SUBSECRETARIA DE EDUCACION MEDIA SUPERIOR
DIRECCION GENERAL DE CENTROS DE FORMACION PARA EL TRABAJOCURSO:
SOLDADURA POR ARCO METALICO CON PROTECCION DE GAS
GMAW
DURACIN:
40 HORAS
INSTRUCTOR:GABRIEL MNDEZ CRUZ
Junio del 2014Indice General
Objetivo General 3
Fundamentos del Proceso.
4Mecanismos de Transferencia de Metal.
6Extensin del Electrodo. 8
Gases Protectores. 9
Discontinuidad y defectos de una de soldadura. 10
Preparacin de las Juntas. 11
Aplicacin de Soldadura. 12
Bibliografa. 13
OBJETIVO GENERAL
Al trmino del presente curso-taller, el participante aplicar soldadura por el proceso GMAW (Gas Metal Arc Welding) en placa de acero al carbn A 36, de 3/8 de espesor, en posiciones 1G, 2G, y 3G, (plana, horizontal y vertical) ranura biselada y unin en T (soldadura de filete), bajo especificaciones del cdigo ANSI/AWS D 1.1 2004. Utilizar las medidas de seguridad e higiene industrial tanto en la utilizacin de los equipos de oxicorte, esmeriles, mquinas soldadoras, as como en la aplicacin de cordones de soldadura y la inspeccin de las mismas.
FUNDAMENTOS DEL PROCESO.PRINCIPIOS DE OPERACIN.El proceso GMAW se basa en la alimentacin automtica de un electrodo continuo consumible que se protege mediante un gas de procedencia externa. El proceso se ilustra en la figura 1. Una vez que el operador ha hecho los ajustes iniciales, el equipo puede regular automticamente las caractersticas elctricas del arco. Por todo esto, en efecto, los nicos controles manuales que el soldador requiere para la operacin semiautomtica son los de velocidad y direccin del desplazamiento, as como tambin el posicionamiento de la pistola. Cuando se cuenta con equipo y los ajustes apropiados, la longitud del arco y la corriente (es decir, la velocidad y la alimentacin del alambre) se mantienen automticamente.
El equipo necesario para GMAW se muestra en la figura 2. Los componentes bsicos del equipo son la unidad de pistola soldadora y cables, la unidad de alimentacin del electrodo, la fuente de potencia y la fuente de gas protector.
La pistola gua el electrodo consumible y conduce la corriente elctrica y el gras protector al trabajo, de modo que proporciona la energa para establecer y mantener el arco y fundir el electrodo, adems de la proteccin necesaria contra la atmosfera del entorno. Se emplean dos combinaciones de la unidad de alimentacin de electrodo y la fuente de potencia par lograr la autorregulacin de la longitud de arco que se desea. Generalmente, esta regulacin se efecta con la fuente de potencia de voltaje (potencial) constante (que por lo regular tiene una curva volt-ampere prcticamente plana) en conjuncin con la unidad de alimentacin de electrodo de velocidad constante. Como alternativa, una fuente de potencia de corriente constante proporciona una curva volt-ampere de cada, y la unidad de alimentacin del electrodo se controla por medio del voltaje del arco.
Con la combinacin de potencial constante/alimentacin de alambre constante, los cambios en la posicin del soplete originan un cambio en la corriente de soldadura que coincide exactamente con el cambio en la extensin (protrusin) del electrodo, de modo que la longitud del arco no se modifica. Por ejemplo, si se aumenta la extensin del electrodo al retirar el soplete, la salida de corriente de la fuente de potencia se reduce, con lo que se mantiene el mismo calentamiento por la resistencia del electrodo.
En el sistema alternativo, la autorregulacin se efecta cuando las fluctuaciones del voltaje de arco reajustan los circuitos de control del alimentador, los cuales modifican de manera apropiada la velocidad de alimentacin del alambre. En algunos casos (cuando se suelda aluminio), puede ser preferible apartarse de estas combinaciones estndar y acoplar una fuente de potencia de corriente constante con la unidad de alimentacin del electrodo de velocidad constante. Esta combinacin no tiene mucha capacidad de autorregulacin, y por lo tanto requiere operadores ms hbiles en operaciones de soldadura semiautomtica. Pese a ello, algunos usuarios opinan que esta combinacin ofrece un grado de control sobre la energa del arco (corriente) que puede ser importante para resolver el problema que implica a la elevada conductividad trmica de los metales base del aluminio.
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DEL METAL
La mejor forma de describir las caractersticas del proceso GMAW es en trminos de los tres mecanismos bsicos empleados para transferir metal del electrodo al trabajo:
(1).- Transferencia en cortocircuito.
(2).- Transferencia globular.
(3).- Transferencia por aspersin.
VELOCIDAD DEL RECORRIDO.La velocidad de recorrido o desplazamiento es la tasa de movimiento lineal del arco a lo largo de la unin que se va a soldar. Si todas las dems condiciones se mantienen constantes, la penetracin de la soldadura es mxima a una velocidad de recorrido intermedia.
Cuando se reduce la velocidad de recorrido, se incrementa la deposicin del metal de aporte por unidad de longitud. A velocidades muy bajas, el arco acta sobre el charco de soldadura, no sobre el metal base, con lo que se reduce la penetracin efectiva. Otra consecuencia es una franja de soldadura ancha.
Al incrementarse la velocidad de recorrido, en un principio se incrementa tambin la cantidad de energa trmica que se transmite del arco al metal base, por que el arco acta de manera mas directa sobre el metal base, si continua el aumento en la velocidad de recorrido, se impartir al metal base menos energa trmica por unidad de longitud de la soldadura. Por lo tanto, al incrementarse la velocidad de recorrido, la fusin del metal base primero aumenta y luego disminuye. Si se aumenta todava mas la velocidad de recorrido, aparecer la tendencia al socavamiento a lo largo de los bordes de la franja de soldadura, porque no se depositara suficiente metal de aporte para rellenar el trayecto fundido por el arco.La orientacin del electrodo y su efecto sobre la anchura y la penetracin de la soldadura se ilustran en la figura 3.
EXTENSIN DEL ELECTRODO.La extensin del electrodo es la distancia entre el extremo del tubo de contacto y la punta del electrodo, como puede verse en la figura 4. Un aumento en la extensin del electrodo produce un aumento en su resistencia elctrica. El calentamiento por resistencia, a su vez, hace que se eleve la temperatura del electrodo, lo que aumenta ligeramente la tasa de fusin del electrodo. La mayor resistencia elctrica hace que aumente la cada de voltaje entre el tubo de contacto y el trabajo, cosa que es detectada por la fuente de potencia, la cual compensa este aumento reduciendo la corriente. Esto de inmediato reduce la tasa de fusin del electrodo y permite que se acorte la longitud fsica del arco. En consecuencia, a menos que haya un incremento de voltaje en la maquina soldadora, el metal de aporte se depositara en una franja de soldadura angosta y de corona alta.
La extensin de electrodo deseable generalmente esta entre 6 y 13 mm... (1/4 y 1/2 pulg.) Para la transferencia en cortocircuito y entre 13 y 25 mm. (1/2 y 1 pulg.) para los dems tipos de transferencia de metal.
GASES PROTECTORES
LA FUNCIN PRIMARIA del gas protector, es impedir que la atmsfera entre en contacto con el metal de soldadura fundido. Esto es necesario porque la mayor parte de los metales, al calentarse hasta su punto de fusin en aire, presentan una marcada tendencia a formar xidos y, en menor grado, nitruros. Adems, el oxgeno reacciona con el carbono del acero fundido para formar monxido y dixido de carbono. Estos diversos productos de reaccin pueden causar deficiencias de la soldadura, como escoria atrapada, porosidad y prdida de ductilidad del metal de soldadura. Los productos de reaccin mencionados se forman con facilidad en la atmsfera si no se toman precauciones para excluir el oxgeno y el nitrgeno.
Adems de proporcionar un entorno protector, el gas protector y la tasa de flujo tienen un efecto importante sobre lo siguiente:
(1) Caractersticas del arco.
(2) Modalidad de transferencia del metal.
(3) Penetracin y perfil de la franja de soldadura.
(4) Velocidad de soldadura.
(5) Tendencia al socavamiento.
(6) Accin limpiadora.
(7) Propiedades mecnicas del metal de soldadura.
LOS GASES PROTECTORES INERTES:
ARGN Y HELIO
El argn y el helio son gases inertes. Estos dos y sus mezclas, se emplean para soldar metales no ferrosos y aceros inoxidables al carbono y de baja aleacin. Las diferencias entre el argn y el helio son la densidad, la conductividad trmica y las caractersticas del arco.
El argn es aproximadamente 1.4 veces ms denso que el aire, en tanto que la densidad del helio es de alrededor de 0.14 veces la del aire. El argn, al ser ms pesado es ms efectivo para proteger y cubrir el rea de soldadura en posicin plana. El helio requiere tasas de flujo unas dos o tres veces mayores que las usadas con argn para proporcionar una proteccin equivalente.El helio tiene mayor conductividad trmica que el argn y produce un plasma de arco en el cual la energa del arco est distribuida de manera de manera ms uniforme. El plasma de arco del argn, en cambio, se caracteriza por un ncleo de alta energa y una zona exterior de menor energa. Esta diferencia afecta sobremanera el perfil de la franja de soldadura. Un arco protegido con helio, produce una franja profunda, ancha, parablica. Un arco protegido con argn, produce un perfil de franja caracterizado por una penetracin tipo dedo. En la figura 5 se muestran los perfiles de franja tpicos para argn, helio, mezclas argn-helio y dixido de carbono.La proteccin con argn puro, se usa en muchas aplicaciones de soldadura de materiales no ferrosos. El empleo de helio puro generalmente est restringido a reas ms especializadas, porque un arco en helio tiene estabilidad limitada, pese a ello, las caractersticas de perfil de franja de soldadura deseable (profundo, ancho y parablico) que se obtienen con este arco de helio, muchas veces son el objetivo al usar mezclas de argn-helio como gas protector. El resultado que se ilustra en la figura 5, es un mejor perfil de franja aunado a la caracterstica de transferencia de metal por aspersin axial deseable del argn.
En la transferencia en corto circuito, se usan mezclas argn-helio con entre 60 y 90% de helio a fin de obtener un mayor aporte de calor al metal base y mejorar las caractersticas de fusin.
DISCONTINUIDADES Y DEFECTOS DE UNA SOLDADURA
Al aplicar un cordn de soldadura y no emplear un buen mtodo de limpieza, as como el no tener buena habilidad manual, generalmente resulta una soldadura con imperfecciones que por su tamao, localizacin, naturaleza y distribucin pueden representar un riesgo muy grande para las estructuras que las contiene.
Una discontinuidad de soldadura puede ser relevante o no relevante, dependiendo de las caractersticas mencionadas, una discontinuidad relevante es una imperfeccin que por consecuencia legal de la aplicacin de una norma, es rechazada y se convierte en un defecto. Una discontinuidad no relevante es una imperfeccin dentro de los lmites de aceptacin de una norma
Es comn que la gente utilice los trminos discontinuidad y defecto al referirse a las imperfecciones mostradas en una soldadura, un defecto siempre es una discontinuidad, pero una discontinuidad no siempre es un defecto, una discontinuidad es una interrupcin de la estructura tpica de un material, o sea una falta de homogeneidad metalrgica, mecnica o fsica, un defecto es una o varias discontinuidades que por su tamao y naturaleza no es aceptable por los criterios de aceptacin de una norma aplicable y puede resultar en una falla. Las discontinuidades y defectos pueden presentarse tanto en una soldadura como en el metal base, las discontinuidades ms comunes de una soldadura son:
Porosidad (Porosity)
Inclusin de escoria (slag inclusion)
Fusin incompleta (incomplete fusion)
Penetracin incompleta (incomplete penetration)
Socavacin (undercut)
Llenado incompleto (underfill)
Cordn traslapado (overlap)
Desgarre laminar (lamellar tear)
Grietas (cracks)
Adems de las imperfecciones del metal base y de aporte descritas anteriormente, existen otras condiciones y discontinuidades relacionadas con las propiedades, estructura y apariencia que afectan adversamente a las juntas soldadas. A continuacin se enlistan los ms generales.
Golpe de arco (arc strike)
Salpicaduras o chisporroteo (spatter)
Laminacin (lamination)
Delaminacin (delamination)
Para la aplicacin de soldadura por proceso Soldadura por Arco Metlico y proteccin de Gas (GMAW), solo referiremos los sealados en esta pgina.
PREPARACIN DE LAS JUNTAS
La preparacin de las juntas se har de acuerdo al WPS B2.1.001-90 de la AWS, utilizando acero al carbn baja aleacin A-36 de 10mm. (3/8) de espesor, para formar elementos de 3 de ancho, por 8 de largo, con un corte de bisel de 22.5 a lo largo de 8 y los dems cortes debern ser rectos a 90.
Se formarn juntas a tope por el lado del corte biselado con una separacin de 1/8 mnimo, y una de tolerancia de 1/8 mximo, para que un vez hecha la probeta tenga una medida de 3/8 de espesor, por 6 1/8 de ancho, 8 de largo y un ngulo de ranura de 45, se le colocarn dos puentes de refuerzo por la parte trasera de la probeta, de a 3/8 de espesor por 2 de ancho, mismos que sern removidos una vez terminada la aplicacin de la soldadura y esmerilados los residuos de soldadura dejados por estos refuerzos.
Para la elaboracin de estas probetas se puede tomar el dibujo y plano de soldadura mostrado abajo.
APLICACIN DE SOLDADURA
La aplicacin de cordones de soldadura por el proceso de Arco Metlico con Proteccin de Gas en las placas de entrenamiento, ser igual al estipulado en el requerimiento de Especificacin del Procedimiento de Soldadura (WPS) emitido por la Sociedad Americana de Soldadura (AWS) utilizando para ello alambre electrodo clasificacin E- 70S-3 de 0.035 de dimetro, con el tipo de corriente y polaridad as como el rango de corriente estipulados en el anterior WPS.
PARAMETROS DE SOLDADURA
METAL DE APORTE CORRIENTE VOLTAJE
SOLDADURA Clasificacin Di. (pulg.) Tipo y polaridad Ranura y filete
Punteo 0.385 CDEP 18-20Raz E-70S-3 0.035 CDEP 18-20Relleno 0.035 CDEP 18-22
Pudiera utilizarse tambin alambre electrodo E-70S-6 si as se desea, utilizando los mismos parmetros arriba mencionados.
BIBLIOGRAFIA
GARCIA Garca Hctor. INSPECCION DE SOLDADURA. Mxico, 2002
AMERICAN Welding Society. MANUAL DE SOLDADURA (8. Edicin). PRENTICE HALL HISPANOAMERICANA. Mxico, 1996
EMBED PBrush
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