Transcript Metalurgia de la soldadura

METALURGIA DE LA SOLDADURA
Propiedades de los metales de
importancia para el soldador
Propiedades físicas
Resistencia
Resistencia, o resistencia mecánica, es la capacidad de un metal
para oponerse a su destrucción bajo la acción de cargas
externas. El valor de la resistencia indica la fuerza que se
requiere para vencer los ligamentos que mantienen unidas las
moléculas que forman las estructuras de los cristales. Las fuerzas
externas que se pueden presentar en los metales son las de
compresión, tensión, torsión, corte o cizalleo y flexión.
Elasticidad
Es la capacidad de un metal de volver a su forma original cuando
se suprime la fuerza que lo estira, tuerce o aplaste.
Ductilidad
Un material dúctil es aquel que puede
permanentemente sin romperse o sin fallar.
deformarse
Fragilidad
La fragilidad es la propiedad contraria a la ductilidad. Los
materiales frágiles son substancias que fallan sin deformación
permanente apreciable. Una substancia frágil tiene también baja
resistencia al choque o al impacto, o sea, a la aplicación rápida de
fuerzas. Un ejemplo de metal frágil es la fundición blanca
ordinaria de hierro.
Tenacidad
Es la propiedad de un metal que le permite soportar esfuerzo
considerable, aplicado lenta o súbitamente, en forma
continuada o intermitente, y deformarse antes de fallar. La
prueba que se usa con más frecuencia para determinar la
tenacidad de los metales es la prueba de impacto.
Dureza
La dureza es una propiedad con la que debe estar
perfectamente familiarizado el soldador. El calor de la soldadura
puede cambiar la dureza de los metales que se estén soldando, o
el resultado final puede ser una diferencia en dureza entre el
metal de soldadura depositado y el metal base. La dureza es la
capacidad que tiene un metal para resistir la indentación o la
penetración.
Propiedades químicas
De las muchas propiedades químicas de un metal, la de
importancia para el soldador es la capacidad de metal para
resistir la corrosión.
Corrosión
Es la pérdida paulatina de los metales por combinación lenta y
gradual con otros elementos y compuestos químicos. La
resistencia a la corrosión es la capacidad de un metal para
resistir tal ataque. El ataque químico puede ser producido por un
gas o un líquido, ya sea en caliente o en frio. Un gas común, o
una combinación d gases, como el aire, o un líquido común,
como el agua, pueden hacer que los metales se destruyan por
corrosión.
Propiedades eléctricas
Las propiedades eléctricas de un metal, de interés para el
soldador, son la resistividad eléctrica del metal y, por
consiguiente, su conductividad eléctrica.
Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica es la “fricción” que encuentra una
corriente eléctrica cuando pasa por un material. A medida que
aumenta la resistencia ofrecida por un material, se requiere un
voltaje más elevado para forzar una corriente dada (en amperes)
a pasar por el metal. Por tanto, en la soldadura por puntos, el mal
conductor requiere menos corriente que el buen conductor.
Propiedades térmicas
Las propiedades térmicas de importancia para el soldador son la
conductividad térmica, el coeficiente de dilatación térmica, la
fusibilidad, y el calor de fusión.
Conductividad térmica
La conductividad térmica es una medida de la rapidez a la
que fluye el calor por el interior de un material. Se expresa
frecuentemente en Btu( unidades térmicas británicas).
Dilatación térmica
Es el aumento en las dimensiones de un cuerpo debidas a un
cambio de su temperatura.
Fusibilidad
Es una medida de la facilidad de fusión.
Calor de fusión
Es la cantidad de energía necesaria para cambiar un material de
sólido a líquido.
Aspectos metalúrgicos de la soldadura
Los aspectos metalúrgicos de lo que tiene lugar en la zona de
soldadura durante el enfriamiento difieren algo de los que se
observan durante el enfriamiento de una pieza fundida.
En la soldadura, el metal fundido se solidifica en cuestión de
segundos. La cantidad d metal rara vez excede de una pulgada
cúbica. La fuente de calor y el pocillo de material fundido
tienen una temperatura considerablemente más elevada que
en los hornos de fusión. Como resultado del enfriamiento
rápido del pocillo de soldadura, las reacciones químicas que se
inician en el metal fundido y en la escoria no tienen tiempo
para completarse.
Diagrama d zona afectada por el calor
(HAZ)
Diagrama d zona afectada por el calor
(HAZ)
Adyacente a la soldadura se encuentra una
zona de fusión incompleta (1) en la que el
metal se calienta hasta una temperatura
elevada y se forman granos gruesos. Al alejarse
de la soldadura (2), la temperatura y la
magnitud del sobrecalentamiento, y por tanto
también el tamaño del grano. En el campo de
normalización (3) el grano es fino, ya que el
tiempo de calentamiento no es lo
suficientemente largo para que se produzca
entrecrecimiento entre los granos austeníticos,
y el enfriamiento subsecuente expulsa los
granos finos de perlita y ferrita.
Diagrama d zona afectada por el calor
(HAZ)
El campo de normalización va seguido por una
zona de recristalización incompleta (4), en que
los granos de perlita se descomponen en
granos aún más finos. La zona recristalización
(5) se caracteriza por la recuperación de los
granos deformados por rodado. Las
alteraciones estructurales que ocurren en el
área afectada por el calor varían generalmente
con el contenido de carbono y de elementos de
aleación en un acero.
Metalurgia de la soldadura
Clasificación de los procesos de
soldadura
INTRODUCCIÓN A LA
SOLDABILIDAD
SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL
CARBONO Y DE BAJA ALEACIÓN
El acero
El acero es básicamente una aleación de hierro, carbono y otros
elementos; el carbono es uno de sus principales elementos químicos,
que influye considerablemente sobre sus propiedades y características.
La soldabilidad de los aceros depende en alto grado del porcentaje de
carbono que contengan. A mayor cantidad de carbono presente en la
aleación se dificulta la soldadura, y a menor carbono aumenta la
soldabilidad del material.
Clasificación de los aceros
• Aceros al carbono
• Aceros aleados
Aceros al carbono
Son denominados simplemente aceros al carbono, cuando no se
especifican ni se garantizan otros elementos aleantes que
pudieran contener. Estos aceros obtienen sus propiedades
específicamente de su contenido de carbono.
Se clasifican, según el porcentaje de carbono, en:
Aceros de bajo carbono: Son todos los tipos de acero que
contienen entre 0,05 y 0,30% de carbono. En nuestro medio son
conocidos como aceros dulces o simplemente como fierro dulce
o fierro.
Aceros de mediano carbono: Son todos los tipos de acero que
contienen entre el 0,30 - 0,45% de carbono.
Aceros al carbono
Aceros de alto carbono: Son todos los tipos de acero que poseen
entre 0,45 y 0,90% de carbono.
Aceros de herramientas: Son los aceros que poseen entre el 0,90
y el 1,50% de carbono; generalmente ya contienen otros
elementos de aleación, que les proporcionan o mejoran sus
propiedades.
Aceros aleados
Con este nombre son conocidos todos los aceros que, además de
contener un determinado porcentaje de carbono, silicio,
manganeso, azufre, fósforo, fierro, tienen otros elementos que
hacen que el acero adquiera propiedades y características que
comúnmente no poseen los aceros ordinarios al carbono.
Se clasifican en dos grupos:
• Aceros de baja aleación
• Aceros de alta aleación
Aceros de baja aleación
Aceros de baja aleación: Son todos los aceros, cuya suma total
de elementos de aleación no sobre-pasan el 10%, siendo hierro
el restante. Algunos de estos aceros son: acero naval, Cor-Ten, T1, C1320, 3120, E2517, etc.
Aceros de alta aleación: Son todos los aceros, cuya suma total de
elementos de aleación sobrepasa el 10%, llegando en algunos
casos hasta porcentajes superiores al 40%; tal es el caso de los
aceros inoxidables.
Soldabilidad de los aceros de bajo
contenido de carbono
 Estos aceros pueden soldarse con cualquiera de los procesos conocidos.
 Todos los aceros de bajo carbono son soldables con arco eléctrico.
 Si el contenido de carbono es demasiado bajo, no resulta conveniente
aplicar soldadura de alta velocidad (<0,13% C y <0,30% de Mn) (“porosidad
interna”).
 Se recomienda una buena fijación de la pieza, superficies limpias, etc.
 En espesores < 25 mm no se requiere precalentamiento, solo en climas
frios se debe llevar la plancha a una temperatura entre 25-30º C.
 Planchas gruesas y cuando la temperatura es inferior a 0o C, precalentar a
75º C
Soldabilidad de los aceros de
mediano y alto contenido de carbono
 Debido a su contenido de carbono (0,30 a 0,45%), se endurecen fácilmente al
enfriarse.
 Al soldar estos aceros se puede observar, que un enfriamiento súbito de la
plancha caliente puede dar origen a una zona muy dura y quebradiza en la
región de la soldadura.
 Para evitar el efecto anterior es necesario uniformizar el calentamiento de la
plancha y retardar la velocidad de enfriamiento mediante el precalentamiento
y postcalentamiento de la misma.
 Al estar caliente toda la plancha o pieza, se evita quelas zonas frías absorban
violentamente el calor de la zona soldada, enfriándola rápidamente y, en
consecuencia, produciendo zonas duras y quebradizas.
Temperaturas de precalentamiento
Postcalentamiento
Es un tratamiento, que consiste en aplicar calor a las piezas
después de haber sido soldadas.
Este tratamiento puede tener varios fines, como son:
 Regeneración de grano,
 Afinamiento de grano,
 Alivio de tensiones, etc.
Como la temperatura del postcalentamiento está en función del
espesor de la plancha, diseño de la junta, dimensión de la pieza y
porcentaje de carbono, es conveniente tomar como temperatura
referencial los 650ºC.
Soldabilidad de los aceros de baja
aleación
Los aceros con el más bajo contenido de carbono de
este grupo pueden ser soldados generalmente con los
procedimientos estándar, con bastante facilidad, pero
es regla el precalentamiento, con precauciones
especiales en aceros con más de 0,25% de carbono.
SOLDADURA A GAS (Oxicombustible)
Equipo para Soldadura y Corte Oxigas
Ventajas y Aplicaciones del Proceso
 El proceso oxigas posee las siguientes ventajas: el equipo es portátil,
económico y puede ser utilizado en toda posición.
 El proceso oxigas es normalmente usado para soldar metales de hasta
1/4" de espesor. Se puede utilizar también para soldar metales de mayor
espesor, pero ello no es recomendable.
 Su mayor aplicación en la industria se encuentra en el campo de
mantención, reparación, soldadura de cañerías de diámetro pequeño y
manufacturas livianas.
 También puede ser usado como fuente de energía calórica, para calentar,
doblar, forjar, endurecer, etc.
Ajuste de llama
Selección de la Boquilla
En la selección de la boquilla influyen los siguientes factores:
1. Tipo de material a soldar
2. Espesor del material
3. Tipo de unión (Tope, filete, biselada, etc.)
Varillas para Soldadura Oxigas
El tamaño de varilla adecuada debe ser determinado por:
• El tipo de unión de soldadura
• El espesor del material
• La cantidad de aporte requerido
Las varillas de uso común son de las de la clase RG-65 y RG-45. El código indica lo
siguiente:
RG-65
65.000 psi Resist. tracción
Soldadura a gas
Varilla desnuda
PRÁCTICAS SEGURAS
• NADIE DEBE INTENTAR operar cualquier equipo de gas oxicombustible si no está
capacitado en su uso correcto o trabaja bajo supervisión competente.
• EI oxígeno por sí solo no arde ni explota, pero si sustenta la combustión. El oxígeno
a alta presión puede reaccionar violentamente con aceites, grasas u otros
materiales combustibles.
• Los cilindros de oxigeno nunca deben almacenarse cerca de materiales muy
combustibles.
• Nunca debe usarse oxígeno para operar herramientas neumáticas, arrancar
motores de combustión interna, purgar tuberías, quitar el polvo a la ropa y demás
usos potencialmente peligrosos.
• El acetileno es un gas combustible y arde con facilidad; por tanto, debe mantenerse
alejado de todas las flamas abiertas.
• Los cilindros de acetileno siempre deben protegerse contra temperaturas elevada.
PRÁCTICAS SEGURAS
• Los cilindros deben almacenarse y usarse con el extremo de la válvula hacia arriba.
• El acetileno en contacto con cobre, mercurio o plata puede formar acetiluros, sobre
todo si hay impurezas presentes. Estos compuestos son muy explosivos y pueden
detonarse con un choque ligero o por aplicación de calor.
• Los cilindros pueden ser un peligro importante si se vuelcan, y hay que tomar
medidas para minimizar esta posibilidad.
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Video 2
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