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Unidad III
SOLDADURA
1era PARTE
Profesor : Hernn Jaime Marchant
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VIRTUOSISMO DE LA SOLDADURA
Soldadura: proceso utilizado para: unir,
reparar, revestir, recuperar y fabricar piezas,
mediante calor y/o presin.
Utilizado ampliamente en: minera, transporte
de fluidos, construccin, recubrimientos,
petroqumicas, papel y celulosa, rea del
petrleo, nuclear, aeronuticas y
aeroespaciales, entre otras.
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DEFINICIN DE
SOLDADURA SEGN LA AWS
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Soldadura (American Welding Society): es
una coalescencia localizada de metales o no
metales, que se produce con o sin
calentamiento hasta temperaturas adecuadas
del material (es), con o sin aplicacin de
presin y con o sin el uso del metal de aporte
Coalescer : crecer juntos en un solo cuerpo
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CICLOS TRMICOS
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reas de accin y la
Responsabilidad en la Soldadura
Diseo de maquinas, estructuras y equipos;
construccin y reparacin de los mismos,
Propiedades de los materiales disponibles,
Procesos, procedimientos y equipamiento de la
industria de la soldadura,
La inspeccin para mantener la calidad y
asegurar la salud de la unin soldada.
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ACCIONES PREVIAS
Preguntas frecuentes:
El diseo es el adecuado para una buena respuesta de la
soldadura a los esfuerzos a los que va a ser sometida?
El material elegido es el apropiado para el servicio que debe
prestar?
El proceso, el procedimiento y los equipos de soldadura son los
adecuados para asegurar la calidad de la soldadura?
Qu temperatura de precalentamiento utilizar?
Qu electrodo utilizar? Y Otras
Al discutir esta y otras preguntas
normalmente el ingeniero se refiere a la
soldabilidad de los materiales.
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SOLDABILIDAD
Qu es soldabilidad?
Es la capacidad que tiene un material de ser soldado y
lograr que la respuesta sea satisfactoria en las
condiciones de servicio.
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SOLDABILIDAD
En la practica se considera que un material
posee buena soldabilidad, si al soldarlo a
escala de fabricacin industrial, se logra que
la respuesta sea satisfactoria y adecuada
para el tipo y nivel de esfuerzos mecnicos a
los que estar sometida en las condiciones
de servicio.
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FACTORES A CONSIDERAR PARA
CONSEGUIR BUENA SOLDABILIDAD
l termino buena soldabilidad tiene que ver con:
- Un procedimiento de soldadura calificado,
- Evitar un medio ambiente daino o agresivo,
- la composicin qumica del material,
- el diseo y tamao de la junta.
Si alguno de estos factores no es el adecuado para el
buen funcionamiento y desempeo de la unin soldada,
sta puede terminar fallando.
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FUNDAMENTOS DE LA SOLDADURA
Las fuerzas atractivas y repulsivas entre los tomos logran un
equilibrio para una distancia interatmica de equilibrio determinada
a0 que corresponde a la posicin de mnima energa total y con una
fuerza neta entre las partculas igual a cero
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Metales en contacto ligero
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Metales en contacto fuerte
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Factores Para la Coalescencia
Lo importante para producir una perfecta
coalescencia es que se dispersen o remuevan
las pelculas no metlicas de las reas a soldar
y que se alcance la distancia de equilibrio entre
los tomos en la superficie en contacto
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Mecanismos que Producen una Unin Metlica
La unin en estado slido, que requiere de
fuerzas externas para lograr la coalescencia, con
una gran deformacin plstica.
La unin con fusin y solidificacin epitaxial, que
requiere que un metal fundido sea mantenido en
contacto con un metal slido durante un tiempo
adecuado para fundir parcialmente la superficie
del metal base y luego solidificar
Difusin, y
Capilaridad
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CLASIFICACIN DE LOS PROCESOS
Clasificacin de los procesos de soldadura a
partir de los mecanismos que la provocan:
Soldadura por presin,
Soldadura por fusin,
Soldadura por difusin,
Soldadura por difusin y capilaridad
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Clasificacin de la Soldadura de acuerdo
al Mecanismo Correspondiente
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SOLDADURA POR PRESIN
Las fuerzas aplicadas a los materiales a unir
tienen que superar los esfuerzos de fluencia
de estos y logran la fragmentacin,
distribucin o eliminacin de las capas no
metlicas superficiales, logrando de esta
manera que los tomos de la superficie
logren la distancia de equilibrio en lo posible
de toda la cara en contacto, alcanzando as
la coalescencia.
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SOLDADURA POR PRESIN
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SOLDADURA POR PRESIN
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Soldadura por Presin -Fusin (resistencia elctrica)
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Soldadura por Fusin
Metal lquido funde la capa superficial de un metal slido
(film no metlico) y parcialmente los granos
superficiales, los cuales sirven de sustrato nucleante,
dando lugar a una nucleacin epitaxial.
Nucleacin epitaxial, la orientacin cristalina y el
espaciado interatmico, son continuos a travs de la
interfaz slido-lquido, logrndose de esta manera la
coalescencia.
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CICLOS TRMICOS Y ZONAS AFECTADAS EN
LA UNIN SOLDADA POR FUSIN
Ciclos trmicos provocan las distintas zonas:
Zona fundida
Zona fundida no mezclada
Zona parcialmente fundida
Zona afectada trmicamente
(ZAT)
Metal base
Al fallar cualquiera de estas zonas, la unin soldada fallar
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NUCLEACIN Y CRECIMIENTO
DE GRANOS
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Crecimiento epitaxial: crecimiento del slido a partir del
sustrato nucleante que son los semigranos fundidos del
metal base, siendo importante la direccin preferencial de
crecimiento de estos granos y la direccin de la extraccin
calrica
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Clasificacin de la Soldadura por Fusin
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Soldadura por
Fusin
Heterognea Soldadura Blanda (soldering)
Soldadura Dura (braze y brazing)
Homognea
Con Material de Aporte Autgena
GTAW
Plasma
OFW Alambre Fro
GTAW
Haz de Electrones
Plasma
Electrodo Consumible
Gas Protector SMAW rev. Orgnico
GMAW
Fundente SMAW rev. Mineral
FCAW
SAW
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Soldaduras Heterogneas
Se caracterizan por que el metal base tiene composicin
qumica y propiedades mecnicas distintas al metal de
aporte y de acuerdo a la temperatura de fusin del metal
de aporte se clasifica en:
Soldadura blanda: soldering (mecanismo por difusin)
Soldadura dura:
braze (mecanismo difusivo)
brazing. (mecanismo combinado capilaridad-
difusin)
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CONCEPTOS DE SOLDERING, BRAZE
Y BRAZING Soldadura blanda (soldering) son procesos de soldadura en que
se produce la coalescencia por calentamiento a temperaturas
adecuadas para lograr la difusin del metal de aporte que tiene un
punto de fusin inferior a los 450C e inferior a la temperatura
solidus del metal base (metales de aporte aleaciones de plomo y
estao). El metal de aporte se distribuye por capilaridad entre las
superficies en contacto.
Soldadura dura (braze y brazing) son procesos de soldadura en
que la coalescencia que se produce por calentamiento a
temperaturas adecuadas y mediante el uso de metal de aporte con
un punto de fusin superior a los 450C, e inferior a la temperatura
solidus del metal base (aleaciones de plata, cobre y cinc). El metal
de aporte se puede o no distribuir por capilaridad entre las
superficies en contacto.
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CONCEPTOS DE SOLDERING,
BRAZE Y BRAZING
BRAZE: el metal de aporte alcanza la distancia de
equilibrio con el metal base mediante difusin NO se
distribuye por capilaridad entre las superficies en
contacto,
BRAZING: el metal de aporte alcanza la distancia de
equilibrio con el metal base mediante difusin y se
distribuye por capilaridad entre las superficies en
contacto.
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Fundamentos de Soldaduras Heterogneas
DIFUSIN:
Se produce al poner un slido en contacto con una
atmsfera rica en algn elemento que por efecto de su
electroafinidad y el tamao de los tomos es capaz, en
presencia de temperatura y tiempo, de penetrar las
primeras capas del slido, produciendo la coalescencia.
CAPILARIDAD:
Es la capacidad del liquido para ascender en un
tubo debido a la tencin superficial. La accin capilar en
soldadura se define como la fuerza mediante la cual un
liquido, en contacto con un slido se distribuye entre las
superficies de contacto ntimamente cercanos y fijas en
empalme unido en soldadura fuerte.
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ESQUEMA DE CAPILARIDAD EN SOLDADURA
HETEROGNEA
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Interaccin Gas-Lquido
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Interaccin
Gas Lquido.
Solubilidad
del hidrogeno
en el Hierro.
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Interaccin Gas-Lquido
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Interaccin
Gas Lquido.
Solubilidad
del hidrogeno
en aleaciones
binarias de
Hierro.
1.592C
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Interaccin Gas-Lquido
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Interaccin
gas liquido.
Distribucin
del hidrogeno
en funcin
del tipo de
electrodo Rutilo
Bsico
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Funcin del Recubrimiento
El recubrimiento tiene muchas funciones. Sin recubrimiento o
revestimiento, el metal fundido se combinara con el oxigeno y
nitrgeno del aire. Por tanto, es necesario proteger el material de
aporte as como el metal base fundido que se suelda.
La mezcla del material base fundido y el metal del electrodo cuando se
solidifica forma la soldadura en s. El recubrimiento de los electrodos
suministra un gas protector que evita la contaminacin de la soldadura.
Las principales funciones de los recubrimientos de los electrodos son:
- Reducir al mnimo la contaminacin del metal de soldadura con el
oxgeno y nitrgeno del aire.
- Compensar las prdidas de ciertos elementos durante la
transferencia del metal a travs del arco, porque el recubrimiento
incluye aleaciones.
- Concentrar el arco en una zona especfica porque forma una taza o
copa en la punta de electrodo, que se debe a la fusin ms lenta del
recubrimiento.
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Tamao Electrodo y Amperaje
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El dimetro del electrodo que se debe utilizar depende de diversos
factores:
- El espesor del metal.
- Preparacin de los bordes o filos de la unin.
- La posicin de la unin (plana, vertical, sobre cabeza).
- La pericia del soldador.
El amperaje que se utilice depender de:
- Tamao del electrodo seleccionado.
- El tipo de recubrimiento del electrodo.
- La fuente de potencia (ca, ccpi, ccpd).
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Posicin del Electrodo
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El electrodo se mantiene siempre
en una posicin simtrica
respecto a las superficies a unir.
En un plano que atraviesa la
bisectriz del ngulo formado por
las piezas y por la recta a lo largo
de la cual va depositado el
cordn de soldadura. El electrodo
avanza ligeramente inclinado con
respecto a la direccin de
avance, formando el ngulo entre
70 y 80.
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Velocidad del Electrodo
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Se debe mantener la velocidad correcta si se quiere obtener una buena
soldadura. La velocidad de avance debe ser de una forma constante y de
acuerdo al tipo de cordn que se desee obtener. La velocidad de recorrido o
de desplazamiento es la rapidez con la que el electrodo se desplaza a lo largo
de la unin. La velocidad de recorrido correcta es aquella que produce una
franja de soldadura con perfil y aspecto correctos, como se muestra en cordn
A de la siguiente figura. Efectos del Amperaje, la
longitud del arco y la
velocidad del recorrido al
soldar. A) amperaje,
longitud de arco y
velocidad de recorridos
CORRECTOS.
B) amperaje demasiado
bajo. C)
amperaje demasiado alto.
D) arco demasiado corto. E)
arco demasiado largo. F)
velocidad de recorrido
demasiado lento. G)
velocidad de recorrido
excesiva.
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Velocidad del Electrodo
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Son varios los factores que determinan cul debe ser la velocidad correcta:
- Tipo de corriente de soldadura, amperaje y polaridad.
- Posicin de soldadura.
- Rapidez de fusin del electrodo.
- Espesor del material.
- Condicin de la superficie del metal base.
- Tipo de unin.
- Manipulacin del electrodo.