Manual de Soldadura 2015 (PDF)

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INSTITUTO DE SOLDADURA Lo invita a participar en nuestros programas de capacitación: Cursos Prácticos: Niveles: SMAW PLATINA BÁSICA GMAW FILETE GTAW PLATINA BISELADA FCAW TUBERIA BÁSICA TUBERIA ASME TUBERIA API SERVICIOS: CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTOS Y SOLDADORES LABORATORIO MECÁNICO Y QUÍMICO ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS: ULTRASONIDO PARTICULAS MAGNÉTICAS LÍQUIDOS PENETRANTES MEDICIÓN DE ESPESORES Mayores informes PBX: (1) 417 6288 Email: [email protected] Av. Cra. 68 # 5 - 93 - Bogotá, D.C. www.westarco.com SEMINARIOS ESPECIALIZADOS Lo invitamos a participar en nuestros programas de capacitación y Seminarios Especializados: FUNDAMENTOS DE INSPECCIÓN VISUAL EN LAS UNIONES SOLDADAS INSPECCIÓN VISUAL Y DISCONTINUIDADES EN LAS UNIONES SOLDADAS INSPECCIÓN VISUAL PARA LA SOLDADURA DE ORNAMENTACIÓN CONSTRUCCIÓN E INTERPRETACIÓN DE SÍMBOLOS DE SOLDEO SEGÚN EL ESTÁNDAR AWS A2.4:2012 CONCEPTOS PARA LA ESTIMACIÓN DE COSTOS EN LA FABRICACIÓN DE UNIONES SOLDADAS MANEJO DE GALGAS PARA LA INSPECCIÓN DE UNIONES SOLDADAS EL SUPERVISOR DE SOLDADURA SEGÚN EL ESTÁNDAR AWS B5.9:2006 MANEJO DEL ESTÁNDAR API 1104, EDICIÓN 2013 CÓDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL AWS D1.1: 2010, ÉNFASIS CLAÚSULAS 3 y 4 MANEJO DE LA PARTE QW (Qualification Welding) DE LA SECCION IX DEL CÓDIGO DE CALDERAS Y RECIPIENTES A PRESIÓN DE ASME, EDICIÓN 2013 ENTRENAMIENTO PARA LA PRESENTACIÓN DE EXÁMENES PARA CALIFICARSE Y CERTIFICARSE COMO INSPECTOR DE CONSTRUCCIONES SOLDADAS SOLDADURAS DE MANTENIMIENTO ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN LA INDUSTRIA CURSO Y CERTIFICACIÓN COMO NIVEL I Y NIVEL II EN EL ENSAYO POR LÍQUIDOS PENETRANTES SEGÚN LA PRÁCTICA RECOMENDADA SNT TC-1A ENTRENAMIENTO Y CERTIFICACIÓN COMO NIVEL I Y NIVEL II EN INSPECCIÓN VISUAL SEGÚN LA PRÁCTICA RECOMENDADA SNT TC-1A EL ENSAYO POR LÍQUIDOS PENETRANTES Mayores Informes PBX: (57 1) 4176288 EXT 1202 - 1159 Email: [email protected] - [email protected] Av. Cra 68 # 5-93 - Bogotá, D.C. www.westarco.com  PROLOGO Con el mejor deseo de contribuir al desarrollo industrial del país,como lo ha venido haciendo desde hace más de 50 años, SOLDADURAS WEST- ARCO S.A.S., por intermedio de su División West-Arco decidió elaborar el presente MANUAL DE SOLDADURA. Este es resultado de la experiencia adquirida en los diversos aspectos de producción,control de calidad,problemas tecnológicos, escuela de soldadores y asistencia técnica. Se ha procurado utilizar un lenguaje sencillo al alcance de todos, de modo que este libro sea en una rama tan especializada y técnica como la soldadura; una guía útil,comprensible y apta para servir de elemento de trabajo y de consulta en las Escuelas Técnicas y en las Universidades. Recomendamos que antes de proceder a efectuar alguna aplicación el lector estudie bien su caso,el material a utilizar,el tipo de corriente disponible,especificaciones o condiciones de servicio,electrodo que puede utilizar,etc. Si es necesario consultar ponemos a disposición,de quien así lo requiera, nuestro Departamento de Servicio Técnico el cual está siempre dispuesto a atender cualquier consulta. Agradeceremos cualquier comentario que contribuya a mejorar el contenido de la presente edición. 7  CAPITULO I GENERALIDADES DE LOS PROCESOS DE SOLDAR  CAPITULOI GENERALIDADES DE LOS PROCESOS DE SOLDAR En términos generales se entiende por soldadura, la unión de dos o más materiales entre sí, en tal forma que queden como una sola pieza. En nuestro caso los materiales serán metálicos. En términos más técnicos la soldadura es una coalescencia localizada, de metal, donde ésta es producida por calentamiento a una temperatura adecuada, con ó sin aplicación de presión y con ó sin el uso del metal de aportación. Se entiende por coalescencia, la acción en virtud de la cual se logra la unión de dos (2)o más materiales. La industria y la ciencia han tratado de usar todas las clases de energía conocidas, para unir o soldar los metales. Las clases de energía se pueden clasificar en cuatro grupos como son: Eléctrica, Química, Optica y Mecánica. En el siguiente cuadro sinóptico, se enumeran las diferentes fuentes de energía, con sus respectivas modalidades describiéndose para cada una el sistema de obtención del calor (Ver pág.11). DIFERENTES PROCESOS DE SOLDAR 1.1.1- Soldadura por Forja: Proceso en donde las partes a soldar son llevadas a un estado pastoso,por medio de un calentamiento independiente del proceso (hornos,oxiacetileno,etc.).La suelda se completa por medio de golpes a presión. El proceso de soldadura por forja tiene dos (2) variaciones: Soldadura por martillo,donde las piezas son unidas por la acción de un martillo manual o mecánico y soldadura por «Dado » donde la unión es obtenida por medio de dados o rodillos ((Fig.1-1 y Fig.1-2). La soldadura por forja se utiliza en gran parte en la fabricación de tubería. El método que utiliza rodillos, es para tubería de tamaño considerable mientras que la que utiliza dados, es para tubería relativamente pequeña. 1.1.2 Soldadura por Fricción Como se expuso en el cuadro sinóptico, en la soldadura por fricción se produce la unión entre dos (2)piezas, utilizando el calor generado por la fricción obtenida entre un elemento en rotación y uno estacionario, sujetos a una fuerza de contacto. 10 11 Puede haber tres (3)modalidades: 1. Velocidad de rotación relativamente lenta, con una alta fuerza de contacto. 2. Velocidad de rotación alta, y una fuerza baja de contacto. 3. Utilización de un volante que se desconecta de la fuente de movimiento, antes de iniciar la suelda. (Soldadura por inercia). En la última modalidad, la velocidad de rotación disminuye gradualmente el ciclo de soldado. Este procedo requiere que el elemento que rota, sea simétrico con respecto al eje de rotación. Este proceso se está utilizando para unir metales de composición diferente y que den problema por el sistema de soldadura por fusión. 1.1.3 -Soldadura Oxiacetilénica: De todos los gases disponibles,el acetileno en contacto con oxígeno, proporciona la llama de mayor temperatura. La temperatura máxima es de 3.500 °C aproximadamente y se presenta en el extremo del cono interior. La mayoría de las soldaduras efectuadas con el proceso oxiacetilénico se obtienen fundiendo los materiales en el punto de la unión y utilizando algún material de aportación para llenar la separación que usualmente existe entre las dos (2)piezas. FIG.1.1 FIG.1.2 SOLDADURA POR FORJA EN SOLDADURA POR FORJA QUE LA PRESION ES OBTENIDA EN QUE LA PRESION ES CUANDO EL MATERIAL PASA OBTENIDA CUANDO EL POR UN LADO MATERIAL PASA POR LOS RODILLOS 12 Con éste procedimiento se puede obtener fácilmente un control de la temperatura de la pieza, sin embargo, si se calientan áreas considerables del metal, se crea el peligro de la distorsión. 1.1.4 - Soldadura por Aluminotermia Se basa en la mezcla física de aluminio en polvo y óxido de hierro en una proporción de 1 a 3 respectivamente,produciendo hierro puro que fluye con una temperatura de 2.750 °C., fenómeno que ocurre en 30 segundos aproximadamente. La reacción es la siguiente: 8 AL +3 Fe 3 O 4 = 9 Fe +4 AL 2 O 3 + Calor (Aluminio) (Oxido de Hierro) (Hierro) (Oxido de Aluminio) Las secciones que se van a soldar deben estar separadas de acuerdo al tamaño de la pieza. Se llena la separación con cera y se forma una saliente a todo el rededor de la unión. Se arma una caja de moldeo que rodea totalmente la unión, en donde se deposita y apelmaza arena de moldeo. Todo el conjunto se calienta para efectos de derretir, vaciar la cera y precalentar las superficies por soldar. Se inicia la reacción entre el óxido de hierro y el polvo de aluminio, y el hierro fundido fluye dentro del molde, el cual al depositarse dentro de la cavidad del mismo, suministra calor suficiente a las paredes de la pieza para que éstas lleguen a la temperatura adecuada para la coalescencia. Este procedimiento se utiliza primordialmente para trabajos de reparación de maquinaria pesada y en trabajos en donde las secciones por soldar son muy grandes. 1.1.5 -Soldadura por Resistencia La coalescencia en ésta gama de procesos de soldadura, es producida por la aplicación de presión y por el calor obtenido de la resistencia del material y la de espacio entre las piezas por unir, al flujo de corriente. Debido al uso de presión se puede obtener coalescencia con temperaturas relativamente bajas, si se compara éste proceso con el oxiacetilénico. Como la temperatura de trabajo se puede obtener en una fracción de segundo,la soldadura por resistencia se puede aplicar rápidamente y a un costo relativamente bajo. Razón por la cual este proceso se utiliza en la industria con líneas de producción en serie. La Figura 1.5. muestra esquemáticamente los diferentes elementos que de una ú otra forma están incluidos en las diferentes modalidades dentro del proceso denominado soldadura por resistencia. 13  FIG.1.3 ESQUEMA DEL EQUIPO PARA SOLDADURA POR FRICCIÓN FIG.1.4 DIFERENTES TIPOS DE LLAMA OBTENIDOS PARA SOLDADURA OXIACETILENICA FIG.1.5 ESQUEMA DE SOLDADURA POR RESISTENCIA (PUNTO) 14 1.1.5.1- Soldadura de Punto: Es la modalidad más sencilla. Dos electrodos tienen un área reducida y se obtienen sueldas redondas que tienen un diámetro entre 2 mm. y 12 mm. Las desventajas de este proceso son: 1. La vida relativamente corta de los electrodos. 2. El hecho de que usualmente sólo se puede efectuar una unión a la vez. Esto se puede obviar utilizando el proceso de soldadura por resalte. 1.1.5.2 - Soldadura por Resalte: El proceso de soldadura por resalte, está ilustrado esquemáticamente en la Figura 1.6. Consiste en hacer por medio de forja o maquinado, unos resaltes en la superficie de una de las piezas por soldar, en los lugares donde se desea obtener la unión. Las piezas por unir se colocan entre dos electrodos de área considerable (maquinaria especial); aunque cada electrodo tiene un buen contacto con cada pieza a soldar,debido a los resaltes que se han maquinado en ellas,se logra que la corriente viaje sólo a través de dichos resaltes y que sean ellos que se calientan. En esa forma las piezas quedan soldadas sólo en las partes en que había esos resaltes o proyecciones de metal o sea que: Por la acción de presión y por el ablandamiento del metal en los resaltes, se logra el emparejamiento de las dos (2) superficies de las piezas por unir y como resultado, la suelda de las mismas. FIG.1.6 ESQUEMA DE SOLDADURA POR RESALTES 1.1.5.3 - Soldadura por Costura: En una serie continua de soldaduras de punto. La Figura 1.7, ilustra esquemáticamente éste proceso. 15  FIG.1.7 ESQUEMA DE SOLDADURA POR COSTURA 1.1.6 -Soldadura Bajo Flujo Conductor (ESW) Los componentes especiales de éste proceso están ilustrados esquemáticamente en la Figura 1.8 El calor se obtiene de la resistencia eléctrica de la escoria fundida, dentro de la cual un alambre (conductor de electricidad y fuente de material de aportación)está sumergido. La temperatura del baño de escoria es de 1.800 °C. superior al punto de fusión, tanto del metal base como del electrodo. Por consiguiente la escoria funde los bordes del metal FIG.1.8 ESQUEMA DE SOLDADURA BAJO FLUJO CONDUCTOR 16 base y simultáneamente funde el electrodo suministrando así el material de aportación necesario. El baño de escoria flota sobre el metal fundido.Los dos (2)materiales están alojados entre dos (2)platinas de cobre (refrigeradas)y los bordes de las piezas por unir. Este proceso se utiliza para unir platinas gruesas. Espesores hasta de 16 ” han sido unidos sin dificultad. 1.1.7 -Soldadura por Arco Eléctrico. En los procesos de soldadura, incluidos dentro de esta modalidad, la coalescencia es producida por el calentamiento generado con un arco eléctrico, obtenido entre el trabajo y uno o varios electrodos, ó el obtenido entre dos (2)ó más electrodos, con ó sin la aplicación de presión y con ó sin uso de materiales de aportación. A continuación se explicarán los procesos de soldadura que utiliza como fuente de energía el arco eléctrico y que se consideran los más importantes. 1.1.7.1 -Soldadura con Electrodo de Carbón Originalmente la soldadura por arco se efectuaba, utilizando electrodo de carbón. Se utilizaba única y exclusivamente para generar el arco eléctrico y por consiguiente la fuente de calor, similar al caso de la llama del proceso oxiacetilénico. Se puede utilizar o no material de aportación. Si se utiliza, éste deberá ser suministrado independientemente por medio de un alambre. Este proceso presenta una limitación y es el hecho de que no existe protección para el metal caliente contra la atmósfera; no obstante,una ventaja es la facilidad con que se puede controlar la estabilidad del arco, lo que le hace útil para soldar el hierro fundido y cobre. Este proceso ha venido siendo sustituido por el que utiliza electrodo de tungsteno protegido por gas inerte (TIG).(GTAW). 1.1.7.2 -Electrodo de Tungsteno protegido por gas inerte:(TIG)(GTAW). Este proceso desarrollado originalmente para soldar magnesio, utiliza electrodos de tungsteno colocados en una boquilla especial, la cual se ilustra esquemáticamente en la Figura 1.9. A través de ésta se suministra gas inerte (Argón,Helio)a baja presión, que garantiza un flujo suficiente para rodear el arco y el metal fundido y de esta manera protegerlo de la atmósfera. Como el electrodo a la temperatura del arco no se consume, la longitud de éste se mantiene constante y lo hace estable o fácil de mantener. En el caso de utilizar metal de aportación, éste se suministra separadamente. · Para soldar aluminio es indispensable contar con una unidad de Alta Frecuencia. 17  FIG.1.9 ESQUEMA DEL EQUIPO PARA SOLDAR CON ELECTRODO DE TUNGSTENO PROTEGIDO POR GAS INERTE (TIG) 1.1.7.3 - Electrodo Metálico protegido por gas inerte: (MIG) (GMAW) Este proceso es similar al anterior, y la diferencia radica en que el electrodo no es de tungsteno sino de un material consumible, el cual a un mismo tiempo mantiene el arco eléctrico y suministra continuamente el material de aportación, mientras que el metal fundido tanto del electrodo como del trabajo, está protegido de la atmósfera, por la acción del gas inerte. Las Figuras 1.10 y 1.11, muestran respectivamente la boquilla especial utilizada en este proceso y el diagrama de las conexiones del circuito eléctrico, alimentación de alambre y suministro de gas inerte, activo (CO 2 ) ó mezclas (Ar-CO 2 ). 1.7.4 - Soldadura por Arco Sumergido (SAW): En este proceso el arco eléctrico es mantenido debajo de un fundente granular. El proceso se ilustra en la Figura 1.12. El fundente granular se deposita simultáneamente con el electrodo que proviene de un carrete en forma continua, al cual a medida que se consume va siendo alimentado automáticamente. El arco queda completamente sumergido bajo el fundente y por lo tanto sólo quedan visibles pequeñas llamas. El fundente granular proporciona una protección completa al metal fundido, razón por la cual se obtienen sueldas de gran calidad. 18  FIG.1.10 Y 1.11 ESQUEMA DEL EQUIPO PARA SOLDAR CON ARCO METALICO PROTEGIDO POR GAS * Para obtener la unión,automáticamente se mueve la máquina soldadora, o se deja ésta estacionaria y se desplaza el trabajo. - Por conveniencia utilizamos “Arco Metálico ” para significar: Soldadura por arco eléctrico con electrodo metálico consumible. FIG.1.12 ESQUEMA DEL ENSAMBLE PRODUCIDO POR EL PROCESO DE ARCO SUMERGIDO 1.1.7.5 -Soldadura de Pernos: Proceso donde la coalescencia es producida por el establecimiento de un arco eléctrico entre un «Perno» de metal y la pieza donde se quiere fijar este. El arco eléctrico se mantiene hasta obtener la temperatura de trabajo apropiada, luego se dispara el perno contra la pieza con suficiente presión para completar la unión. 19  FIG.1.13 FIG.1.14 FIG.1.15 SOLDADURA DE PERNOS El extremo del perno, puede tener una depresión en donde se deposita un fundente especial. (Ver Figura 1.13) En el lugar donde se quiere fijar el perno se coloca un casquillo de cerámica (Figura 1.14) y dentro de éste se introduce el perno (Figura 1.15). La función del fundente es la de desoxidante y estabilizador del arco, mientras que la del casquillo es la de concentrar el calor, proteger el metal de la atmósfera y conglomerar el metal fundido alrededor de la base del perno. Este proceso se efectúa usualmente sin ninguna protección de gases inertes como el helio o el argón, contra la acción perjudicial del oxígeno y nitrógeno del aire en el metal base al estar este último a una temperatura elevada. Sin embargo en algunos casos donde se requiere sueldas de mejor calidad, si se utilizan los gases mencionados. La Figura 1.16 muestra ejemplos típicos de piezas que se unen con este proceso de soldadura,el cual se utiliza para producción en serie, pues requiere maquinaria especializada. FIG.1.16 EJEMPLO DE DIFERENTES FORMAS DE PERNOS 20 1.1.7.6 - Soldadura por arco eléctrico con electrodo manual revestido: La coalescencia en este proceso de soldadura es obtenida por el calentamiento producido por el arco eléctrico generado entre un electrodo metálico recubierto y el trabajo. La protección es obtenida por la descomposición del revestimiento; no se utiliza presión y el metal de aporte es suministrado por el electrodo. Uno de los primeros avances de los procesos de soldadura por arco eléctrico con electrodo manual, fue el de utilizar electrodos metálicos de tal manera que el calor del arco fundiera tanto el metal base como el metal del electrodo y por consiguiente obtener automáticamente el material de aportación necesario. Este procedimiento aunque solucionaba el problema de aportación, en últimas resultó inconveniente, por la dificultad de mantener el arco y por la severa oxidación del metal fundido, razón por la cual se optó por revestir los electrodos con el objeto de solucionar los problemas citados. El revestimiento contiene compuestos químicos que aportan al proceso de soldar unas características que de una u otra manera ayudan a la buena calidad de la suelda, por ejemplo: 1. ATMÓSFERA PROTECTORA. 2. ESTABILIDAD Y PENETRACIÓN DEL ARCO. 3. REMOCIÓN DE IMPUREZAS DEL METAL FUNDIDO. 4. PREVENCIÓN CONTRA OXIDACIÓN. 5. CONTROL DE LA RATA DE ENFRIAMIENTO DEL METAL DE LA SOLDADURA. 6. ADICION DE ELEMENTOS ALEANTES. Actualmente hay tres (3) formas de «Revestir los electrodos:1). Con una capa constituida de diferentes minerales y sustancias orgánicas aplicadas en torno al alma o núcleo metálico; 2). Con una cinta impregnada que se enrolla alrededor del electrodo a medida que éste va siendo alimentado dentro del arco y 3). El sistema tubular, que consiste en un electrodo metálico en forma de tubo con el fundente dentro, con o sin revestimiento externo. La primera de estas formas de revestimiento es la que normalmente se conoce como electrodo manual revestido y que en lo sucesivo seguiremos llamando así. LA SOLDADURA COMPARADA CON OTROS PROCESOS DE MANUFACTURA Una vez explicados los procesos de soldadura más importantes enunciaremos algunas ventajas de la soldadura en general, comparada con otros procesos de soldadura. 1.2.1 -Soldadura comparada con el Remachado: La Figura 1.17, muestra esquemáticamente el proceso de remachado.Se utiliza para unir platinas y dependiendo del espesor de las mismas, los remaches son deformados en frío o caliente. 21  FIG.1.17 SISTEMA DE UNION POR REMACHES La soldadura presenta las siguientes ventajas sobre el remachado: 1. La preparación de las piezas por unir, es más sencilla y más económica. 2. La construcción soldada es más liviana,porque se omite el peso del solape y el de los remaches. 3. La eficiencia de una unión soldada, puede llegar a ser del 100%. La unión queda un todo sólido homogéneo al igual que las zonas laterales más cercanas al punto de la soldadura. 4. Los procesos de soldadura son silenciosos comparados con el remachado. 1.2.2 - Soldadura comparada con la Fundición: En algunos casos se puede utilizar soldadura en vez de fundición para la construcción de piezas. En caso tal, la soldadura presenta las siguientes ventajas. 1. No hay que fabricar modelos, lo que implica un ahorro. 2. El diseño de una pieza soldada, es más sencillo. 3. El mecanizado de una pieza soldada es más simple que el de una fundida. 4. Una pieza soldada es más liviana que una fundida. 5. Las construcciones soldadas son más resistentes, rígidas y livianas que las fundidas. 1.2.3 - Soldadura comparada con el Mecanizado: Los procesos de soldadura hasta cierto punto no se pueden comparar con los de mecanizado por la precisión dimensional que estos dan, pero sin embargo la soldadura se puede constituir en un aliado del mecanizado. Gran cantidad de piezas se pueden ensamblar, utilizando procesos de soldadura para luego ser terminados, utilizando máquinas herramientas, con el consecuente ahorro material y en tiempo de mecanizado. 22 El proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo manual revestido,es el que en la actualidad tiene mayor aceptación dentro de la industria. Los procesos automáticos como el arco sumergido o el proceso «MIG» tiene gran importancia, pero por lo general requieren equipos costosos y se utilizan en su gran mayoría en procesos de producción en serie. El electrodo manual revestido, tiene gran versatilidad, se utiliza en la mayoría de los trabajos de reparación de elementos de maquinaria, donde las piezas por unir son de formas irregulares, cuando las uniones son de difícil acceso y por lo general en todos los trabajos donde se requieren sueldas de excelente calidad a un bajo costo. Prueba de lo anterior es el hecho de que todos los talleres de mantenimiento de las industrias, tienen incluido dentro de su maquinaria equipos de soldadura eléctrica para electrodos manuales revestidos,que al lado de las máquinas herramientas, se constituyen en los elementos esenciales destinados a facilitar las labores del personal de mantenimiento. Debido a la alta demanda que tiene este proceso de soldadura,es el que más estudio ha recibido por parte de los científicos del mundo y el que permanentemente evoluciona para acomodarse a los grandes adelantos de la metalurgia. Lo dicho en los párrafos anteriores y el hecho de que los principales productos de Electromanufacturas, S.A., son los electrodos manuales revestidos y las varillas para soldadura oxiacetilénica marca «WEST – ARCO» hacen que el presente Manual, en los siguientes capítulos, se dedique única y exclusivamente a explicar todos los pormenores de estos dos (2) procesos de soldadura. 23  CAPITULO II GENERALIDADES DEL PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO CON ELECTRODO MANUAL REVESTIDO  CAPITULOII GENERALIDADES DEL PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO CON ELECTRODO MANUAL REVESTIDO 2.1. DEFINICION. Proceso para soldar por fusión,donde la unión es producida por un arco eléctrico obtenido entre un electrodo metálico recubierto y el trabajo. El material de aporte es suministrado por el electrodo y para efectos de lograr la unión,no se utiliza presión. La protección del metal fundido es obtenida por la descomposición del revestimiento. A continuación explicaremos en detalle todos los elementos que,de una ú otra manera están relacionados con el proceso, los cuales se agrupan en tres (3)divisiones a saber: 1. MAQUINAS DE SOLDAR Y ARCO ELECTRICO. 2. ELECTRODO REVESTIDO 3. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO 2.2. MAQUINAS DE SOLDAR Y ARCO ELECTRICO. Por estar estos elementos directamente relacionados con la electricidad, a continuación se explican y definen los términos necesarios para efectos de poder comprender claramente la generación y características del arco eléctrico. Al frotar un peine en el cabello, éste adquiere la propiedad de atraer cuerpos ligeros. Al interpretar ésta propiedad decimos que el peine está electrizado, que posee una carga eléctrica o bien que está cargado eléctricamente. Existen dos tipos de carga eléctrica llamados CARGA NEGATIVA y CARGA POSITIVA, lo que representa que un cuerpo cargado negativamente ha adquirido alguna cosa, mientras que uno cargado positivamente ha perdido algo de la misma cosa. Las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas,sino que el proceso de adquirir una carga eléctrica consiste en ceder algo de un cuerpo a otro, de tal manera que, uno de ellos tenga un exceso y el otro un déficit de ese algo. Ese algo, son porciones muy pequeñas de energía negativa llamada ELECTRONES. Los electrones son uno de los constituyentes esenciales de la materia. El átomo está formado por un núcleo de protones (cargados positivamente), de neutrones (con carga neutra)y de electrones (cargados negativamente)que se mueven alrededor del núcleo. La presencia de partículas de carga positiva y de carga negativa, hacen que el átomo en conjunto sea eléctricamente neutro. Al perder el átomo uno o más electrones, queda con carga positiva, que se denomina ION POSITIVO y si por el contrario los gana, se denomina ION NEGATIVO. 26 Una partícula cargada negativamente es atraída por una carga positiva y repele otra carga negativa o viceversa. La presencia de una partícula cargada, bien sea positiva o negativa genera un CAMPO ELECTRICO capaz de atraer o repeler con una fuerza determinada a otra partícula cargada eléctricamente. Un conductor, es un cuerpo en cuyo interior hay cargas libres que se mueven por la fuerza ejercida sobre ellos por un campo eléctrico. Este movimiento constituye una corriente. Las cargas libres en un conductor metálico, son ELECTRONES y en un gas o líquido (en condiciones apropiadas), las cargas libres son IONES POSITIVOS, IONES NEGATIVOS y/o ELECTRONES LIBRES. Si el campo siempre tiene el mismo sentido (positivo – negativo)la corriente se denomina CONTINUA. Si el campo se invierte periódicamente, el flujo de carga se invierte también y la corriente es ALTERNA. Si el campo eléctrico o VOLTAJE como usualmente se conoce, hace que la corriente (los electrones) se muevan a través de un conductor, caso similar a la diferencia de altura entre dos (2) tanques de agua, conectados con una tubería que hace que el líquido fluya del tanque superior al tanque inferior. El voltaje se expresa en voltios y se mide con el voltímetro. La cantidad de agua que pasa por el tubo, se mide por su cantidad en una unidad de tiempo (metros cúbicos por segundo), en forma análoga, la magnitud de la corriente se expresa en cantidad de electricidad por segundo. El término que se utiliza para expresar lo anterior es AMPERIOS (columbio de electricidad por segundo), y se mide con un amperímetro. Necesariamente todo el líquido que sale del tanque superior tiene que llegar al tanque inferior, de la misma manera toda la corriente que fluye a través de un conductor tiene que salir de un terminal de un generador de corriente y llegar al otro, y si en la tubería existe una interrupción, el agua no pasa, lo que equivaldría en una corriente eléctrica, a no circular si no tiene un camino cerrado, sobre sí, éste camino se llama CIRCUITO ELECTRICO. Hay gran variedad de procedimientos en que, como resultados de los mismos, se mantiene un campo eléctrico que origina el movimiento de cargas libres a través de un conductor. En estos procedimientos hay una transformación de energía química o mecánica a energía eléctrica. La pila seca o la batería de acumuladores transforman energía química a eléctrica, mientras que en el dinamo de un automóvil o en el generador de una Central Hidroeléctrica, la transformación es de energía mecánica eléctrica. 27 El principio de funcionamiento de los generadores de corriente consiste en el hecho de que el enrollar un alambre metálico en forma de «anillos» y mover dentro de éste un imán, las cargas libres del conductor se desplazan creándose una corriente y por consiguiente se genera un campo eléctrico entre los extremos del alambre (Fig.2.1). El movimiento de imán se representa como energía mecánica, mientras que la corriente inducida o puesta en juego es energía eléctrica. En los generadores de corriente, la energía mecánica se representa en forma de movimiento rotacional, movimiento que se obtiene con motores de combustión interna, o con turbinas hidráulicas, de gas o de vapor. Dependiendo de la cantidad de corriente que se quiere generar y de los recursos disponibles, se utiliza una u otra fuente de movimiento, por ejemplo: cuando en una región hay grandes yacimientos de carbón, se utiliza éste combustible para alimentar calderas que producen vapor, fluido que mueve éste tipo de turbinas. De otro lado, si en la región hay una caída de agua se aprovecha éste fenómeno natural para impulsar turbinas hidráulicas; o si por el contrario el lugar no presenta ninguna ventaja de orden geológico o geográfico se puede utilizar motores de combustión interna como fuente de movimiento. FIG.2.1 Los terminales de un generador de corriente continua, se denominan polo positivo (+) y polo negativo (-). El negativo es el lugar de donde salen los electrones y el positivo es el terminal a donde llegan.En un generador de corriente alterna no es posible diferenciar los terminales por los polos porque la electricidad fluye por ellos, alternando su sentido o su dirección. La corriente alterna es generada de dos (2)maneras:trifásica o monofásica.En el primer caso la corriente es transportada por tres (3)cables y en el segundo por dos (2). 28  FIG.2.2 CIRCUITO ELECTRICO EN EL PROCESO DE SOLDADURA La Figura 2.2, ilustra el circuito eléctrico utilizado normalmente en el proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo manual revestido. Por la acción de un campo eléctrico mantenido en la máquina de soldar se inicia el flujo de corriente en el terminal No.1. La corriente fluye por un cable al porta – electrodo y por este al núcleo del electrodo, por el extremo salta a la pieza formando el arco eléctrico, continúa viajando por el metal base y a través de un cable conectado entre el trabajo y la máquina de soldar regresa al terminal No. 2 y de ésta manera recorre la totalidad del camino cerrado sobre sí. El flujo de corriente ocurre única y exclusivamente cuando el arco se encuentra encendido. 2.2.1 - MAQUINAS DE SOLDAR: Las máquinas de soldar son aparatos eléctricos capaces de mantener un campo eléctrico determinado entre dos (2) terminales. En las máquinas de corriente continua estos terminales se denominan el polo positivo (+) y el polo negativo (-). Cuando el cable del porta – electrodo se fija al borne (terminal) señalado con el signo negativo (-) y el cable que une el trabajo con la máquina se une al borne, señalado con el signo positivo (+) decimos que la polaridad es directa. (Fig.2.3). FIG.2.3 CONEXIÓN PARA POLARIDAD DIRECTA 29  FIG.2.4 CONEXIÓN PARA POLARIDAD INVERTIDA Cuando sucede lo contrario o sea que el cable del porta – electrodo se conecta al borne señalado con el signo positivo (+) y el cable del trabajo (cable de tierra) se fija al borne señalado con el signo (-) decimos que la polaridad es invertida (Fig.2.4). Como se explicó anteriormente, en las máquinas de soldar de corriente alterna, no es posible diferenciar los cables por sus polos debido a que la electricidad fluye la mitad del tiempo en un sentido y la otra mitad en sentido opuesto, cambiando de dirección (120) veces por segundo. Anteriormente se dijo que las máquinas de soldar son aparatos eléctricos capaces de mantener un voltaje determinado entre dos (2) terminales. Estos aparatos deben tener las siguientes propiedades: Rebajar el voltaje de la red – eléctrica que generalmente es de 110, 220 ó 440 voltios a un voltaje en circuito abierto que permita iniciar el arco. El voltaje que tiene la máquina entre sus dos terminales antes de iniciar el arco, es lo que se denomina VOLTAJE EN CIRCUITO ABIERTO, que varía de 45 a 90 voltios. Cuando se inicia el proceso debe reducir automáticamente el voltaje, fluctúa entre 15 y 45 voltios dependiendo de la longitud del arco y se denomina VOLTA JE DE ARCO. En los procesos de soldadura con arco eléctrico, la calidad de los trabajos depende en gran parte de la estabilidad del arco, lo que en buena proporción se logra con una correcta y continua alimentación de corriente, propiedad indispensable de una máquina de soldar. A diferencia de otros aparatos eléctricos, la mayoría de las máquinas de soldar no trabajan continuamente debido al calentamiento de sus elementos. El CICLO DE TRABAJO es la relación entre el tiempo que la máquina puede trabajar y el tiempo que debe descansar, convencionalmente se expresa en porcentaje en base a 10 minutos de observación. Por ejemplo, una máquina con un ciclo de trabajo de 60% es la que puede trabajar 6 minutos de cada 10. 30 El ciclo de trabajo da una idea del tiempo que puede trabajar la máquina en operación normal, si éste se excede, la máquina se calienta, se deteriora y el electrodo no funciona correctamente, lo que ocasiona sueldas de mala calidad. Una propiedad del equipo de soldar debe ser que la máquina se comporte de acuerdo al ciclo de trabajo especificado, si se tiene en cuenta que ésta, en una gran proporción es el elemento determinante en la selección del equipo. Todos los dispositivos eléctricos, mecánicos, hidráulicos y en general todos aquellos, que de una u otra manera transforman energía, tienen pérdidas durante el proceso de transformación, razón por la cual todos tienen incluidos dentro de sus especificaciones el término EFICIENCIA que cuantitativamente expresa la cantidad de energía que se pierde durante el proceso de transformación. CLASES DE MAQUINAS DE SOLDAR: Existen varias clases de máquinas de soldar, se diferencian unas de otras por el tipo de corriente que suministran (alterna o continua) y por la manera como ésta es obtenida. a) MAQUINAS ESTATICAS: Son las que no tienen ningún elemento con movimiento continuo, hay tres (3) posibilidades: 1. MAQUINAS TRANSFORMADORAS: Son las que utilizando un transformador, rebajan el voltaje y aumenta el amperaje de la red primaria de suministro. Proporcionan corriente alterna para soldar. 2. MAQUINAS RECTIFICADORAS: Además de transformar la corriente, convierte la corriente alterna en continua con rectificadores de Selenio o Silicio. 3. MAQUINAS TRANSFORMADORAS – RECTIFICADORAS: Dentro de un mismo conjunto tienen incluidos los dos (2)tipos anteriores y por lo tanto proporcionan corriente alterna, o continua para soldar. b) MAQUINAS ROTATIVAS: Se caracterizan porque tienen elementos en rotación continua que mueven un dinamo o generador de corriente. MAQUINAS MOTO-GENERADORAS: Consisten en un motor de combustión interna, bien sea de gasolina o de ACPM (Diesel), acoplado a un generador de corriente alterna o continua. Se utiliza cuando no existe una red de corriente eléctrica. MAQUINAS CONVERTIDORAS: La corriente se obtiene por la acción de un motor eléctrico unido a un generador de corriente continua. El motor se mueve al conectarlo a una red de corriente eléctrica. 31 2.2.2. ARCO ELECTRICO: Con anterioridad se dijo que una corriente eléctrica no circula si no tiene un camino cerrado sobre sí, luego se explicó en base a la Figura 2.2., el circuito de proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo manual revestido y la manera como la corriente fluye por acción del campo eléctrico mantenido entre dos (2) terminales de la máquina de soldar. A continuación estudiaremos las características del arco eléctrico y la manera como la corriente fluye del electrodo al metal o viceversa. El arco eléctrico consiste en una descarga eléctrica relativamente grande ocurrida a través de una columna gaseosa térmicamente ionizada llamada PLASMA. El gas al estar en una temperatura elevada se ioniza y se convierte en un medio conductor a través del cual la corriente fluye en forma de chista o descarga eléctrica. Dependiendo de la máquina de soldar y de la manera como está conectada, la corriente alterna puede saltar del electrodo al metal base o de éste al electrodo (corriente continua) o periódicamente cambiar su dirección (corriente alterna). Al iniciar el proceso,el gas se ioniza, es el aire que rodea el lugar en que se quiere generar el arco eléctrico. Cuando esto sucede, la atmósfera ionizada se mantiene por la descomposición de ciertos elementos incluidos en los materiales del revestimiento. La temperatura del arco eléctrico varía entre 5.000°C., y 30.000°C., dependiendo de la naturaleza del plasma y la corriente transportada a través de éste. En el proceso de soldadura por arco con electrodo manual revestido, se obtienen temperaturas de aproximadamente 6.000°C. En otros procesos de soldadura por arco eléctrico se utiliza gases inertes que aumentan la resistencia al flujo de corriente a través de ellos y por consiguiente la temperatura del arco. Aunque el arco eléctrico ha sido utilizado y estudiado durante más de un siglo, sus propiedades son en gran parte desconocidas, por sus funciones complejas de una gran cantidad de variables. Solamente se ha podido establecer principios fundamentales de alguna utilidad en la predicción del comportamiento del arco eléctrico, que por lo general están limitados en su utilización a regiones específicas y a menudo a condiciones de operación. Se requiere mucho más estudio y observación antes de que el diseño y control del arco eléctrico, se reduzca a una ciencia cuantitativa y exacta. 2.3.-ELECTRODO REVESTIDO. De las generalidades del proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo manual revestido, se ha hablado de las características, tanto de la máquina de soldar, como del arco eléctrico y de la manera como éste último se genera. A continuación describiremos 32  FIG.2.5 ESQUEMA DE CORTE DE UN ELECTRODO REVESTIDO el electrodo y explicaremos las funciones de sus dos (2) componentes (núcleo y revestimiento). La Figura 2.5., muestra un esquema en corte de un electrodo revestido, en donde se señalan 4 puntos importantes a saber: NUCLEO REVESTIMIENTO EXTREMO DE ARCO Y EXTREMO PORTA – ELECTRODO 2.3.1. EL NUCLEO O ALMA: Es una varilla de aleación metálica especialmente fabricada. Dependiendo del tipo de electrodo, tiene dimensiones y composición química definida. Sus componentes tales como el hierro, carbono, manganeso, silicio, fósforo, azufre, etc., proporcionan diferentes propiedades y características a la soldadura. El núcleo metálico cumple dos (2) funciones específicas; medio de transporte de electricidad y fuente de material de aportación. Debido a la alta temperatura del arco, el núcleo se funde y gota a gota se deposita en el trabajo. 2.3.2. EL REVESTIMIENTO: Es una masa constituida de diferentes minerales y sustancias orgánicas aplicadas torno al núcleo metálico. Sus funciones se pueden dividir en tres (3) grupos: GRUPO ELECTRICO GRUPO METALICO GRUPO FISICO 33 2.3.2.1. GRUPO ELECTRICO: Facilita el encendido del arco y lo mantiene con facilidad durante la ejecución de la soldadura. Lo anterior se logra por la descomposición de algunos elementos químicos, al quemarse en el arco, se genera una atmósfera de gases ionizados, conductores de electricidad. Permite el empleo de corriente alterna. Al utilizar éste tipo de corriente el arco se apaga y enciende 120 veces por segundo. En estas circunstancias, el arco se torna muy inestable debido al enfriamiento «ciclo» de la columna gaseosa que lo rodea. Algunos elementos, en ciertos tipos de electrodos, necesitan una temperatura relativamente baja para permanecer en estado ionizado, y por lo tanto facilitar el encendido periódico del arco, solucionándose así el problema de inestabilidad. 2.3.2.2. GRUPO METALURGICO: Reemplaza ciertos elementos del metal, que parcialmente se volatilizan debido a la alta temperatura del arco eléctrico. Los elementos de reemplazo están incorporados dentro del revestimiento en una proporción tal, que aunque parte de estos también se volatilizan, el resto se incorpora al metal fundido. Mejora las propiedades mecánicas de la zona de fusión. Esto se logra por la acción de elementos aportes de materiales de aleación, incluidos dentro del revestimiento. Estos materiales pueden lograr el mejoramiento de las propiedades mecánicas de dos (2) maneras: 1. Actúan como desnutrirantes,desoxidantes y desulfurantes, elementos que son perjudiciales en la calidad del metal. 2. Aporta elementos de aleación que mejoran y aumentan la calidad del metal aportado o fundido. Por ejemplo: Un electrodo con núcleo de acero dulce, por la acción de revestimiento, puede efectuar un depósito duro o uno inoxidable. También puede aumentar la cantidad de material de aportación. En cierto tipo de electrodos,el revestimiento tiene incorporado un elementos metálico (en polvo), de composición química similar a la del núcleo, que se derrite en el arco y se una al metal fundido proveniente del alma, aumentado de ésta manera, la cantidad de material depositado y por consiguiente la rata de deposición. 2.3.2.3. GRUPO FISICO: Protege el metal fundido de los gases dañinos del aire. El oxígeno y el nitrógeno del aire al combinarse con el metal fundido, forma óxidos y nitruros haciendo que el metal se torne frágil y poroso, con la consecuente disminución de sus propiedades mecánicas. Ciertos componentes del revestimiento, al quemarse en el arco, forman una atmósfera protectora que evita que el aire quede en contacto directo con el metal fundido. Algunos elementos del revestimiento se derriten formando una escoria que rodea totalmente las gotas del metal fundido durante el viaje de éstas, desde el extremo del electrodo al metal base, logrando así, su protección total. Al efectuarse el depósito, la escoria se mezcla con el metal finalmente se solidifica. La escoria sólida forma una capa. 34 sobre el depósito,que a un mismo tiempo protege el metal caliente de la acción perjudicial del aire y retardada su enfriamiento, evitando así que endurezca excesivamente. Dirige la fuerza del arco y el metal fundido en la dirección deseada. Esto se logra por cuando el revestimiento tiende a fundirse más lentamente que el núcleo metálico, formándose una especie de boquillas que orienta la dirección del arco, y dirige las gotas del metal derretido. El metal fundido posee tres (3)propiedades importantes que son: resistividad, viscosidad y tensión superficial. La resistividad es la resistencia que opone el metal fundido al flujo de corriente; en varias veces mayor que la del metal sólido en el punto de fusión. La viscosidad o resistencia a fluir, determina la rata con que el metal fluye a través de la separación entre dos (2) platinas y tensión superficial, expresa la facilidad con que el metal fundido llena cavidades relativamente pequeñas. Algunos elementos del revestimiento cumplen la misión de controlar dichas propiedades y de ésta manera facilitar el proceso de soldadura y velar por su calidad. 2.3.3. EXTREMO DE ARCO Y EXTREMO PORTA – ELECTRODO Como se dijo anteriormente en los electrodos revestidos, la corriente fluye por el núcleo, por lo tanto debe existir un buen contacto entre el porta – electrodo y el núcleo y entre éste y el trabajo. Razón por al cual se construyen los electrodos libres de revestimientos en sus extremos, como se muestra en la Figura. 2.5. 2.4. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. En la práctica el proceso de Soldadura por arco eléctrico con electrodo manual revestido, se resume de la siguiente manera: Las piezas por unir se colocan apropiadamente en el lugar de trabajo y se conectan por medio de un cable a uno de los terminales de la máquina de soldar. El electrodo se fija en el porta – electrodo que está conectada al otro terminal de la máquina mediante un segundo cable. El porta-electrodo, es un implemento en forma de tenaza, que va provisto de un mordaza intercambiable de cobre y un mango de caucho o fibra, con el fin de aislar al operario de la electricidad. Dependiendo de las dimensiones de las piezas por unir el diámetro y tipo de electrodo, se conecta la máquina de tal forma que suministre la cantidad de electricidad requerida, y que trabaje con la polaridad apropiada, esto último en el caso de utilizar equipos de corriente continua. Se pone la máquina en funcionamiento y se roza el extremo de arco del electrodo con la pieza, estableciéndose un circuito de corriente eléctrica, y de inmediato se levanta el electrodo a una distancia relativamente pequeña (1.5 a 2 mm.); la corriente eléctrica se ve forzada a saltar esa distancia, y encuentra un medio apropiado para hacerlo, por cuanto el aire cercano al lugar donde se estableció el circuito se ha calentado, y por lo tanto ha quedado ionizado. Al saltar la corriente,lo hace en forma de chispa o descarga eléctrica, que debido al su elevada temperatura hace que el metal base se derrita en el 35 lugar de la unión,y que el núcleo del electrodo se funda depositándose gota a gota en el trabajo, y que el revestimiento al descomponerse, cumple las funciones anunciadas en los párrafos anteriores. Para un correcto uso del proceso de soldadura por arco eléctrico con el electrodo manual revestido, hay que tener en cuenta los siguientes puntos: PREPARACION DE LAS PIEZAS POR SOLDAR POSICION DE SOLDAR SOLDABILIDAD DE LOS METALES SELECCIÓN DE LA SOLDADURA INSPECCION DE LA SOLDADURA NORMAS DE SEGURIDAD COSTOS DEL PROCESO Los capítulos siguientes tratarán por separado,sobre todos y cada uno de los puntos enumerados,de tal forma que el lector al estudiantes y asimilarlos, adquiera un conocimiento total sobre todos los pormenores del proceso. 36  CAPITULO III POSICIONES DE LA SOLDADURA, PREPARACION DE LAS PIEZAS PARA SOLDAR Y REPRESENTACION SIMBOLICA  CAPITULO III POSICIONES DE LA SOLDADURA, PREPARACIÓN DE LAS PIEZAS POR SOLDAR Y REPRESENTACIÓN SIMBÓLICA 3.1. POSICIONES DE LA SOLDADURA: En el proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo manual revestido, la soldadura se puede aplicar en las posiciones siguientes: Plana, Vertical, Horizontal y Sobrecabeza. 3.1.1. Posición Plana: Es aquella en que el trabajo está debajo de la mano y el metal se deposita sobre un plano horizontal. La ejecución de cordones en esta posición es fácil y económica, por lo tanto en cuanto sea posible se debe utilizar. (Fig.3.1.). FIG.3.2 POSICIÓN PLANA 38 3.1.2. Posición Vertical: La Figura 3.2.,muestra esquemáticamente esta posición,los cordones se ejecutan siguiendo la dirección de un eje vertical.El electrodo se puede desplazar de dos maneras: subiendo o bajando. FIG.3.2 POSICIÓN VERTICAL 3.1.3. Posición Horizontal: En la Figura 3.3.,se ven dos (2)platinas colocadas verticalmente,el cordón se ejecuta horizontalmente. FIG.3.3 POSICIÓN HORIZONTAL 39 3.1.4. Posición Sobrecabeza A diferencia de la posición plana, la mano se coloca debajo del trabajo y la soldadura se ejecuta de la manera como se ilustra en la Figura 3.4. FIG.3.4 POSICIÓN SOBRECABEZA Las cuatro posiciones anteriores son las que se denominan fundamentales. En la práctica se pueden presentar trabajos donde se utilizan posiciones intermedias, como lo puede ser una unión en un plano inclinado. También se puede presentar el caso de trabajos donde la unión se completa utilizando dos o más posiciones; en la soldadura de tuberías de oleoducto, por ejemplo, la unión se logra utilizando básicamente la posición plana, la vertical y la sobrecabeza. Dentro del grupo físico de funciones del revestimiento, se incluye aquella de dirigir la fuerza del arco eléctrico y orientar el metal fundido en la dirección deseada. El metal fundido del núcleo del electrodo tiende a caer al suelo cuando se suelda en posiciones difíciles. Gracias al revestimiento de cierto tipo de electrodos se ha logrado contrarrestar la fuerza de gravedad y por lo tanto se ha facilitado la soldadura en cualquier posición. 3.2 PREPARACIÓN DE LAS PIEZAS POR SOLDAR: Una vez se ha logrado cualquier proceso de soldadura para la manufactura o reparación de elementos metálicos y en especial cuando se escoge el proceso por arco con electrodo manual revestido, hay necesidad de preparar el trabajo en forma tal que se garantice el logro de una unión soldada de óptima calidad. La preparación de las piezas por soldar tiene dos (2) pasos: 40 SELECCION DE LA FORMA DE UNION. DISEÑO DE LA JUNTA FIG.3.5 ESQUEMA DE LAS DIFERENTES FORMAS DE UNION 3.2.1 Selección de la Forma de Unión. Hay cinco (5)maneras fundamentales de lograr una unión entre dos (2)objetos y se diferencian entre sí por la forma como se coloca uno en relación al otro. Las cinco (5) maneras son: «A Tope », «En Angulo », «De Solape », «Por el Borde » y «En T ». La Figura 3.5., las ilustra tomando como ejemplo la unión de dos (2)platinas. FIG.3.6 LA SELECCIÓN DE LA FORMA DE UNION DEPENDE DE LA PIEZA A FABRICAR 41 La principal condición que se tiene en cuenta, para seleccionar la formación, lo da el diseño mismo de la estructura que se quiere soldar. La Figura 3.6., muestra dos (2) ejemplos que explican la anterior afirmación. El primero, un soporte de cojinete hecho de piezas relativamente delgadas que proporcionan una buena rigidez en las dos direcciones y el segundo, una estructura hecha con una sección en U y un conjunto de chapas cortadas. En los dos (2) ejemplos anteriores, se hubiera podido variar el tipo de unión, lográndose aparentemente la misma rigidez pero por lo general en el diseño de elementos metálicos bien sean construidos por maquinado, forja o ensamble en base a soldadura, no solamente se tiene en cuenta los requerimientos de resistencia, sino también aquellos relacionados con la forma, peso y localización de los elementos, de tal manera que el conjunto cumpla la función para la cual fue diseñado. Esto último puede determinar en algunos casos, la forma de unión que se debe utilizar. De otro lado,el proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo manual revestido, se utiliza en una gran proporción en la reparación de maquinaria. En la mayoría de los casos no se puede variar el diseño y por lo tanto automáticamente queda determinada la forma de unión. Por ejemplo en la rotura de un eje los dos (2) pedazos tienen que ser unidos «A Tope» y «De Solape», mientras que una viga en al «I» hecha con tres (3) platinas tienen que ser soldadas utilizando la unión «En T» (Fig.3.7.). FIG.3.7 CASO EN EL QUE LA FUNCION DETERMINA LA FORMA DE LA JUNTA 42 En resumen,la forma de unión la determina en la mayoría de los casos la necesidad que se quiere satisfacer. La resistencia de la uniones soldadas, cuando son sometidas a diferentes tipos de cargas (tracción, torsión, compresión, impacto, etc.)es estabilidad por el tipo de junta que se utiliza y por el diseño de la misma. Esto último es el tema de la siguiente sección. 3.2.2. Diseño de la Junta: Cualquier proceso de soldadura como función el obtener una unión entre dos o más objetos. El punto en donde se ha de lograr la unión se denomina Junta y cuando esto ha ocurrido aquel punto se llama Ensamble o Junta Soldada.(Fig.3.8.). Un diseño correcto de la Junta, es una parte vital de cualquier proceso de soldadura. La seguridad y la vida útil de una estructura soldada depende de la eficiencia de la Junta. Aunque se deben considerar muchas variables, el factor determinante en el diseño de la junta, es la condición del servicio a que van a estar sometidas las piezas soldadas. Debido a diferentes condiciones de operación, una junta puede ser excelente para una aplicación y completamente inapropiada para otra. Un diseño correcto ayuda a controla la distorsión, reduce la posibilidad de agrietamiento, facilita el trabajo del operario y produce sueldas sanas a un bajo costo. Las juntas que van a ser sometidas a erosión y corrosión, tienen que se diseñadas de tal forma que el ensamble quede libre de irregularidades y hendeduras, para efectos de protegerla de cualquiera de éstas formas de ataque. Hay que considerar la manera como se aplicarán los esfuerzos durante el servicio, los que se pueden presentar en forma de tensión, compresión, corte, doblaje y torsión. Ciertos diseños de junta son apropiados únicamente para soportar esfuerzos en una FIG.3.8 DIFERENCIA ENTRE “JUNTA ” Y “ENSAMBLE ” 43 dirección,mientras que otros son apropiados para utilizarlos cuando los esfuerzos son variables o impredecibles. Se requieren diferentes diseños dependiendo de que la carga sea estática o dinámica y más aún cuando hay que tener en cuenta, el cambio paulatino de las propiedades mecánicas del material que ocurren con el servicio a través del tiempo (fatiga). Otro factor que afecta el diseño de una junta, es la eficiencia requerida. El término «EFICIENCIA DE LA JUNTA» se utiliza para indicar la resistencia de la junta soldada, expresada como un porcentaje de la resistencia del metal base. Hay tres (3) tipos de ensambles o juntas soldadas: Con chaflán, en filete y una combinación de las dos (2) anteriores. 3.2.2.1 Juntas con bisel o chaflán: Para unir dos (2) piezas, generalmente es necesario preparar un bisel o chaflán en el cual se depositará la soldadura, para formar el ensamble. Fig.3.9. Las Figuras 3.10., muestran los diferentes tipos de juntas con chaflán, con sus respectivos nombres. A continuación se definen e ilustran las diferentes partes que forman un Ensamble con chaflán. FIG. 3.9 ENSAMBLE CON BISEL FIG. 3.10 44  FIG. 3.10 FIG. 3.10 45 ANGULO DEL BISEL: El ángulo formado entre el borde preparado de uno de los objetos por soldar y el plano perpendicular a su superficie.(Fig.3.11.). FIG.3.11 DIFERENCIAS ENTRE CHAFLAN Y BISEL ANGULO DE CHAFLAN: El ángulo total incluido entre los bordes biselados o preparados de los objetos por unir, cuando estos están colocados de tal forma que puede determinar la junta (Fig.3.11). CARA DEL CHAFLAN: Las superficies de las partes por soldar incluidos en el chaflán.(Fig.3.12.). FIG.3.12 REPRESENTACION DE LAS PARTES DE UNA UNIÓN 46 RAIZ DE LA JUNTA: Aquella porción de una junta por soldar donde los miembros quedan los más cercanos el uno del otro (Fig.3.13.). FIG.3.13 ESQUEMA DE LA IDENTIFICACION DE LAS PARTES DE UNA UNION, RAIZ Y CARA DE LA JUNTA RAIZ DE UNA JUNTA SOLDADA: El lugar en donde la parte inferior de la soldadura intersecta las superficies del metal base.(Fig.3.14). FIG.3.14 RAIZ DE LA JUNTA SOLDADA O ENSAMBLE 47 CARA DE LA RAIZ: La parte de la cara del chaflán adyacente a la raíz de la junta.Fig.3.12. BORDE DE RAIZ: Cuando la cara de la raíz tiene dimensión «0 ». ABERTURA DE LA RAIZ: La separación entre los objetos por soldar medida en la raíz de la junta.(Fig.3.11.). CARA DE LA SOLDADURA: La superficie de un cordón de soldadura que queda expuesta al ambiente,mirada por el lado donde ésta fue depositada. (Fig.3.14). PIE DE LA SOLDADURA: La unión entre la cara de la soldadura y el metal base. (Fig.3.14.). NOTA: Las anteriores definiciones e ilustraciones fueron tomadas de la norma de la American Welding Society Titulado: Standard Welding Terms and Definitions (A.W.S. A3.0). Como se vio en párrafos anteriores, hay un buen número de ensambles con chaflán. La selección del más apropiado está influenciada por la facilidad de la operación, por los costos,por las condiciones de servicio y por el diseño mismo de la estructura a fabricar en base a uniones soldadas. Cuando se trabaja con materiales relativamente delgados y cuando las cargas a que va a estar expuesta la estructura soldada,son estáticas,el ensamble con chaflán cuadrado da resultados satisfactorios y es muy económico por cuanto no requiere una preparación costosa de las piezas a soldar, sin embargo está limitado por el espesor de la junta. Cuando el espesor de la junta aumenta hay necesidad de biselar los bordes de las piezas para efectos de darle a la soldadura un acceso adecuado de tal manera que se puedan lograr sueldas sanas y resistentes. En el proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo manual revestido, el costo de la operación está influenciado por dos (2) factores: la preparación de la junta y el consumo del metal de aportación. Los ensambles con chaflán en «U» y en «J», minimiza el consumo de soldadura y se deben utilizar, cuando el ahorro por éste concepto justifica la costosa preparación de las juntas, o sea cuando el espesor de las piezas por unir es considerable. Una desventaja de los ensambles hechos con chaflán en «J» o en «U» es la dificultad de obtener sueldas sanas por la facilidad con que la escoria queda atrapada debido a la presencia de bordes no inclinados en la junta. La selección de la apertura de raíz y del ángulo del chaflán, está influenciada por el tipo 48 de metal utilizado,por las características mecánicas que deben tener el ensamble,por la localización de la junta en la estructura soldada, por el consumo de soldadura y por los requerimientos de eficiencia de la junta soldada. Esto último generalmente se quiere que sea del 100%, de donde la junta soldada que más se utiliza es aquella que se extiende completamente a través de los objetos por unir. La Figura 3.15 y 3.16., muestran las proporciones recomendadas de las juntas con chaflán.Estas proporciones han sido encontradas y establecidas en base a investigación y son con las que se obtiene una penetración completa de junta, y con las que se garantiza la obtención de sueldas sanas y resistentes. Esto último cuando se escoge el ensamble apropiado y cuando la unión se logra adecuadamente. FIG.3.15.1 JUNTAS CON CHAFLAN CUADRADO Y DE REBORDE PARA SOLDAR DE UN SOLO LADO FIG.3.15.2 DIMENSIONES RECOMENDADAS PARA JUNTAS CON CHAFLAN CUADRADO PARA SOLDAR DE AMBOS LADOS 49  FIG.3.15.3 DIMENSIONES RECOMENDADAS PARA JUNTAS CON CHAFLAN CUADRADO PARA SOLDAR POR UN SOLO LADO Y CON PLATINA DE RESPALDO FIG.3.15.4 PARA JUNTAS CON CHAFLAN EN V SIMPLE PARA SOLDAR DE UNO O AMBOS LADOS FIG.3.15.5 JUNTAS CON CHAFLAN PARA SOLDAR DE UN SOLO LADO Y CON PLATINA DE RESPALDO. 50  FIG.3.15.6 FIG.3.15.7 JUNTAS CON CHAFLAN JUNTAS CON BISEL SENCILLO PARA SOLDAR PARA SOLDAR DE DE AMBOS LADOS UNO O AMBOS LADOS 3.15.8 a 3.15.8 b JUNTAS CON BISEL SIMPLE JUNTAS CON BISEL SIMPLE PARA SOLDAR DE UN PARA SOLDAR DE UN SOLO SOLO LADO Y CON PLATINA LADO CON PLATINA DE DE RESPALDO RESPALDO 51 A continuación se ilustra por separado los diferentes tipos de ensambles con chaflán. Las notas que acompañan cada ilustración describen las ventajas y limitaciones del uso de cada uno y son las incluidas en la tercera edición del «Welding Hand Book » publicado por American Welding Society. FIG.3.16.1 JUNTAS CON BISEL DOBLE PARA SOLDAR DE AMBOS LADOS FIG.3.16.2 JUNTAS CON CHAFLAN SIMPLE PARA SOLDAR DE UNO O AMBOS LADOS 52  FIG.16.3 JUNTAS CON CHAFLAN PARA SOLDAR POR AMBOS LADOS FIG.3.16.4 JUNTAS CON BISEL EN J PARA SOLDAR POR UNO O AMBOS LADOS 53  FIG.3.16.5 JUNTAS CON BISEL EN J PARA SOLDAR DE UNO O AMBOS LADOS FIG.3.16.6 FIG.3.16.6 A JUNTAS CON BISEL JUNTAS CON BISEL EN DOBLE J EN DOBLE J PARA SOLDAR DE PARA SOLDAR DE AMBOS LADOS AMBOS LADOS 54  FIG.3.17 FIG.3.17. Ensamble con chaflán cuadrado,soldado por un lado con penetración de la junta parcial o completa. 1) La resistencia depende del grado de penetración de la soldadura. 2) No se debe usar cuando la tensión,originada por un doblaje,se concentra en la raíz de la soldadura. 3) No se debe usar cuando el conjunto queda sujeto a fatiga o impacto. 4) No se debe usar cuando el servicio se efectúa a bajas o altas temperaturas,o en ambientes corrosivos. 5) Económica preparación de junta,solo se requiere el emparejamiento de los bordes. 6) Una completa penetración de junta se obtiene en materiales relativamente delgados. 7) Recomendado para espesores menores de 6 mm. 8) Las uniones que se logran son relativamente resistentes a cargas estáticas. 55 FIG.3.18. Ensamble con chaflán cuadrado,soldado por los dos (2)lados,con penetración parcial de la junta. FIG.3.18 1) La resistencia depende del grado de penetración de la soldadura y de la magnitud de la garganta en el caso de la junta en ángulo. 2) Sirve para soportar únicamente cargas estáticas. 3) No se debe usar cuando el conjunto va a quedar sujeto a fatiga,impacto o cuando el servicio es a altas o bajas temperaturas. 4) Económica desde el punto de vista de preparación de la junta y consumo de la soldadura. FIG.3.19 56 FIG. 3.19. Ensamble con chaflán cuadrado, soldado por los dos (2)lados, con penetración total de la junta. 1) Se puede utilizar con cualquier tipo de carga. 2) Económica en cuanto a su preparación y consumo de soldadura. 3) Sin apertura de raíz se puede obtener una penetración completa de la junta cuando se sueldan materiales hasta de 3 mm., de espesor. 4) Con apertura de raíz igual a la mitad del espesor del material se puede obtener penetración total con espesores hasta de 6 mm. 5) Para efecto de obtener sueldas sanas hay que remover la escoria de la raíz del primer cordón y luego sí efectuar el segundo. FIG.3.20 FIG.3.20. Ensamble cuadrado, soldado por un lado, con platina de respaldo y penetración total de la junta. 1) Adecuada para cualquier situación de carga. 2) Util cuando toda la soldadura se tiene que hacer por un lado. 3) Se puede utilizar cuando el espesor del material no exceda de 5 mm. 4) La apertura de la raíz debe ser igual al espesor del material. 5) Preparación económica de junta. 6) La platina de respaldo se puede quitar una vez efectuada la unión. 57 FIG.3.21. Ensamble con chaflán en «V » sencilla, soldada por un lado, con penetración parcial o total de la junta. 1) La resistencia depende del grado de penetración, la cual es ligeramente mayor que la profundidad del chaflán. 2) Cuando la profundidad del chaflán no excede de 19 mm., se puede considerar que el proceso es económico desde el punto de vista de la cantidad de soldadura consumida. 3) No se debe utilizar cuando la tensión queda concentrada en la raíz, ni cuando queda sujeto a impacto o fatiga. 4) Se puede utilizar cuando las cargas son estáticas. 5) Su preparación es económica. FIG. 3.21 58 FIG.3.22 Ensamble con chaflán en «V» sencilla, soldada por los dos (2)lados con penetración total de la junta. 1) Excelente resistencia para todos los tipos de carga. 2) En cuanto al consumo de soldadura, es económico hasta la espesores de 19 mm. 3) Para obtener resistencias máximas hay que remover la escoria de la raíz de la primera soldadura antes de efectuar la de respaldo. FIG.3.22 FIG.3.23 Ensamble con chaflán en «V » sencilla, con platina de respaldo, penetración completa de junta. 1) Similar a la anterior,se utiliza cuando sólo se puede soldar por un lado. 2) Después de soldar se puede quitar la platina de respaldo. FIG.3.23 59 FIG.3.24 Ensamble con chaflán en doble «V» ,soldada por los dos (2) lados con penetración parcial de junta. 1) La resistencia depende de la penetración de junta. 2) Se utiliza únicamente para carga estática. 3) No se debe utilizar cuando el ensamble está sujeto a fatiga o impacto. 4) Económica cuando la profundidad de los chaflanes no excede de 19 mm. FIG. 3.24 FIG.3.25 Ensamble con chaflán en doble «V» soldado por los dos (2) lados con penetración total de la junta. 1) Apropiado para cualquier tipo de carga. 2) Se debe remover la escoria de la raíz de la primera soldadura. Antes de efectuar la de respaldo. 3) En espesores hasta de 40 mm., son económicas desde el punto de vista del consumo de soldadura. FIG. 3.25 60 FIG.3.26 Ensamble con bisel en «V» simple, soldado por un lado, con penetración parcial o total de la junta. 1) La resistencia depende de la profundidad del bisel. 2) La presencia de una cara perpendicular hace difícil la obtención de sueldas sanas. 3) No se debe utilizar cuando una tensión,originada por un doblaje, se concentra en la raíz de la soldadura ni cuando el conjunto va a estar expuesto a cargas de impacto o a fatiga. 4) Cuando la profundidad del bisel no excede de los 19 mm., en ensamble es económico desde el punto de vista del consumo de la soldadura. FIG. 3.26 FIG.3.27 Ensamble con bisel en «V» simple, soldada por los dos (2) lados, con penetración completa de junta. 1) Excelente resistencia para todos los tipos de carga,siempre y cuando se remueva la escoria de la raíz de la primera soldadura antes de efectuar la segunda. 2) Difícil de obtener una suelda sana debido al borde perpendicular de la junta, que atrapa con facilidad la escoria. 3) El consumo de soldadura es económico hasta de espesores de 19 mm. 61  FIG. 3.27 FIG.3.28 Ensamble con bisel en «V» simple, soldado por un lado, con penetración de junta total y con platina de respaldo. Similar a la anterior, se utiliza cuando se puede soldar por un lado,la platina de refuerzo se puede quitar una vez obtenida la unión. FIG. 3.28 62 FIG. 3.29 Ensamble con doble bisel en «V» simple, soldada por los dos (2) lados con penetración parcial de la junta. 1) La resistencia depende de la profundidad de los biseles. 2) El borde perpendicular dificulta la obtención de sueldas sanas. 3) Se utiliza para cargas estáticas únicamente. 4) No se debe usar cuando las cargas son de impacto o el conjunto está sujeto a fatiga. 5) El consumo de soldadura es tolerante cuando la profundidad del bisel no excede de 19 mm. FIG. 3.29 63 FIG. 3.30 Ensamble con doble bisel en «V» simple, soldado por los dos (2) lados con penetración total. 1) Se puede utilizar con cualquier tipo de carga. 2) Excelente resistencia cuando se remueve la escoria de la raíz de la primera soldadura antes de efectuar la de respaldo. 3) La presencia del borde perpendicular dificulta la obtención de sueldas sanas. 4) Consumo de soldadura económico cuando el espesor no excede de 40 mm. FIG. 3.30 FIG. 3.31 Ensamble con bisel en «J» soldado por un lado con penetración parcial o total de la junta. 1) La resistencia depende de la profundidad del bisel. 2) La cara perpendicular del chaflán dificulta la obtención de sueldas sanas. 64  FIG. 3.31 3) No se debe utilizar cuando la tensión queda concentrada en la raíz de la soldadura, ni cuando las cargas son de impacto. 4) Este tipo de ensamble no se debe usar cuando esté sometida a fatiga. 5) Cuando se trabaja con espesores superiores a 19 mm., el consumo de soldadura es inferior que el de los ensambles anteriores, sin embargo la preparación de la junta es más costosa. FIG. 3.32 FIG. 3.32. Ensamble con bisel doble en «J» soldado por los dos lados con penetración total. 65 1) Excelente resistencia en todas las situaciones de carga,siempre y cuando se remueva la escoria de la raíz de la primera soldadura,antes de efectuar la segunda. 2) Difícil de obtener sueldas sanas debido a la presencia de una cara perpendicular en el chaflán. 3) La preparación de la junta es costosa. 4) Cuando la profundidad de cada bisel es mayor que 19 mm.,se necesita menos soldadura para obtener la unión que cualquiera de los ensambles equivalentes descritos con anterioridad. FIG. 3.33 FIG. 3.33 Ensamble con chaflán en «U» sencilla, soldada por un lado con penetración parcial de la junta. 1) La resistencia depende de la profundidad del chaflán. 2) La unión se puede obtener fácilmente. 3) El consumo de soldadura es mucho menor que el equivalente con bisel en «J» pero la preparación de la junta es mucho más costosa. 4) No se debe usar cuando una tensión debida a doblaje se concentra en la raíz de la soldadura, ni cuando las cargas son de impacto o se presenta fatiga. 5) Util para soportar cargas estáticas únicamente. FIG. 3.34 Ensamble con chaflán en «U» sencilla, soldada por los dos (2) lados, con penetración total de la junta. 1) Resistente en todas las condiciones de carga. 66  FIG. 3.34 2) Cuando se trabaja en espesores superiores a los 19 mm., el consumo de soldadura es relativamente pequeño. 3) Con este tipo de ensamble se puede lograr la unión fácilmente, pero para obtener sueldas sanas hay necesidad de remover la escoria de la raíz de la primera soldadura antes de efectuar la de respaldo. 4) Su preparación es costosa. FIG. 3.35 FIG. 3.35 Ensamble con chaflán en doble «U» soldada por los dos (2) lados, con penetración parcial de la junta. 1) La resistencia del ensamble depende de la profundidad del chaflán. 2) Es fácil de soldar pero costosa de preparar. 67 3) Soporta cargas estáticas únicamente,no se debe usar cuando el ensamble esté sujeto a impacto o fatiga. 4) Económica desde el punto de vista de la soldadura consumida y en especial cuando la profundidad de cada chaflán excede de 19 mm. FIG. 3.36 FIG. 3.36 Ensamble con chaflán en doble «U» soldado por los dos (2) lados con penetración total de la junta. 1) Se obtienen sueldas de excelente resistencia para todo tipo de cargas. 2) Fácil de soldar pero difícil y costosa la preparación de la junta. 3) Para obtener sueldas sanas hay que remover la escoria de la raíz de la primera soldadura antes de efectuar la de respaldo. 4) Espesores mayores de 40 mm., se pueden soldar con menor consumo de soldadura que cualquier otro ensamble equivalente. 3.2.2.2 – Ensamble en Filete: Los ensambles con filete, son sueldas de área seccional triangular, que une dos (2) superficies que están a 90 ° aproximadamente la una de la otra. Este tipo de ensamble se utiliza en uniones de solape, en ángulo o en «T ». La Figura 3.39 A.B., ilustra tres (3) tipos de ensamble en filete que se utilizan, normalmente con sus respectivos nombres. A continuación se define e ilustran las diferentes partes que forma un ensamble en filete. RAIZ: FIG. 3.37 El lugar a donde el extremo inferior de la soldadura intersecta las dos superficies por unir. 68  FIG. 3.37 CARA DE LA SOLDADURA: La superficie de la soldadura que queda expuesta al ambiente (Fig.3.38). PIE DE LA SOLDADURA: La unión entre la cara de la soldadura y el metal base (Fig.3.38). FIG. 3.38 BRAZO DE LA SOLDADURA: La distancia que existe entre la raíz y el pie de la soldadura.(Fig.3.39). 69 TAMAÑO DE LA SOLDADURA: BRAZOS IGUALES: La longitud de los lados del triángulo isóceles,rectangular, de dimensiones máximas que se puede inscribir en la sección de la soldadura (Fig.3.39). Cuando ‘a’ es igual a ‘b’. FIG.3.39 ILUSTRA ENTRE FLECHAS LA DIMENSION DEL BRAZO DE LA SOLDADURA BRAZOS DESIGUALES: Las dimensiones de los lados del triángulo rectángulo, de dimensión máximas que se pueden inscribir en la sección de la soldadura. (Fig.3.39). Cuando ‘a’ es diferente de ‘b’. FIG.3.40 ENSAMBLE EN FILETE CONCAVO O CONVEXO: Una junta soldada en filete con la cara cóncava o convexa (Fig. 3.40). 70 GARGANTA REAL O ACTUAL: La mínima distancia existe entre la raíz y la cara. GARGANTA TEÓRICA: La altura del triángulo rectángulo mayor que se pueda inscribir dentro del área seccional de la soldadura, tomando su raíz como el vértice opuesto a la hipotenusa.(Fig.3.40). CONVEXIDAD: En un ensamble en filete convexo la convexidad se define como la diferencia entre la garganta real y la teórica (Fig.3.40). CONCAVIDAD: La distancia máxima existente, entre la cara y la línea que une los pies de la soldadura. Por razones de economía y cuando el diseño de la estructura soldada lo permite, se utilizan los ensambles en filete en vez de los ensambles con chaflán. Aunque la preparación de junta es muy sencilla, su consumo de soldadura es mayor que en el caso de los ensambles con chaflán. A continuación describiremos las ventajas y limitaciones en el uso de los tres tipos de ensamble en chaflán. FIG. 3.41 FIG. 3.41 Ensamble con filete sencillo. 71 1) La resistencia depende del tamaño del filete. 2) No se necesita ninguna preparación de los bordes de las piezas por unir. 3) Util cuando el conjunto tiene que soportar cargas estáticas. 4) No se debe utilizar cuando la tensión debida a un doblaje se concentra en la raíz de la soldadura. 5) No se debe usar cuando el conjunto va a estar sujeto a fatiga o a cargas de impacto. 6) No se debe soldar con este ensamble platinas pesadas. FIG. 3.42 FIG.3.42 Ensamble en filete doble. 1) Con un filete de tamaño adecuado se puede obtener excelente resistencia a cargar estáticas. 2) No requiere preparación. 3) El consumo de soldadura es tolerable cuando las secciones de las piezas por soldar son de dimensiones medianas (espesor máximo 20 mm.). 4) En el caso de uniones de solape, se obtiene la resistencia máxima cuando la dimensión del solape es cinco (5)veces el espesor del miembro más delgado. FIG. 3.43 72 FIG.3.43 Ensamble con filete doble con penetración total de la junta, soldado por ambos lados. 1) Excelente resistencia en todas las situaciones de carga,siempre y cuando se remueva la escoria de la raíz de la primera soldadura,antes de efectuar la de respaldo. 2) No requiere preparación de la junta. 3) El consumo de soldadura no es excesivo cuando las secciones de las piezas por unir son de dimensiones medianas (máximo 20 mm.). 3.2.2.3 – Ensamble –Combinado Se pueden hacer juntas soldadas que incluyan un ensamble en filete adicionado a uno en chaflán. El ensamble combinado sirve para distribuir los esfuerzos y para aumentar la resistencia de la estructura soldada. FIG. 3.44 La cara del filete debe ser cóncava cuando la dirección de los esfuerzos son transversales a la junta. La Figura 3.44, nos muestra ejemplos típicos de ensambles combinados. 3.3 – REPRESENTACIÓN SIMBÓLICA: La soldadura es un proceso de fabricación o ensamble de piezas mecánicas,por lo tanto requiere de medios para comunicar la información del diseñador al soldador. Para lograr esta comunicación se tiene un sistema de símbolos con los cuales se puede interpretar claramente las ideas del diseñador. 73 Las instrucciones y símbolos que se presentan a continuación, son los que aparecen en el folleto AWS A20-58 titulado Welding Symbols en lo que se relaciona al proceso de soldadura por arco con electrodo manual revestido. Las Figuras 3.10,3.36, y 3.44, muestran los diferentes tipos de ensambles soldados a saber: Con Chaflán En filete Combinados Respectivamente Los componentes básicos del sistema de representación simbólica, son una flecha, una línea de referencia, (a la que se le debe agregar otros símbolos) y la cola (Fig.3.47). FIG. 3.47 FIG. 3.47 La flecha apunta a la junta a realizar, la línea de referencia se usa para ubicar en ella los símbolos de la soldadura y en la «cola » se incluye información adicional o información referente al proceso de soldadura a utilizar. 3.3.1 – Instrucciones Generales: 3.3.1.1.- Los símbolos colocados en la línea de referencia definen el tipo de soldadura deseada. FIG. 3.48 74 a) La flecha debe conectar la línea de referencia con un lado de la junta. Cuando la soldadura se debe hacer en el lado que indica la flecha, el símbolo correspondiente se debe colocar por debajo de la línea de referencia, cuando la unión se debe lograr en el lado opuesto al indicado por la flecha,el símbolo correspondiente se debe colocar sobre la línea de referencia (Fig.3.48). b) Cuando la unión se debe lograr por los dos lados, se deben incluir los símbolos correspondientes a lado y lado de la línea de referencia.(Fig.3.49). FIG. 3.49 c) En la cola del símbolo se hacen anotaciones respecto al proceso de soldadura, normas,tipo de electrodo a usar etc.,(Fig.3.50 A). Cuando no se necesita incluir ninguna información de este tipo se puede omitir la cola (Fig.3.50 B). d) Cuando la soldadura se extiende a lo largo de toda la junta se indica con el símbolo y cuando la unión se debe obtener en el lugar de ensamble y no en el que se efectuó la construcción primaria,se indica con el siguiente símbolo. FIG. 3.50 e) El símbolo de la soldadura a efectuar se debe colocar en la línea de referencia y no en las líneas del dibujo. f) Los símbolos de uniones con bisel,en filete en «J » y por el borde deben tener el lado perpendicular a la izquierda desde el punto de vista del lector (Fig.3.51). 75  FIG. 3.50 FIG. 3.51 g) La información dimensional se debe incluir a lo largo de la línea de referencia para efectos de ser leída de izquierda a derecha. h) Para uniones que tengan más de una soldadura, el símbolo debe incluir indicación e información de cada una (Fig.3.52). FIG. 3.52 76 3.3.1.2. - Representación simbólica de los ensambles en filete:(Instrucciones) a) El símbolo básico de la unión es el siguiente ver gráfica. FIG. 3.53 b) El tamaño de la soldadura se coloca a la izquierda del símbolo (Fig.3.53). c) Cuando los brazos son desiguales,las dimensiones se deben colocar entre paréntesis (Fig.3.54). FIG. 3.54 77 d) Cuando se va a lograr la unión por los dos (2)lados y las dimensiones son iguales, se puede dimensionar un solo símbolo (Fig.3.55).,cuando son diferentes se deben dimensionar cada una por separado (Fig.3.56). FIG. 3.55 FIG. 3.56 e) La longitud de la unión se coloca a la derecha del símbolo (Fig.3.57). FIG. 3.57 78 f) Cuando la unión se debe lograr por tramos,se señala de la forma que indica la Figura 3.58,en donde el primer número da la longitud de cada cordón y el segundo la distancia entre cada uno,medida desde sus respectivos centros. FIG. 3.58 g) Las características de acabado de la cara de la soldadura se ilustra de la siguiente manera: 1. Obtener la cara de la soldadura aproximadamente plana (Fig.3.59). FIG. 3.59 79 2. Obtener la cara de la soldadura plana por métodos mecánicos.(Fig.3.60). FIG. 3.60 3. Obtener la cara de la soldadura convexa por métodos mecánicos (Fig.3.61). FIG. 3.61 3.3.1.3. - Representación simbólica de los ensambles en chaflán.(Instrucciones). a) Las dimensiones del chaflán o del bisel se deben colocar el mismo lado del símbolo correspondiente.(Fig.3.62). FIG. 3.62 80 b) La profundidad del chaflán se muestra a la izquierda del símbolo respectivo (Fig. 3.63). FIG. 3.63 c) Cuando la unión debe tener una determinada penetración de raíz se ilustra de la siguiente manera: (Fig.3.64). FIG. 3.64 El primer número expresa la profundidad del bisel o del chaflán y el segundo la penetración de raíz. 81 Cuando se tiene el caso específico de chaflán cuadrado se ilustra de la siguiente manera (Fig.3.65),en donde el número expresa la penetración de raíz. FIG. 3.65 d) La apertura de raíz y el ángulo de chaflán se incluyen en la representación simbólica de la manera como lo indica la Figura 3.66. FIG. 3.66 e) Cuando la unión se debe obtener con soldadura de refuerzo,se debe colocar el símbolo correspondiente en el lado opuesto al que denote el chaflán.(Fig.3.67). FIG. 3.67 82 f) Cuando se suelda por lado y lado con chaflanes iguales,se puede dimensionar un solo símbolo (Fig.3.68.A),y cuando son diferentes se debe dimensionar cada uno por separado.(Fig.3.68.B). FIG. 3.68 g) Cuando la cara de la soldadura debe quedar aproximadamente plana,se utiliza la siguiente norma (Fig.3.69.A).,y cuando se quiere que quede plano o cóncava por métodos mecánicos,se ilustra de la manera como lo muestra la Fig.3.69.B.). FIG. 3.69 83 h) Cuando se desea una penetración total al soldar por un solo lado,se utiliza el símbolo de fusión total (Fig.3.70). FIG. 3.70 3.3.1.4. - Recubrimientos. (Instrucciones) a) El símbolo que muestra la Figura 3.71.A, se utiliza para indicar el proceso para recubrir una superficie con soldadura. b) La dimensión o altura del depósito se coloca a la izquierda del símbolo como lo muestra la Fig.3.71.B. FIG. 3.71 84 3.3.1.5. - Representación simbólica del ensamble por reborde: a) Esta unión se representa con los símbolos que muestra la Fig.3.72. FIG. 3.72 b) Las dimensiones se colocan a la izquierda del símbolo (Fig.3.73).,en donde el primer número de la suma corresponde al radio de la curvatura y el segundo a la altura por sobre el punto de tangencias. El número que se encuentra solo,corresponde al tamaño de la soldadura. FIG. 3.73 85 3.3.1.6. - Representación simbólica de un ensamble combinado (Fig.3.74). Las dimensiones de la soldadura en chaflán o bisel y del filete se deben indicar por separado y al lado del símbolo correspondiente. FIG. 3.74 86  CAPITULO IV CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DEL ACERO  CAPITULOIV CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DEL ACERO El hierro es un elemento metálico que se conoce en química con el símbolo Fe. Este metal es blando, dúctil y tiene una resistencia relativamente baja. En sus condiciones de hierro puro, tiene pocas aplicaciones y además es muy costoso producirlo, pues se encuentra en la naturaleza en forma de óxido de hierro, con una gran cantidad de impurezas que es difícil quitarle totalmente. Además se encontró que dichas impurezas le daban al hierro características diferentes de resistencia, ductilidad, que lo hacían más apto para las diferentes necesidades de la industria. En general, el hierro puede contener como impurezas después de producido, pequeñas cantidades de carbono, manganeso, silicio, fósforo, azufre, cromo, níquel etc., y estos materiales aún en muy pequeñas proporciones pueden producir grandes efectos como es el caso con el carbono. Cuando al hierro se le deja un poco de carbono, se le da el nombre de acero. Para darnos una idea del gran efecto del carbono sobre el hierro, bastará con decir que 2 Kgr., de Carbono en una tonelada de hierro para aumentar la resistencia de una varilla de una (1)pulgada de espesor desde 18.000 a 27.000 Kgs., (40.000 a 60.000) psis. Sin embargo la ductilidad disminuye cuando el carbono aumenta. Por otra parte vale la pena decir que el acero puede cambiar sus características de resistencia si se somete a cambios más o menos rápidos de temperatura. Para entender el efecto de la temperatura sobre las propiedades del acero, es necesario comprender que el hierro sólido está formado por cristales semejantes a los de azúcar o arena, pero fuertemente unidos entre sí. FIG. 4.1 Y 2 88 A una temperatura de 1.530 °C., o más, el hierro se encontrará en estado líquido y si la temperatura es menor a esa, se solidificará en forma de cristales fuertemente unidos entre sí. Esos cristales tienen una forma como la que se muestra en la Figura 4.1 y 2, hasta que llegue a una temperatura de 910°C., el hierro cuando está ordenado en esa forma se le llama Hierro Gama. Cuando la temperatura baja de 910°C., hasta el ambiente o por debajo de la temperatura ambiente, los átomos de hierro se ordenan en otra forma como la que muestra la Figura 4.1.2., llamados hierro alfa. El hierro gama tiene mayor volumen que el hierro alfa y puede disolver más cantidad de carbono. A ese cambio de forma de los cristales al variar la temperatura se le denomina cambio o transformación alotrópica. Por otra parte, el hierro puede combinarse con el carbono formando Carburo de Hierro o Cementita que es un cristal sumamente duro y frágil. Como ya se mencionó, el hierro gama puede disolver carbono. Cuando el hierro gama contiene carbono en solución se le denomina Austenita. El hierro gama puede disolver hasta 1.700 gramos de carbono por cada 100 kgs. Por otra parte el hierro alfa también puede disolver carbono pero en menor cantidad,él sólo puede disolver 40 gramos en cada 100 Kg., de hierro alfa. Cuando el hierro alfa tiene carbono en solución se le llama Ferrita. Teniendo en cuenta los conceptos anteriores, ya podemos darnos una idea de lo que pasa con los cambios de temperatura y la velocidad con que se efectúen dichos cambios. Por ejemplo, tenemos un acero que contenga 1.000 gramos de carbono en cada 100 kilogramos de hierro, y si el conjunto está a una temperatura de, por ejemplo 1.200°C., la masa estará en estado sólido en forma de austenita o sea una solución de hierro gama que no es capaz de disolver todo ese carbono y por lo tanto el exceso de carbono que se va librando se combina con el hierro formando cementita. De esa forma se va formando una masa que va a estar constituida por capas de ferrita y capas de cementita, a esa me