Manual Sold Oer Exsa

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    CONCEPTOSGENERALESDE SOLDADURAY PROCESOS

    PARTE I

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    CAPITULO I

    Conceptos Generalesde Soldadura

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    CAPITULCAPITULCAPITULCAPITULCAPITULO IO IO IO IO IConceptos Generalesde Soldadura

    1.1. La soldadura como unin metlica

    El primer paso hacia la comprensin de los procesos desoldadura lo constituye el anlisis de los fenmenos, que intervie-nen cuando se produce el contacto de dos superficies slidas.

    Para ello recordemos, que los metales estn consti-tuidos por granos. Cada uno de stos es a su vez un arregloperidico especial de tomos, que da origen a lo que co-nocemos como retcula cristalina.

    El tamao medio de estos granos es variable y cadagrano est separado de sus vecinos por una zona de transi-cin, que se conoce como lmite de granolmite de granolmite de granolmite de granolmite de grano. Los lmites degrano desempean un papel importante en la determina-cin de las propiedades mecnicas de un metal.

    Si consideramos ahora un tomo cualquiera en elinterior de un grano, el mismo se halla ligado a sus vecinospor fuerzas de enlace, que caracterizan a estos slidos. Sinembargo, resulta evidente que los tomos metlicos, quese encuentran en la superficie libre, no podran completarsus enlaces. Si en estas condiciones ponemos en adecuadocontacto dos superficies de este tipo, se establecern di-chos enlaces, constituyendo la superficie as formada algoequivalente a un lmite de grano. Es la posibilidad de repro-ducir este fenmeno en forma controlada, lo que da origena los procesos de soldadura.

    1.2. Naturaleza de las superficiesmetlicas

    En la explicacin anterior hemos considerado dossuperficies metlicas planas, ideales como para que se es-tablezca un ntimo contacto entre ellos. Sin embargo, lassuperficies metlicas raramente se encuentran en ese esta-do, lo que impide en la prctica la reproduccin del procesoya descrito.

    Para comprender los procesos reales, es necesarioanalizar las caractersticas de las superficies reales, tal comoocurren en la naturaleza. Cualquier superficie real exami-nada en la escala atmica es extremadamente irregular. Estconstituida por picos y valles variables entre unos doscien-tos dimetros atmicos correspondientes a las superficiesms perfectas que el hombre puede preparar, hasta cienmil dimetros atmicos para superficies desbastadas.

    Dado que estas irregularidades se encuentran distri-buidas al azar, es sumamente improbable que poco ms quealgunos tomos se pongan en contacto ntimo necesario paraque experimenten fuerzas de atraccin sensibles.

    Otro impedimento, que se presenta para lograr la sol-dadura ideal, lo constituye la presencia inevitable de capas dexido y humedad adheridas a las superficies metlicas.

    De este anlisis surgen las dificultades, que se presen-tan para lograr una unin metlica adecuada al poner doscuerpos en contacto. Sin embargo, la ciencia de la Soldadu-ra se ocupa de estudiar los medios prcticos, para produciruniones tomo a tomo a travs de superficies metlicaspreexistentes y en un nmero suficiente para otorgar resis-tencia mecnica satisfactoria.

    Los recursos empleados para lograr este objetivonos permitirn hacer una clasificacin de los procesos desoldadura.

    1.3. Clasificacin de los procesos desoldadura

    Una forma de lograr el contacto ntimo de dos super-ficies metlicas para la produccin de una soldadura, es so-meter las mismas a una presin recproca. Si sta es demagnitud adecuada, ser capaz de romper las capas de xi-do y humedad y deformar la superficie, logrando as el con-tacto necesario. Esto da origen a lo que se conoce comoSoldadura por PSoldadura por PSoldadura por PSoldadura por PSoldadura por Presin.resin.resin.resin.resin.

    Este proceso puede o no ser asistido por energatrmica, pero debe tenerse en cuenta que, cuando as ocu-rre, la temperatura del proceso debe mantenerse por de-bajo del punto de fusin de los materiales que intervienen.El principal efecto del uso de energa trmica es el de re-ducir la tensin de fluencia de los materiales que se sueldan,as como disociar los xidos y volatilizar la humedad.

    Otro camino para lograr la soldadura, es emplearenerga trmica para fundir localmente los metales que sedeseen unir y, de esta manera, lograr la eliminacin de lascapas mencionadas y el ntimo contacto de las piezas por lafusin y solidificacin de los materiales en contacto. General-mente, ste se conoce como Soldadura por Fusin.Soldadura por Fusin.Soldadura por Fusin.Soldadura por Fusin.Soldadura por Fusin.

    Son mltiples las posibilidades de aplicacin de estosprocesos de soldadura. Su campo de aplicacin depende,entre otras cosas, del material a soldar, de su espesor, delos requisitos que debe satisfacer la costura, y de la cons-truccin. La multiplicidad de la ejecucin de la costura,tanto en la forma como en el mtodo y las aplicaciones,ha conducido al desarrollo de muchos procesos en estatcnica. La seleccin del proceso ms favorable, adecua-do y econmico de soldadura presupone el conocimien-to de la manera de ejecutarla y sus peculiaridades.

    En el presente Captulo hacemos una breve descrip-cin de los procesos por Arco Elctrico ms empleadosen el pas y tambin del proceso Oxi-Gas.

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    Fig. 2.- Esquema Demostrativo de la Estructura Granular y Cristalina de una Superficie Metlica

    1.4. Clasificacin general de los procesos de soldadura

    Fig. 1.- Carta Maestra de los Procesos de Soldadura (AWS)

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    1.- Generador de corriente (Fuente de poder)2.- Cables de conexin3.- Porta-Electrodo4.- Masa o tierra5.- Electrodo6.- Pieza de trabajo

    El circuito se cierra momentneamente, tocando conla punta del electrodo a la pieza de trabajo, y retirndolainmediatamente a una altura preestablecida, formndosede esta manera un arco. El calor funde un rea restringidadel material base y la punta del electrodo, formando pe-queos glbulos metlicos, cubiertos de escoria lquida,los cuales son transferidos al metal base por fuerzas elec-tromagnticas, con el resultado de la fusin de dos metalesy su solidificacin a medida que el arco avanza, segnpuede verse en la Fig. 5.

    1.- Alma del electrodo 2.- Revestimiento 3.- Gota en formacin 4 y 9.- Escoria lquida 5.- Arco 6.- Metal base 7.- Bao de fusin y crter del metal base en fusin 8.- Escoria slida10.- Crter del electrodo11.- Proteccin gaseosa12.- Transferencia del metal (gotas)13.- Cordn depositado14.- Penetracin

    El arco elctrico es muy brillante y emite rayos visi-bles e invisibles, algunos de los cuales causan quemaduras,ligeras lesiones a la piel y dolores temporales a los ojos,si es que no se les protege debidamente.

    1.5. La soldadura elctrica por arcoEs un proceso de soldadura, donde la unin es pro-

    ducida por el calor generado por un arco elctrico, con osin aplicacin de presin y con o sin metal de aporte.

    La energa elctrica se transforma en energa trmica,pudiendo llegar esta energa hasta una temperatura deaprox. 4 000C4 000C4 000C4 000C4 000C. La energa elctrica es el flujo de elec-trones a travs de un circuito cerrado. Cuando ocurre unapequea ruptura dentro de cualquier parte, o apertura delcircuito, los electrones se mueven a gran velocidad y sal-tan a travs del espacio libre entre los dos terminales, pro-duciendo una chispa elctrica, con la suficiente presin ovoltaje para hacer fluir los electrones continuamente. Atravs de esta apertura, se forma el arco elctrico, fundin-dose el metal a medida que se avanza.

    El arco elctrico es, por lo tanto, un flujo contnuo deelectrones a travs de un medio gaseoso, que genera luz ycalor.

    1.5.1. Soldadura por arco elctrico manualcon electrodo metlico revestido

    Idea del procesoLa soldadura por arco elctrico manual con electro-

    do revestido o simplemente Soldadura Elctrica, comola conocemos en nuestro medio, es un proceso de uninpor fusin de piezas metlicas.

    Para lograr la unin, se concentra el calor de un arcoelctrico establecido entre los bordes de las piezas a soldary una varilla metlica, llamada electrodo, producindoseuna zona de fusin que, al solidificarse, forma la uninpermanente.

    Principio de funcionamiento de la soldadura por arcoelctrico

    El equipo consta de:

    (ver partes a continuacin)

    Funcin del arco elctricoEl arco es el principio fsico de transformar la ener-

    ga elctrica en calor. Normalmente cumple la ley de Ohm.U = RxI

    Donde R es la resistencia del arco, I es la intensidad decorriente y U es la tensin o voltaje. La potencia del arcoes P= UxI expresada en Watt. Esta energa concentradaen una pequea rea es la que se usa en todos losprocesospor arco elctrico, para fundir tanto al metal basecomo a los materiales de aporte.

    1.5.2. Nociones de electricidad con rela-cin al arco elctrico

    Para comprender mejor la aplicacin del arco elc-trico a la soldadura, es necesario conocer ciertos princi-pios fundamentales relacionados con la electricidad.

    a) El circuito elctrico.- La corriente elctrica es unflujo de electrones que circula por un conductor enun circuito cerrado, denominado circuito elctrico.

    b) El circuito de soldadura por arco elctrico.- La co-rriente fluye a partir del borne de la mquina de soldar,donde se fija el cable del electrodo (1), y termina enel borne de la mquina, donde se fija el cable de tierrao de trabajo (2).Como puede observarse en la Fig. 7, a partir delpunto (1) la corriente fluye al porta-electrodo y porste al electrodo; por el extremo del electrodo saltala electricidad a la pieza formando el arco elctrico;sigue fluyendo la electricidad por el metal base alcable de tierra (2) y vuelve a la mquina.El circuito est establecido slo cuando el arco seencuentra encendido.

    c) Voltaje y amperaje.- El agua circula a lo largo de untubo, si existe una presin que lo impulse; en la mis-ma forma, la corriente elctrica fluye o circula atravs de un circuito, si existe una presin, queimpulse el flujo de electrones dentro de un conduc-tor (mquina en funcionamiento). Esta presin, queinduce una corriente elctrica, se llama diferencia depotencial, tensin o voltaje.El voltaje se expresa en voltios y se mide con el vol-tmetro; algunas mquinas de soldar poseen volt-metro y un regulador de voltaje.La cantidad de agua, que pasa por un tubo, se midepor una magnitud en una unidad de tiempo (metroscbicos por segundo). En igual forma se utiliza, paraexpresar la magnitud de corriente elctrica, la can-tidad de electricidad por segundo.La unidad utilizada es el Columbio por Segundo, loque se expresa en AmperiosAmperiosAmperiosAmperiosAmperios, y se mide con uninstrumento llamado ampermetro.

    Todas las mquinas de soldar cuentan con regulado-res, que permiten variar el amperaje o intensidad decorriente elctrica necesaria para soldar.

    d) Clases de corriente elctrica.-Corriente alterna (CA).- El flujo de corriente varade una direccin a la opuesta. Este cambio de direc-cin se efecta 100 a 120 veces por segundo. Eltiempo comprendido entre los cambios de direc-cin positiva o negativa se conoce con los nombresde ciclo o perodo (50 a 60 ciclos).En el Per utilizamos, por lo general, la corrientealterna de 220 voltios y 60 ciclos. Esta corriente estransportada por redes elctricas monofsicas queutilizan 2 cables, o bien es conducida por redes elc-tricas trifsicas, que utilizan 3 cables de transporta-cin. Las mquinas de soldar pueden utilizar tanto lacorriente monofsica como la trifsica.Corriente contnua (CC).- El flujo de corriente con-serva siempre una misma direccin: del polo negati-vo al positivo.

    e) Polaridad.- En la corriente continua es importantesaber la direccin del flujo de corriente. La direccindel flujo de corriente en el circuito de soldadura esexpresada en trmino de POLARIDAD. Si el cabledel porta-electrodo es conectado al polo negativo(-) de la fuente de poder y el cable de tierra al polopositivo (+), el circuito es denominado POLARI-DAD DIRECTA o NORMAL.

    Cuando el cable del porta-electrodo es conectadoal polo positivo (+) de la fuente de poder y el cablede tierra al polo negativo, el circuito es denominadoPOLARIDAD INVERTIDA o INDIRECTA.

    En algunas mquinas no es necesario cambiar loscables en los bornes, porque poseen una manija ollave de conmutacin que permite cambiar de pola-ridad con facilidad.

    En una mquina de corriente alterna no es posiblediferenciar los cables por sus conexiones de grapa y portaelectrodo porque la electricidad fluye por ellos alternandosu sentido o direccin.

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    Fig. 5.- Fusin del Electrodo

    Fig. 3.- Diagrama del Circuito de Soldadura porArco Elctrico

    Fig. 4.- Partes del Circuito de Soldadura porArco Elctrico

    Fig. 6

    Fig. 7.- Flujo Elctrico

    Fig. 8.- Polaridad Directa

    Fig. 9.- Polaridad Invertida

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    Un soldador debe estar familiarizado con los efec-tos de la polaridad en el proceso de soldadura.

    Generalmente, el electrodo conectado al polo po-sitivo (polaridad invertida) permite una mayor pe-netracin y el electrodo conectado al negativo (po-laridad directa) da una mayor velocidad de fusin.Sin embargo, los componentes qumicos del reves-timiento del electrodo pueden hacer variar los efec-tos de la polaridad y, por ello, es conveniente seguirlas instrucciones del fabricante para conectar el elec-trodo correctamente, ya sea al polo positivo o ne-gativo.

    Cuando se suelda con un electrodo, debe usarsesiempre la polaridad correcta para obtener los re-sultados satisfactorios que se esperan: buena pene-tracin, aspecto uniforme del cordn, excelente re-sistencia de la junta soldada.

    f) Fenmenos del arco elctrico para soldar.- En lospolos del arco, el voltaje vara segn la longitud deste. Al rozar el electrodo con la pieza, el voltaje escero y va aumentando a medida que la longitud delarco se hace mayor, hasta que -por alejarse demasia-do el electrodo- el arco se interrumpe y la mquinavuelve a su voltaje en vaco, que es siempre mselevado que el voltaje de trabajo.

    La intensidad de corriente o amperaje necesario parafundir el electrodo y, por lo tanto, la pieza a soldardebe elevarse a medida que aumenta el dimetro delelectrodo utilizado. La regulacin o aumento delamperaje la hace el soldador.

    1.6. Mquinas de soldar por arco elc-trico

    Son mquinas elctricas, de las cuales se exige -ademsde la suficiente potencia- las caractersticas favorables y ne-cesarias para el fcil encendido y mantenimiento del arcoelctrico, caractersticas que son indispensables para unabuena soldadura.

    Estas caractersticas son: Transformar el voltaje de la red elctrica a un voltaje

    en vaco, que permita iniciar el arco (voltaje en vacoes el que suministra la mquina antes de iniciar el arco;vara de 30 a 90 voltios).

    Una vez iniciado el arco, debe permitir una conver-sin automtica e instantnea del voltaje en vaco aun voltaje de trabajo, que permita mantener el arco(voltaje de trabajo es el que proporciona la mquinacuando el arco est encendido; vara de 17 a 45voltios).

    Permitir la regulacin de la intensidad de corriente oamperaje necesario para soldar; ese amperaje varasegn el dimetro, espesor de la pieza, posicin deltrabajo, dimetro de...