceros aleados al 0.5% Molibdeno empleados a temperaturas criticas de

servicio intermedio.

Trabajos en aceros Inox 201 y 304. (manual de soldexa oerlikon)

Propiedades Mecánicas del Metal Depositado Tabla 12. Metal depositado de procesos FCAW Tratamiento

Térmico

Resistencia a

la tracción MPa

(psi)

Límite de

fluencia

mínima

MPa (psi)

Elongación

en 2 pùlg. %

Energía

Absorbida 2''

ISO-V (-30°C)

[J]

Sin

tratamiento

térmico

500 - 640

78 300 - 92 800

> 420

60900

> 22

> 80


Conservación del producto Mantener en un lugar seco y evitar humedad.

No requiere almacenamiento bajo horno (manual de soldexa oerlikon)

35

Parámetros de soldeo recomendado Tabla 13. Soldadura recomendable de proceso GTAW Diámetro [mm (pulg.)] 3/32 1/8

Polaridad Corriente continua electrodo al negativo

Gas protector 100% Ar

Amperaje (A) 20 – 150 30 - 250

Voltaje (V) 9 - 15 10 - 20

Stick out (mm) - -

Flujo de Gas(l/min) 9 - 15 5 - 15

Fuente: Manual de soldexa

Componentes del equipo Máquina de soldar

Balón gas de protección

Válvula de gas

Soplete

Pieza de trabajo. (manual de soldexa oerlikon) Material de aporte

Tungsteno Varilla Inox 29/9

2.2.19. INSPECCION DE CALIDAD DE SOLDADURA POR SMAW

Plan de calidad El plan de calidad de soldadura en la ejecución de obras metalmecánicas,

montajes estructurales de acero, se deben realizar, con el cumplimiento de las

normas AWS D1.1, cumplir con los procedimientos establecidos los formatos

WPS, PQR. (Campos Torres)

Objetivos La tesis de investigación, es implementar el documento de formatos WPS, PQR

de acuerdo a las normas establecidas en la gestión de calidad, mejorar los

procedimientos de los ensayos no destructivos, en la empresa contratista debe

36

inspeccionar los aceros de ASTM A36, los materiales de aporte, equipos y

herramientas. (Campos Torres).

Los objetivos específicos son: Planificar los procesos de soldadura para control de calidad.

Implementar los registros de control de calidad WPS, PQR

Trabajar con la planificación en la fabricación y montajes de equipos y

estructuras de acero ASTM A36.

Implementar análisis de porosidades del cordón de soldadura en probetas

en laboratorio con ultrasonido industrial (Campos Torres)

2.2.20. Normas de seguridad Las conexiones eléctricas deben estar deben estar en buenas

condiciones.

Usar EPP de cuero obligatorio

Contar con vigía

Mantener aria libre de grasa materiales inflamables un diámetro de 11

metros

El piso de debe estar seco para trabajar.

Las colillas de electrodo juntar en un recipiente.

Verificar la máquina de soldar con detector portátil de voltaje.

Usar escobilla de acero y piqueta

Utilizar lentes para limpiar Cordón de soldadura la escoria. (manual de

soldadura Exa, pág. 89)

2.2.21. ACEROS El acero es una aleación de hierro y carbono, aptas para ser deformadas en y

caliente, el carbono es uno de los componentes básicos del acero, la soldabilidad

del acero va depender por el porcentaje de contenido de carbono, cuando el

acero va tener más carbono, es difícil de soldar. (manual de soldadura Exa)

Acero de acuerdo al promedio de carbono

Aceros de bajo carbono El acero de bajo carbono, tienen un porcentaje de carbono de 0.30%. se trabajan

en la fabricación de puertas ventanas, tanques para combustible, estructuras en

37

automóviles, letreros para publicidad, construcción de grifos. (Ricardo Andre

Ramos Llerena, 2013).

Aceros de medio carbono Los aceros de medio carbono, tienen contenido de carbono de 0,3 a 0,6%, se

trabajan en la fabricación de engranajes, cigüeñales, levas y ejes; equipos para remover tierra. (Ricardo Andre Ramos Llerena, 2013).

Aceros de alto carbono Los aceros de alto contenido de carbono tienen contenido de carbono 0,6 a 2%

se usan para la fabricación de muelles, rodillos de laminación, moldes (Ricardo Andre Ramos Llerena, 2013)

Aceros de herramientas Tiene el contenido de carbono de 0,90 y el 1,50%, se usan para fabricación de

alicates, tiene buena resistencia mecánica. Las características mecánicas que

interesan los siguientes. (manual de soldadura Exa)

Elasticidad

Tenacidad

Dureza resistencia al desgaste

Conservación de la característica en caliente

Templabilidad.

Aceros aleados Los aceros aleados Contienen elementos químicos, silicio, manganeso, azufre,

fósforo, fierro, con respecto a su composición pueden ser altas y bajas.

38

Tabla 14. Propiedades físicas de acero ASTM A36

Propiedades físicas

Densidad 7850 kg/mm3

Propiedades mecánicas

Esfuerzo máximo a la tracción 400 – 550 MPa

Esfuerzo de fluencia min 250 Mpa

Alargamiento en 200 mm min 20%

Alargamiento en 50 mm min 23%

Modulo elástico 200 GPa

Coeficiente de poisson 0,26

Fuente: Manual de Exa. Tabla 15. Composición química del acero ASTM A36 Elementos químicos Porcentaje máximo

Carbono 0,2

Magnesio No requerido

Fosforo Max 0,04

Azufre Max 0,05

Silicio 0,4

Cobre 0.2


Composición química del acero ASTM A 36 El acero de baja aleación ASTM A36, tiene 0.26% de carbono y se fabrican perfiles, planchas y barras. (Ricardo Andre Ramos Llerena, 2013).

39

Tabla 16. Composición química del ASTM A36 Producto perfil Plancha

Espesor mm todos Hasta

20

De 20 -

40

De

40 - 65

De

65 -

100

De 100

a mas

Carbón máx.

%

Magnesio %

Fosforo máx.

%

Azufre máx.

%

Silicio %

cubre % min

0,26

-

0,04

0,05

0.40

máx.

.0,2

0-,25

-

0,04

0,05

0.04

máx.

0,2

0 0.8-1.2

0.8-1.2

0,04

0,05

0.04

máx.

0,2

0,26

0.85-

1.2

0,04

0,05

0.15-

0.4

0,2

0,27

0.85-

0,04

0,05

0.15-

0.4

0,2

0,29

1.2,25

0,04

0,05

0.15-

0.4

0,2

Fuente: Ricardo Andre Ramos Llerena, 2013 Propiedades mecánicas Tabla 17. Propiedades mecánicas del acero ASTM A36 PLANCHA Y PERFILES Resistencia a la ksi [MPa]

58 - 80 [400 – 550

tracción, Resistencia a la atracción ksi [MPa] 36 [250]

Elongación en 8 pulgadas [ 200 mm] min, % 20

Elongación en 2 pulgadas [50 mm] min, % 23

Elongación en 8 pulgadas [200 mm] min 20

Elongación en 2 pulgadas [50 mm] min 21

Fuente: Ricardo Andre Ramos Llerena, 2013

40

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

41

3.1. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN Tipo de investigación

El presente trabajo de investigación es de tipo experimental, porque se realizan

ensayos no destructivos con ultrasonido no convencional, inspección de análisis de porosidades se registran datos y cálculos de soldadura.

Nivel de investigación.

La tesis de investigación reúne datos de investigación experimental por que

investiga análisis de porosidades en cordón de soldadura. Se realiza pruebas a las probetas en el laboratorio con ultrasonido convencional.

3.2. DESCRIPCIÓN Y ÁMBITO DE INVESTIGACIÓN Análisis de porosidad de soldadura tipo SMAW para aceros de baja aleación en

la industria metalmecánica, se realiza en la ciudad de Juliaca, departamento de puno, sobre 3825 m.s.n.m. a una temperatura de 15C°

3.3. POBLACIÓN Y MUESTRA Se realiza con ensayos no destructivos en laboratorio de la empresa NDT

Welding Service SAC, análisis de porosidad de cordón de soldadura en las 3

probetas se detecta discontinuidades en el interior del cordón de soldadura.

42

Tabla 18. Discontinuidad en las probetas.

Fuente: Laboratorio Ultrasonido Industrial NDT Welding Service.

3.4. TÉCNICA E INSTRUMENTACIÓN PARA RECOLECCIÓN DE DATOS Probeta 1 0.20 metros x 0.14 metros

Probeta 2 0.20 metros x 0.14 metros

Probeta 3 0.16 metros x 0.14 metros

Máquina de soldar

Electrodos E6011 y E7018

Horno para electrodos

Termómetro

Equipo ultrasonido convencional.

Elemento

Long.

mm

Espesor

de

acero

mm

Ubicación de

discontinuidad

mm

Longitud de

discontinuidad

mm

Profundidad

desde

Superficie

Probeta 1

200

9

(0-21)

(33-44)

(129-144)

(185-200)

(98-105)

21

11

15

15

7

9,5

8

7,96

8,28

8,58

Probeta

2

200

9

(19-27)

(41-50)

(64-68)

(79-105)

(181-200)

8

9

4

26

19

7,66

8,50

7,91

8,45

8,66

Probeta

3

160

9

-

-

-

43

3.5. VALIDEZ Y CONFIABILIDAD DE DATOS Los equipos que se utilizaron en la investigación de análisis de porosidades

como el equipo ultrasonido convencional, amperímetro, cronometro son de precisión.

44

CAPÍTULO IV

INGENIERÍA DEL PROYECTO

45

4.1. Calor neto Para determinar energía de soldeo siguiente ecuación.

𝑄𝑄𝑛𝑛= 𝑉𝑉 𝑋𝑋 𝐼𝐼𝑣𝑣

𝐹𝐹 (30)

Donde:

𝑄𝑄𝑛𝑛 = calor neto suministrado (j/mm)

V = voltaje (v)

I= intensidad de corriente (A)

V= velocidad de avance (mm/s)

F= eficiencia térmica del proceso de soldadura.

Para el calor neto de raíz de probeta 1 I = 95 Amperios

F = 0.75 eficiencia de electrodo

v= 1.8 mm/s

V= 25

𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑚𝑚 95 𝑚𝑚 0,751.8

= 989 J/mm



v= 1.9 mm/s

V= 25

𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑚𝑚120𝑚𝑚 0,751,9

= 1184 J/mm



v= 1.7 mm/s

V= 25

46

𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑚𝑚 97𝑚𝑚 0,751.7

=1069 J/mm

Para el calor neto de relleno de probeta 2 I = 125 Amperios


v= 2 mm/s

V= 25

𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑚𝑚 125𝑚𝑚 0,752

= 1171 J/mm



v= 1.8 mm/s

V= 25

𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑚𝑚 100 𝑚𝑚 0,751,8

= 1041 J/mm

Para el calor neto de relleno de probeta 3 I = 130 Amperios


v= 2.1 mm/s

V= 25

𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑋𝑋 130𝑚𝑚 0,752,1

= 1354 J/mm

4.2. ANCHO DE LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR El ancho de la zona afectada por el calor (ZAC) se calcula siguiente ecuación

Y=�� 1𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚−𝑇𝑇0

� − ( 1𝑇𝑇𝑇𝑇𝑢𝑢𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑛𝑛−𝑇𝑇𝑇𝑇

) � x� 𝐻𝐻𝑛𝑛𝐹𝐹𝑎𝑎𝑇𝑇4,13𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝐶𝐶𝑚𝑚𝑎𝑎

� (31)

47

Donde

Y = ancho de ZAC mm

𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = temperatura máxima en la zona adyacente al ZAC (c)

To= temperatura inicial de material (℃)

T fusión = temperatura de fusión (℃)

𝜌𝜌 = densidad de material (g/𝑚𝑚𝑚𝑚3)

C= Calor específico del acero: C = 0.134 cal/g. °C = 0.561 J/g. °C

T= espesor de material (pulg)

𝑄𝑄𝑛𝑛= calor neto (J/mm)

De hacer se tiene siguientes datos

T fusión = 1535°C

T ebullición: 2740°C

𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚= 725C°

To = 20°C

ρ = 7,85 g/𝑐𝑐𝑚𝑚3 = 0,00785 g/𝑚𝑚𝑚𝑚3

T = 3/8”

A partir de 850°C empiezan cambios micro estructurales de acero por otro lado, se halló el calor específico volumétrico de acero.

𝜌𝜌𝑐𝑐 =𝜌𝜌 x c 0,00785 x 0,561 = 0,0044 j/𝑚𝑚𝑚𝑚3 ℃

Calculo de ancho de ZAC para raíz de probeta 1

Qn=989 j/mm

To= 20C° Temperatura inicial

48

Tmax= 725°C

T = 1535°C temperatura de fusión del acero

T = 3/8” espesor del acero

ρ = = 0,00785 g/mm3 densidad de acero

C= Calor específico del acero= 0.561 J/g. °C

Calculo de ancho de ZAC para raíz de probeta 1 95 amperios

𝒚𝒚 = �� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

)�x� 𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗

� = 0.201 pulg.

Calculo de ancho de ZAC para relleno de probeta 1 120 amperios

Qn= 1184 j/mm

𝑇𝑇𝑂𝑂= 20C° Temperatura inicial

Tmax= 725C°

T = 1535°C temperatura de fusión del acero

T = 3/8 espesor del acero


C= Calor específico del acero= 0.561 J/g. °C

Y=�� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

)�x� 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟗𝟗𝟒𝟒𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗 𝒙𝒙𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗

� = 0.24 pulg.

Caculo de ancho de ZAC para raíz de probeta 2 97 amperios

Qn= 1069 j/mm

𝑇𝑇𝑂𝑂= 20C° Temperatura inicial

Tmax= 725C°

49

T = 1535 temperatura de fusión del acero


ρ = 0,00785 g/mm3 densidad de acero

C= Calor específico del acero: °C = 0.561 J/g. °C

𝒚𝒚 = �� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

)�x� 𝟏𝟏𝟐𝟐𝟓𝟓𝟗𝟗𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗 𝒙𝒙𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗

� = 0.24pulg


Qn = 1171 j/mm

To = 20C° Temperatura inicial

Tmax = 725C°





Y=�� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

)�x� 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗 𝒙𝒙𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗

� = 0.236 pulg

Calculo de ancho de ZAC para raíz de probeta 3 100 amperios

Qn= 1041 j/mm


Tmax= 725C°




50


𝒚𝒚 = �� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

)�x� 𝟏𝟏𝟐𝟐𝟒𝟒𝟏𝟏𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗 𝒙𝒙𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗

� = 0.209 pulg.


Qn= 1354 j/mm


Tmax= 725C°





Y=�� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐

)�x� 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟒𝟒𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗 𝒙𝒙𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗

� 0.244 pulg

4.3. Cálculo del tiempo de enfriamiento El t8/5 es el tiempo de enfriamiento de una curva en el intervalo entre 800º y

500ºC. Conociendo, además, que es justamente la velocidad en este rango de

temperaturas la que define la posibilidad de tener microestructuras martensíticas

o, en general, microestructuras frágiles en el acero a temperatura ambiente. La

secuencia de cálculo del t8/5 se establece a continuación:

Cálculo de espesor de plancha crítico

T0, consideramos temperatura inicial: 20°C (selva, clima tropical).

- Densidad (ρ), 7.85 g/cm3 y calor específico (c), 0.48 J/g°C.

- De donde: Tc = espesor de pared

51

Volumen de la soldadura

ST=(𝑇𝑇 − 𝑅𝑅𝐹𝐹)2 X tan (𝐴𝐴2

) + AR X T (33)

Donde:

ST=área de sección trasversal

A= Angulo surco de bisel

T = espesor

RF= ancho de soldadura

AR=cara de la soldadura

T =9 mm

60°

RF = 3mm

FR = 3 mm

Figura 21. Bisel en v

Fuente: Elaboración Propia.

Hallar sección transversal y volumen de soldadura para probeta 1

ST=(0.354 − 0.118)2 X tan (602

) + 0.118 X 0.354

ST=0.073 X 7.874

ST = 0.5748𝑃𝑃𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3

52


ST=(0.354 − 0.118)2 X tan (602

) + 0.118 X 0.354

ST=0.073 X 7.874

ST = 0.5748𝑃𝑃𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3


ST=(0.354 − 0.118)2 X tan (602

) + 0.118 X 0.354

ST=0.073 X 6.299

ST = 0.0498 𝑃𝑃𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3

4.4. CALCULAR RESISTENCIA DE SOLDADURA En la figura calcular carga P, se puede aplicar en soporte de la plancha, que

produzca cordón de soldadura de filete de esfuerzo máximo de 9600 psi

ACERO ASTM A 36 PL 1/2

ACERO ASTM A 36 PL 3/4

A = 8"

D =

10 "

3/8

B = 5"

20 "

P

Figura 22. Resistencia de la soldadura


W = 3/8

53

SW = 9600 PSI

Solución.

Centro de gravedad

𝑁𝑁𝑋𝑋 =∑𝑥𝑥𝑇𝑇 𝑦𝑦𝑇𝑇∑𝑥𝑥𝑇𝑇 (34)

𝑁𝑁𝑋𝑋 = 𝑚𝑚𝑎𝑎+𝑏𝑏𝑚𝑚𝑇𝑇𝑚𝑚+𝑏𝑏

= 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚+𝑏𝑏

(35)

𝑁𝑁𝑋𝑋= 8 𝑚𝑚 108+5

= 6.15pulg

𝑁𝑁𝑦𝑦 = a x 𝑚𝑚2 + b x 𝑏𝑏

2 (36)

𝑁𝑁𝑦𝑦= 4 pulg.

6.15"

3.85"

4"

centrodegravedad

Figura 23. Centro de gravedad. Fuente: Elaboración Propia.

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑋𝑋𝑚𝑚 = 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑋𝑋 + a (𝑚𝑚2) (37)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑋𝑋𝑚𝑚 = 0 +a (3.35)2

54

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑋𝑋𝑚𝑚 = 8 (3.85)2 = 118.58

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦𝑚𝑚 = 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦 + a (𝑏𝑏2)2 (38)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏= = ∫ 𝑥𝑥2 𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥2𝑥𝑥2

(39)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏= �𝑚𝑚3

3�

𝑥𝑥2−𝑥𝑥2

(40)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦 =(𝑥𝑥2)3

3 -

(−𝑥𝑥2)3

3 (41)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦 =𝑥𝑥3

831

+ 𝑥𝑥3

831

(42)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦 =𝑚𝑚3

24 + 𝑚𝑚

3

24 = 𝑚𝑚

3

12 (43)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑊𝑊𝑎𝑎 = 83

12 = 42.66pulg

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏 = 𝑀𝑀 + 𝑏𝑏(6.15)2

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏 = 𝑀𝑀 + 5 𝑥𝑥 (6.15)2 = 189.11

Calculando momento de inercia

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏= 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑋𝑋 +(12)2 (44)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏= = ∫ 𝑥𝑥2 𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥2𝑥𝑥2

(45)

55

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏= �𝑚𝑚3

3�

𝑏𝑏2

−𝑏𝑏2 (46)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦𝑏𝑏= = (𝑏𝑏2)3

3−

(−𝑏𝑏 2)3

3 = 𝑏𝑏

3

12 = 5

3

12 = 10.41

𝐽𝐽𝑊𝑊 = 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑚𝑚+ 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏 (47)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚= 118.5 + 189.1 = 307.6 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦= 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦𝑚𝑚+ 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦𝑏𝑏= (48)

𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦= 42.66 + 10.41 = 53.1 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3 Momento de inercia

𝐽𝐽𝑊𝑊 = 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦+𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚 (49)

𝐽𝐽𝑊𝑊 = 53.1 + 307.6 = 360.7 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3

𝑚𝑚 𝑏𝑏 𝑎𝑎2

𝑚𝑚+𝑏𝑏+ 𝑚𝑚3𝑏𝑏3

12 (50)

Corte directo 𝑓𝑓𝑤𝑤

𝑓𝑓𝑤𝑤 = 𝐹𝐹

13 = 0.076𝐹𝐹

Corte de torsión

Los puntos posibles críticos

𝑓𝑓"𝑊𝑊𝐻𝐻 1,2 = 𝑇𝑇 𝐶𝐶𝑉𝑉𝐽𝐽𝑊𝑊

(51)

𝑓𝑓"𝑊𝑊𝐻𝐻 1,2 = 20 𝐹𝐹 𝑋𝑋 3,85 360.7

= 0.213F

𝑓𝑓" 𝑊𝑊𝑉𝑉 1,2 = 𝑇𝑇 𝐶𝐶𝑉𝑉𝐽𝐽𝑊𝑊

(52)

56

𝑓𝑓"𝑊𝑊𝑉𝑉 1,2 20 𝐹𝐹 𝑋𝑋 4 360.7

= 0.221𝐹𝐹

𝑓𝑓𝑤𝑤 = �(𝑓𝑓"𝑊𝑊𝐻𝐻 )2 + (𝑓𝑓𝑓𝑓 + 𝑓𝑓"𝑊𝑊𝑉𝑉)2 (53)

𝑓𝑓𝑤𝑤 = �(0.213𝐹𝐹)2 + (0.076𝐹𝐹 + 0.221𝐹𝐹)2 = 0.365F

El punto más cargado es el 3

W = 𝑇𝑇𝑤𝑤𝑇𝑇𝑤𝑤

(54)

38

= 0.365F

9600

F=9863 lb.

4.5. Cálculo de longitud de soldadura Para suspender una carga, se suelda 2 orejas de acero la carga pesa 1100 lb f

está calculado para que soporte el peso de 8800 lb. Calcular longitud de soldadura de E6011

L200

180

400

F2 F1 5/8

77

Figura 24. Longitud de soladura


solución

Peso del aparejo Ge = 1100 lb f

Peso de carga = G = 8800 lb

57

Para calcular las fuerzas se tomas de las orejas de acero F1 Y F2

calculando con la oreja F2

Sumando los momentos

∑𝑀𝑀 200Ge + 380G – 400F1 = 0 (55)

𝐹𝐹1 =200𝑥𝑥1100 + 380𝑥𝑥8800

400

F1=8910

F1+F2 = Ge +G (56)

F1=1086

Electrodo E6011 SW = 9600 PSI

9600𝑥𝑥𝑏𝑏

𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃2

Esfuerzo de corte

𝐹𝐹𝑊𝑊 = 𝐹𝐹𝑊𝑊𝑆𝑆𝑊𝑊

(57)

𝑊𝑊 𝑥𝑥 𝐶𝐶𝑊𝑊 = 𝐹𝐹𝑊𝑊2𝑥𝑥1

(58)

𝐿𝐿1 = 𝐹𝐹12 𝑚𝑚 𝑊𝑊 𝑚𝑚𝑆𝑆𝑊𝑊

(59)

Calculando longitud de cordón de soldadura.

7mm =0.276 pulg.

𝐿𝐿1 =8910

2 𝑥𝑥 0.276𝑥𝑥9600 = 1.72 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃

58

CAPÍTULO V

ANÁLISIS DE RESULTADOS

59

5.1. DISEÑO DE LAS PROBETAS DE SOLDADURAS POR SMAW

El diseño de biselado de las probetas esta realizado de acuerdo a la norma AWS

D1.1 las especificaciones técnicas. De soldadura por SMAW.

Equipo

Máquina de soldar

Equipo ultrasonido convencional

Horno eléctrico

Esmeril angular

Goniómetro

Horno eléctrico

Flexómetro

Escuadra

Tizas

Figura 25. Máquina de soldar Miller de 200 amperios.


60

Figura 26. Datos de máquina de soldar


Materiales y equipo de protección personal Plancha de acero ASTM A 36

Electrodo E7018

Electrodo E6011

Careta facial

Guantes

Armado de la probeta Ubicación: ciudad de Juliaca

Temperatura ambiente: 15C°

Mes: abril

Nivel: 3825 msnm

Se traza las planchas 6 unidades y se corta con equipo oxiacetilénica, se bisela

las probetas de acuerdo a la norma AWS D1.1, El procedimiento de la junta

cumple con la especificación de procedimiento, Diseño y planos Se realiza dibujo de los planos de las probetas, las dimensiones ya mencionadas

en el diseño.

61

0.14 mt

0.2 mt 0.2 mt

0.009 mt

0.0090 mt

0.14 mt0.0030 mt0.0030 mt

60°

Figura 27. Detalles de planos de probetas


Figura 28. Medición del Angulo de bisel.


62

ESPECIFICACIONES DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA

(WPS) NOMBRE DE LA EMPRESA: TESIS POSICIÓN

POSICIÓN: PLANA PROCESO: SMAW TIPO: MANUAL CARACTERÍSTICAS

ELÉCTRICAS CORRIENTE: AC MAQUINA: DIGITAL

PROCEDIMIENTO SOLDADORA N°:01

DISEÑO DE UNIÓN VOLTAJE: 25 TIPO DE UNIÓN: A TOPE METAL BASE TIPO DE SOLDADURA: RANURA EN V RAÍZ: 1/8 ÁNGULO DE RANURA: 60° ESPECIFICACIONES DE

ACERO: ASTM A 36

LIMPIEZA DE RAÍZ: SI

ESMERIL Y CEPILLO ESPESOR: 9mm NUMERO DE SOLDADORES: 1

FUENTE DE RESPALDO: NA ESPECIFICACIONES AWS: D1.1

RAÍZ: E 6011 RELLENO: E 7018

DIÁMETRO DE ELECTRODO: 1/8

proceso metal aporte corriente (A) Velocidad de

avance mm/seg.

voltaje (v) raíz relleno Tipo de

polaridad Amperaje

(A)

1 SMAW E 6011 E 7018 DC 110 1.70 20 2 SMAW E 6011 E 7018 DC 112 1.75 20 3 SMAW E 6011 E 7018 DC 115 1.84 20

T =9 mm

60°

RF = 3mm

FR = 3 mm

63

5.2. SOLDEO DE LA PROBETA

Tabla 19. Medidas de probetas

Probeta (metros)

largo (metros)

Ancho (metros)

Espesor mm

Tipo de unión

1 0.20 0.14 9 V

2 0.20 0.14 9 V

3 0.16 0.17 9 V


La ejecución de pase de relleno Se revisó las uniones de los biseles de junta en V de las probetas.

Se regula amperaje

Se escoge material de aporte el electrodo 6011 60.000 lb/𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥2

La soldadura se realiza posición plana

Se realiza soldeo de la probeta se inclina el electrodo

Los empalmes de codón de relleno se realizan limpieza de cordón para

unir soldaduras

Figura 29. Horno para electrodos


64

En la figura 25 se muestra, precalentamiento de electrodo E 6011 Y E 7018 a

130C°

Figura 30. Medición de temperatura en horno


Medición de temperaturas de ambiente y electrodos

Tabla 20. Temperaturas

hora

E 6011 E7018

acero

ambiente

Metal Revestimiento Metal Revestimiento

8:00 12.2 11.8 12.2 12 11.4 11.8

10.00 11.8 12.2 12.4 12.6 12.6 13.4

12:00 120.4 121.2 121.2 120.7 122.1 18.4

2:00 15.4 16.4 14.4 14.6 16.6 18.5

4:00 17.6 18.4 18.6 18.6 17.6 17.4

Fuente. Elaboración Propia.

65

5.3. La ejecución de pase de acabado Se verifica la soldadura de pase de raíz junta en V de las probetas.

Se realiza limpieza de pase de raíz con esmeril disco de desbaste.

Se limpia con escobilla de acero los biseles.

Se regula amperaje de 120 a 130 amperios

Se escoge material de aporte el electrodo 7018 70.000 lb/𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥2

La soldadura se realiza posición plana

Se realiza soldeo de la probeta se inclina el electrodo

Los empalmes de codón de relleno se realizan limpieza de cordón para unir

soldaduras Cuando se termina de soldar el cordón de soldadura su totalidad se

espera para enfriar 20 minutos después se limpia sus escorias. La una

temperatura aproximada de 1530 una vez terminado se limpia con esmeril de

desbaste, las escorias, impurezas, después de suelda con el electrodo Para

probeta 3 se utiliza el precalentamiento de electrodo a 125C°

Figura 31. Bisel de probetas


En la figura 26 se muestra las probetas están biseladas a 60° para unión de soldadura en V.

PROBETA 1 Se realiza soldadura de probeta 1 a las 4:00 P.M. de la tarde

Temperatura ambiente: 17.4C°

Temperatura de electrodo E6011 alma: 17.6C°

Temperatura de electrodo E6011 revestimiento: 18.4C°

66


Temperatura de electrodo E7018 revestimiento: 18.6C°

Humedad relativa: 50%

Horno: No Tabla 21. Humedad relativa

Temperatura Humedad relativa 5 – 15°C <60%

15 – 25°C <50%

>25°C <40%

Fuente. Manual de soldexa.

Figura 32. Medición de temperatura ambiente


Figura 33. Relleno con E 7018 de probeta 1


67

PROBETA 2 Se realiza soldadura de probeta 1 a las 8:00 A.M.

Temperatura ambiente: 11.8°C


Temperatura de electrodo E6011 revestimiento: 11.8°C

Temperatura de electrodo E7018 alma: 12.2°C



Horno: No

Figura 34. Medición de temperatura


Figura 35. Relleno de probeta 2


68

PROBETA 3 Se realiza soldadura de probeta 3 a las 12:00 P.M.

Temperatura ambiente: 18.4°C






Horno: si

Figura 36. Medición de temperatura ambiente


Figura 37. Relleno con E 7018 de probeta 3


69

Tabla 22. Parámetros de las probetas según la norma D1.1


Parámetros del diseño de las juntas soldadas Voltaje

Amperaje

Velocidad de soldadura

Dureza del cordón de soldadura

Temperatura

Ancho de ZAC

Probetas Intensidad de

corriente (A)

Velocidad de

avance

mm/seg.

Calor neto

(j/mm)

Ancho de

ZAC mm

Raíz 95 1.6 989 5.1

Relleno 120

1.9 1184 6.1

raíz

97 1.7 1069 6.0

Relleno 125 2 1171 5.3

Raíz 100 1.8 1041 5.2

Relleno 130 2.1 1354 6.2

70

5.4. Análisis en laboratorio Fuente: tabla de discontinuidades de cordón de soldadura

Figura 38. Profundidad desde superficie discontinuidad de probeta 1


En la figura 38, de La probeta 1 se muestra las curvas de las discontinuidades

de porosidad desde la superficie de cordón soldadura. En esta probeta no se ha utilizado horno para electrodos.

Figura 39. Longitud de discontinuidad de la probeta 1


9.58 7.96 8.28 8.58

0

2

4

6

8

10

12

PROB 1

mm

PROFUNTIDAD DESDE SUPERFICIE

PROBETA 1

21

11

15 15

7

579

11131517192123

mm

LONGITUD DE DISCONTINUIDAD

PROBETA 1

71

En la figura 39, de La probeta 1 se muestra las curvas de ubicación de

discontinuidades en cordón de soladura. En esta probeta no se ha utilizado horno para precalentamiento para electrodo

Figura 40. Profundidad desde superficie de la probeta 2 Fuente: Elaboración Propia. En la figura 40, de La probeta se muestra las curvas de las discontinuidades de

porosidad desde la superficie de cordón soldadura. En esta probeta no se ha utilizado horno para electrodos.

Figura 41. Longitud de discontinuidad de la probeta 2


En la figura 41, de la probeta 2 se muestra las curvas de ubicación de

discontinuidades en cordón de soladura. En esta probeta no se ha utilizado horno para precalentamiento para electrodos.

7.66

8.5

7.91

8.458.66

77.27.47.67.8

88.28.48.68.8

mm

PROFUNTIDAD DESDE SUPERFICIE

PROBETA 2

8 94

26

19

-10

0

10

20

30

mm

LONGITUD DE DISCONTINUIDAD

PROBETA 2

72

PORCENTAJE DE POROSIDAD EN LAS PROBETAS

Regla de 3 simples

PROBETA 1

Porosidad en cordón de soldadura 69mm según

laboratorio de ultrasonido industrial.

200mm: longitud de cordón de soldadura de probeta

200 mm----------------100%

69 mm------------------x

Calcular x

𝑥𝑥 = 69𝑚𝑚100200

= 34.5% Porosidad

El resultado de porcentaje de porosidad

PROBETA 2

Porosidad en cordón de soldadura 66 mm según laboratorio de ultrasonido industrial.

200mm: longitud de cordón de soldadura de probeta.

200 mm----------------100%

66 mm------------------x

Calcular x

𝑥𝑥 = 66𝑚𝑚100200

= 33% Porosidad

PROBETA 3

Porosidad en cordón de soldadura 69mm según laboratorio de ultrasonido

industrial.

73

160mm: longitud de cordón de soldadura de probeta.

160 mm----------------100%

0 mm------------------x

Calcular x

𝑥𝑥 = 0𝑚𝑚100200

= 0% Porosidad.

ZONA AFECTADA POR EL CALOR

Tabla 23. Zona afectada por el calor

probetas calor neto j/mm ZAC mm

probeta 1 E 6011 899 5.1

probeta 1 E 7018 1189 6.1

probeta 2 E 6011 1069 6.0

probeta 2 E 7018 1171 5.3

probeta 3 E 6011 1041 5.2

probeta 3 E 7018 1354 6.2


Figura 42. Calor neto de cordón de soldadura


0200400600800

1000120014001600

P 1 RaizE6011

P1 cordonE7018

P2 raizE6011

p2 cordonE7018

P3 Raiz E6011

P3 cordonE7018

CALO

R N

ETO

J/m

m

raiz y relleno

calor neto J/mm

74

En la figura 42, se muestra calor neto de cordón de soldadura en la probeta 1

tiene 1184 j/mm y la probeta 3 tiene 1354 j/mm el cordón de soldadura se ha realiza buena fusión.

Figura 43. Zona afectada por el calor


En la figura 43, se muestra zona afectada por el calor ZAC la probeta 3 tiene 6mm de ancho la curva va subiendo a medida que se aumenta amperaje

Tabla 24. Depósito de electrodos de las probetas

probetas Volumen depositado cm 3

Probeta 1 0.954

Probeta 2 0.954

Probeta 3 0.763


01234567

P 1 RaizE6011

P1 cordonE7018

P2 raizE6011

p2 cordonE7018

P3 Raiz E6011

P3 cordonE7018

mm

ZONA AFECTADA POR EL CALOR

ZAC

75

Figura 44. Volumen de la soldadura de las probetas.

Fuente: Elaboración Propia. En la figura 44, se muestra el volumen de cordón de soldadura la probeta 3

tiene 0.763 𝑐𝑐𝑚𝑚3 menos depósito de volumen que las otras 2 probeta tiene resistencia mecánica.

PRUEBA DE REDUCCION DE HUMEDAD DE ELECTRODO E6011 Y E7018

%𝐻𝐻𝑏𝑏𝑛𝑛 = 𝑀𝑀ℎ−𝑀𝑀𝑇𝑇𝑀𝑀𝑇𝑇

𝑥𝑥100% (60)

%Hbs: Humedad de cada electrodo (%)

Mh: masa del electrodo húmedo (g) Ms: masa del electrodo seco (g)

EQUIPO Y INSTRUMENTOS

Horno para electrodos

Pirómetro infrarrojo para temperatura

Balanza digital Alicate

Con la fórmula de porcentajes de humedad de electrodos se ha calculado

porcentaje de humedad que absorben los electrodos. Sumergido en agua de

electrodo 6011.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

probeta 1 probeta2 probeta 3

volumen depositado cm 3

76

Tabla 25. Electrodo sumergido en agua de E6011

TIEMPO

MINUTOS

Humedad

%

Humedad

recomendada

Peso de electrodo

gramos 6011

5 12.91 0.5 29.98

10 12.95 0.5 29.99

15 13.44 0.5 30.12

20 13.74 0.5 30.20


Figura 45. Curva de humedad versus tiempo


En la figura 45 muestra, electrodo E6011 permanece en un recipiente

en agua durante 20 minutos el porcentaje de humedad aumenta a

13.7% y el peso de electrodo aumenta 30.20g, valor que no se

asemeja a la norma D1.1.

%𝐻𝐻𝑏𝑏𝑛𝑛 = 27.14−26.5526.55

𝑥𝑥100% = 2.22%

12.91 12.95

13.44

13.74

12.812.9

1313.113.213.313.413.513.613.713.8

0 5 10 15 20 25

HUM

EDAD

%

TIEMPO

HUMEDAD VS TIEMPO

Humedad %

77

Tabla 26. Resecado de electrodo 6011

tiempo

minutos

Temperatura

(C°)

humedad

(%)

Humedad

recomendad

(%)

Peso de

electrodo

gramos

0 17 2.22 0.5 27.14

10 30 2.07 0.5 27.10

20 40 1.97 0.5 27.07

30 55 1.61 0.5 26.98

40 70 1.35 0.5 26.91

50 95 1.0.1 0.5 26.82

60 126 0.82 0.5 26.77

70 133 0.48 0.5 26.68

80 140 0.30 0.5 26.63

90 145 0.22 0.5 26.61

100 156 0.15 0.5 26.59

120 168 0.07 0.5 26.57

130 174 0.00 0.5 26.55


78

Figura 46. Curva de humedad versus temperatura de E 6011.


En la figura 46 se muestra los resultados de prueba obtenida de resecado de

electrodo de E6011 cuando la temperatura aumenta 130Cº el porcentaje de

humedad del electrodo disminuye a 0.00%, , con una temperatura de 133Cº llega 0.48% de humedad, valor que se asemeja a las normas tecnicas.

Figura 47. Pesaje de electrodos en balanza digital


2.222.07

1.97

1.61

1.35

1.010.82

0.480.30.22 0.15 0.070

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.50.5 0.5 0.50.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

HUM

EDAD

%

TEMPERATURA C°

HUMEDAD VS TEMPERATURA DE ELECTRODO E6011

humedad deelectrodo

79

ELECRODO E 7018 SUMERGIDO A AGUA

El electrodo se sumergió en agua durante 20 minutos.

Tabla 27. Electrodo sumergido en agua

TIEMPO

MINUTOS

Humedad

%

Humedad

recomendada

Peso de electrodo

gramos 7018

5 7.48 0.5 38.20

10 7.85 0.5 38.33

15 8.04 0.5 38.40

20 8.77 0.5 38.66


Figura 48. Curva de humedad versus tiempo E7018


En la figura 48, la curva se muestra el electrodo permanece 20 minutos en un

recipiente de agua la humedad aumenta 8.77% que no es recomendable para cordón de soldadura.

7.48

7.85

8.04

8.77

7.4

7.6

7.8

8

8.2

8.4

8.6

8.8

9

0 5 10 15 20 25

HU

MED

AD %

TIEMPO T

HUMEDAD VS TIEMPO

Humedad %

80

PRUEBA DE REDUCCION DE HUMEDAD DE ELECTRODO E7018

Tabla 28. Electrodo resecado E7018

tiempo

minutos

Temperatura

(C°)

humedad

(%)

Humedad

recomendad

(%)

Peso de

electrodo

gramos

0 17 1.23 0.5 35.98

10 30 1.01 0.5 35.90

20 40 0.92 0.5 35.87

30 55 0.78 0.5 35.82

40 70 0.73 0.5 35.80

50 95 0.67 0.5 35.78

60 126 0.59 0.5 35.75

70 133 0.50 0.5 35.72

80 140 0.42 0.5 35.69

90 145 0.33 0.5 35.66

100 156 0.28 0.5 35.64

120 168 0.19 0.5 35.61

130 174 0 0.5 35.54


Figura 49. Electrodo sumergido en agua


81

Figura 50. Humedad versus temperatura


En la figura 50, se muestra conforme aumenta la temperatura 174Cº la humedad

del electrodo reduce a 0.00% que es óptimo para trabajos en cordón de

soldadura, en 70 minutos llega a una temperatura de 133Cº y la humedad reduce

0.50%. el valor que se asemeja a la norma.

ANÁLISIS DE RESULTADOS DE PRUEBAS EN LAS PROBETAS CON ULTRASONIDO INDUSTRIAL.

Según análisis de porosidad de cordón de soldadura en laboratorio en con

ultrasonido industrial se obtiene los porcentajes de porosidades se recomienda

reducir porosidades, soldar en un área adecuada de ambiente en el sol, usar

horno para reducir humedad del electrodo, el acero ASTM A36 debe ser libre de

grasa, polvo, viento, se recomienda a las empresas realizar bisel de acuerdo a normas AWS D1.1.

Probeta 1 se obtiene 34.5% de porosidad se suelda 4:00PM a una

temperatura de 17.4°C no se utiliza horno para electrodos para reducir

humedad.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

HU

MED

AD %

TEMPERATURA C°

HUMEDAD VS TEMPERATURA DE ELECTRODO E7018

humedadrecomendada

82

Probeta 2 se obtiene 33. % de porosidad se suelda 8:00AM a una

temperatura de 11.8°C no se utiliza horno para electrodos para reducir

humedad.

Probeta 3 se obtiene 0% de porosidad se suelta 12 PM a una temperatura de 18.4°C se utiliza horno para reducir humedad.

La probeta 3 no tiene porosidades en lo cual tiene resistencia mecánica, resistencia a la tracción, calidad de cordón de soldadura.

Consideración de que la humedad relativa en Puno oscila alrededor del 55% en

el verano y entre el 36% y 40% en el invierno según la dirección de Hidrografía

y navegación servicio de hidrografía Puno una vez realizadas los ensayos con

los diferentes tipos de electrodos se pudo determinar que se tiene una tendencia a acertar los tiempos y las temperaturas

Ambiente

Lugares adecuados libre de flujo de viento, polvo, pinturas, grasas.

Personal

El soldador deber ser homologado mínimo 3G, tener capacitación actualizada de procesos de soldadura por SMAW.

Equipo de protección personal

El soldador debe usar pantalón de cuero, casaca de cuero, escapin, zapato punta de acero, tapón de oído, guantes de cuero. Usar extintor contar con vigía.

Máquina de soldar

La máquina de soldar debe ser de marca Miller, Soldexa, Esab.

Parámetros de soldadura

Amperaje adecuado para fundir el acero.

Velocidad de avance 2 mm/seg.

Electrodo de acuerdo al tipo de aleación del acero ASTM A36.

83

Instrumento y herramientas

Escobilla de acero

Piqueta

Cincel

Termómetro

Ultrasonido industrial.

Multímetro

Flexómetro.

84

85

86

87

88

CONCLUSIONES Para reducir porosidades se hizo el análisis de cordón de soldadura probetas en

laboratorio con equipo ultrasonido industrial por la empresa NDT Wilding Service,

de los cuales obtenemos resultados en la probeta (1) 34.5% de porosidad, en la

probeta (2) 33% de porosidad y en la probeta (3) 0% de porosidad en la probeta

3 se suelda, 12:00 del mediodía y se usa horno para reducir humedad del

electrodo.

La preparación incorrecta las uniones de biseles para soldar presentan

porosidades. Lo cual se mejora preparando las probetas de bisel a 60°

separación de junta a 3mm de acuerdo a las normas de AWS D1.1 se suelda

raíz, y relleno, se mejora calidad de cordón de soldadura. Trabajar en lugares

adecuados libre de partículas de polvo, óxidos metálicos, pinturas grasas, flujo

de viento.

Con el empleo de voltaje 25 voltios y 130 amperios se utiliza horno para

precalentamiento de electrodos a una temperatura de 125°C, se reduce

porosidad de la probeta 3 0% de porosidad de acuerdo a los resultados de

laboratorio de ultrasonido industrial.

La selección del tipo de electrodos a usar según la aleación del acero ASTM A36

a material a soldar. Entonces se mejora calidad de soldadura en la probeta 3 0%

de porosidad lo cual tiene resistencia mecánica, resistencia a la tracción como

se muestra en los resultados de ultrasonido industrial, la raíz se suelda con

E6011 tiene resistencia a la tracción 60.000 𝑥𝑥𝑏𝑏 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃2� y relleno se suelta con

E7018 tiene resistencia a la atracción 70.000 𝑥𝑥𝑏𝑏 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃2� .

Se realiza resecado de electrodo de E7018 durante 130 minutos llega a una

temperatura de 174Cº la humedad reduce 0%, se recomienda trabajar resecado

de electrodo a una temperatura de 130Cº, de los ensayos realizados de

resecados de electrodos de e 6011 y 7018 se ve los resultados a medida que

aumenta temperatura en el horno va secando electrodo norma AWS 5.1-81 para

reducir porosidades en cordón de soldadura.

89

RECOMENDACIONES El ensayo de ultrasonido industrial debe ser realizado por personal calificado, y

que tenga conocimientos en normas AWS d1.1 ya que es un ensayo que requiere

de experiencia para las probetas.

Las uniones en V deben biselar a 60° y unión de separación de 3mm altura de

garganta a 3mm. Según la norma AWS D1.1

Regular amperaje a 130°C el avance a una velocidad de 2 mm/seg, voltaje a 25V

Antes de iniciar trabajo en taller de soldadura, retire todo el material combustible

o inflamable que puedan ocasionar accidentes.

En la industria metalmecánica debe contar con vigía de fuego y debe estar capacitado y entrenado.

El objetivo de la presente tesis es implementar un documento de procedimiento

de trabajo como PQR, WPS, WPQ. Para industria metalmecánica de la ciudad

de Juliaca. Para ejecución proyectos de calidad con cumplimiento de las normas establecidas en el acero.

90

BIBLIOGRAFÍA Manual de soldadura y catálogo de productos OERLICON 7 edición soldexa.

Manual de soldadura exa. Conceptos generales de soldadura y procesos, parte 1.

Lejeune Road código de soldadura en estructura AWS D1.1/D1.1M 2010 edición 22.

CENSICO soldador de estructuras metálicas gerencia de formación profesional lima 2003

Luis Franklin Campos Torres, control de calidad en los procesos de soldadura

FCAW – SMAW Arequipa 2014.

Ricardo André Ramos Llerena. Estudio de la soldabilidad de la unión disimilar

de un cobre con 5 % de Zn con acero estructural ASTM A36 diciembre 2013.

Aníbal Martin Pintado Pizarro, Determinación de efecto de la soldadura en el

comportamiento mecánica en las estructuras metálicas por medio de método de

elementos finitos. Cuenca 2018.

Brenda Yuvisela Yubyang Morales castro reducción de porosidad en moldes de

acero h13 después de recuperación por soldadura GTAW, Saltillo, Coahuila,

México diciembre de 2017.

Daniel Ly Medina inspección de las uniones soldadas de juntas a tope de

penetración completa con diseño de junta en simple “v” para un rango de

espesores de 8 a 25 mm mediante el método de ensayo de ultrasonido y la

técnica de arreglo de fases (phased array) lima junio 2015.

YOVANA CHAUPI QUISPE, ALEX ANDY YUCRA HUAMANI, Soldabilidad de acero

ASTM A50 con el acero ASTM A36 por el proceso SMAW de alargue de chasis para

el ensamblaje de carrocerías de buses, cusco 2019.

91

ANEXOS Tabla: relación de propiedades físicas de varios metales

propiedades Materiales

Acero al

carbono

cobre aluminio Acero

inox

70Ni-

16Cr8Fe

76Ni-

16Cr8Fe

Coeficiente

expansión

térmica

1.0 1.5 2.1 1.4 1.2 1.0

Conductividad

térmica 1.0 5.9 3.1 0.7 0.4 0.2

Capacidad

calorífica 1.0 0.8 1.9 1.0 1.1 0.9

densidad 1.0 1.1 0.3 1.0 1.1 1.1 Temperatura

de fusión 1.0 0.7 0.4 0.9

0.9 0.9

Fuente. Renzo André Luna Tejada.

Tabla tipos de soldadura

Fuente. Manual de Soldexa Oerlikon.

92

Tabla. Sistema de conversiones

Fuente. Manual de Soldexa Oerlikon.

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