Calificacion de Un Soldador Segun La Norma AWS

CALIFICACION DE SOLDADURA DE FILETE POR PROCESO SMAW SEGÚN EL CODIGO AWS

Presentado por: AMARIS EDUARDO, BARRIOS NILSON, DONADO DONALDO, VARGAS OMAR

14/11/2015Calificación de soldadura de filete por proceso SMAW según el código AWSLABORATORIO DE PROCESOS DE MANUFACTURA - FACULTAD DE INGENIERÍA MECANICA UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Calificar las habilidades de un soldador acorde al código AWS para soldaduras de filete en la fabricación de productos metálicos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Interpretar, describir y aplicar conceptos básicos adquiridos en el proceso de aprendizaje a través de la revisión de literatura.

Tener la capacidad de realizar la debida inspección visual para la soldadura de filete por proceso SMAW teniendo en cuenta las especificaciones indicadas en el código AWS para este tipo de soldadura.

2 Calificación de soldadura de filete por proceso SMAW según el código AWS

CONTENIDO

INTRODUCCION..................................................................................................................4

1. DESCRIPCION DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA...............................................5

2. MATERIAL BASE.............................................................................................................7

2.1 ASTM A-36..................................................................................................................7

2.2 ASTM A500 Grado 50.................................................................................................7

2.3 ASTM A572 Grado 50.................................................................................................8

3. MATERIAL DE APORTE..................................................................................................8

4. POSICIONES DE SOLDADURA....................................................................................10

5. INSPECCION VISUAL....................................................................................................12

5.1 INSPECCION VISUAL DE SOLDADURAS DE FILETE...........................................13

6. MACROATAQUE...........................................................................................................14

6.1 SELECCIÓN DE LA MUESTRA................................................................................14

6.2 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA..........................................................................14

6.3 ACABADO SUPERFICIAL........................................................................................15

6.4 EQUIPO PARA EL MACROATAQUE.......................................................................15

6.5 PROCEDIMIENTO DEL ATAQUE QUÍMICO...........................................................16

6.6 SOLUCIONES CALENTADAS..................................................................................16

6.7 TIEMPO DEL DECAPANTE QUÍMICO.....................................................................16

6.8 RECOPILACIÓN DE RESULTADOS........................................................................17

6.9 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS EN SOLDADURA......................................17

CONCLUSIÓNES...............................................................................................................18

BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................19


INTRODUCCION

La soldadura es una tecnología casi omnipresente. Si miramos a nuestro alrededor, casi todo lo que se puede apreciar va a contener una soldadura. Elementos de nuestro bienestar diario tales como sillas metálicas contienen soldaduras; también juguetes, bicicletas, y automóviles. El rascacielos más alto del mundo tiene una estructura interna soldada, así como también el puente más largo. En los campos, la maquinaria agrícola y todo equipo pesado son construidos con soldadura. En el desierto es más fácil encontrar soldaduras que agua, pues los desiertos están tramados con oleoductos y gasoductos soldados. En el mar, son las uniones soldadas las que mantienen un buque en una sola pieza. El primer submarino atómico también fue completamente soldado. Hay soldaduras en el aire, en todo avión que vuela; y aún más alto, en el espacio. Claramente, la soldadura no es ya más que un proceso crudo y sucio. Es parte integral de cualquier avance tecnológico.

Para establecer los parámetros del proceso como el material de aporte, temperatura del material base, composición del elemento de protección del arco eléctrico, entre otros, se tomaron las especificaciones descritas en el código de la AWS D1.1 para estructuras de acero. Los parámetros del proceso se consignan en un documento conocido como WPS por sus siglas en Inglés (Welding Procedure Specifications) que se elabora con el fin de conceder una indicación clara y fundamentada de la manera en la cual se debe realizar el proceso, este permite identificar las posibles causas de los defectos encontrados en un proceso de inspección y este debe ser evaluado según el uso del producto de acuerdo a los parámetros consignados por códigos de organizaciones oficiales como la AWS.

El recubrimiento de superficies para hacerlas resistentes a la corrosión, al desgaste abrasivo y al impacto se realizara y se tratara de explicar en el presente informe, donde se hará una preparación de las superficies para su recubrimiento utilizando el proceso de soldadura SMAW.

Para lo anterior se utilizaron como fuentes de apoyo distintas investigaciones y prácticas de Tesis de Maestría y artículos científicos, enfatizados en el área de Materiales y Proceso de Manufactura.


1. DESCRIPCION DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA

El proceso de soldadura SMAW se trata de una técnica en la cual el calor de soldadura es generado por un arco eléctrico entre la pieza de trabajo (metal base) y un electrodo metálico consumible (metal de aporte) recubierto con materiales químicos en una composición adecuada (fundente). La construcción pesada, tal como en la industria naval, y la soldadura “en campo” se basan en gran medida en el proceso SMAW. Y aunque dicho proceso encuentra una amplia aplicación para soldar prácticamente todos los aceros y muchas de las aleaciones no ferrosas, se utiliza principalmente para unir aceros, tales como aceros suaves de bajo carbono, aceros de baja aleación, aceros de alta resistencia, aceros templados y revenidos, aceros de alta aleación, aceros inoxidables y diversas fundiciones. El proceso SMAW también se utiliza para unir el níquel y sus aleaciones y, en menor grado, el cobre y sus aleaciones, aunque rara vez se utiliza para soldar aluminio.

Ventajas

Equipo simple, portátil y de bajo costo Aplicable a una amplia variedad de metales, posiciones de soldadura y electrodos Posee tasas de deposición del metal relativamente altas Adecuada para aplicaciones en exteriores

Desventajas

El proceso es discontinuo debido a la longitud limitada de los electrodos Por tratarse de una soldadura manual, requiere gran pericia por parte del soldador La soldadura puede contener inclusiones de escoria Los humos dificultan el control del proceso

El proceso de soldadura GMAW surge tras la creación de un arco-eléctrico con la protección gaseosa también llamada como, se crea un arco entre el hilo electrodo y la pieza de soldar alimentada de forma continua. El arco y el material en fusión son protegidos de la contaminación atmosférica por un gas activo (MAG) o inerte (MIG). Este proceso es adecuado para la mayoría de los materiales, estando disponibles hilos electrodos para una gran diversidad de metales [2].

La soldadura MIG/MAG es una de las más productivas, una vez que no existen truecas de electrodo, eliminación de escoria y desperdicios del consumible como pasa en el proceso SMAW (por medio de electrodo revestido) en que las puntas del electrodo son descartadas.


Por cada Kg de electrodos revestidos, cerca de 70% de su peso se va a tornar parte del metal depositado, siendo el resto eliminado. La utilización de hilos sólidos permite un aumento significativo de la eficacia. La soldadura MIG/MAG es un proceso versátil pudiendo depositar el metal a una gran velocidad y en todas las posiciones.

Ventajas

No hay necesidad de eliminación de escoria. No hay pérdidas de puntas como en el electrodo revestido. Tiempo total de ejecución de soldadura es menor que el tiempo que se utiliza con

electrodo revestido. Alta tasa de metal adicionado en soldadura. Bajo coste de producción. Soldadura puede ser ejecutada en todas las posiciones. Proceso puede ser automatizado. El “cordón” de la soldadura tiene mejora acabado. Facilidad de operación.

Desventajas

Afinación del proceso muy compleja. No debe ser utilizado en presencia de corriente de aire. Probabilidad elevada de generar porosidad en el cordón de soldadura. Alto costo de equipamiento comparando con la soldadura con electrodo revestido.

Este proceso es generalmente utilizado en fabricación metálica con chapas de acero de baja y media espesura y en estructuras de aluminio. Después de la introducción de los hilos “flujados”, su uso ha aumentado para diversas aplicaciones en metalmecánica pesada.

La soldadura por arco con núcleo de fundente FCAW tiene muchas ventajas en comparación con el proceso SMAW manual; además, ofrece ciertas ventajas respecto a los procesos SAW y GMAW. En muchas aplicaciones, el proceso FCAW produce metal de soldadura de alta calidad con un costo más bajo y menor esfuerzo por parte del soldador que con SMAW. FCAW es más tolerante que GMAW, y más flexible y adaptable que SAW.


2. MATERIAL BASE

2.1 ASTM A-36

Acero estructural de buena soldabilidad, adecuado para la fabricación de vigas soldadas para edificios, estructuras remachadas, y atornilladas, bases de columnas, piezas para puentes y depósitos de combustibles.

Aplicaciones: Construcción de puentes, estanques, estructuras para industrias, edificios, torres y aplicaciones estructurales en general.

Ventajas:

Alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras.

Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo, como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.

La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes como este le permite fluir localmente, evitando así las fallas prematuras.

Los aceros estructurales de este tipo son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad.

2.2 ASTM A500 Grado 50

Usos generales en estructuras (columnas, puentes, formaletas, andamios), fabricación de maquinaria (agrícola, industrial y de construcción), carrocerías, postes (iluminación y señalización), torres y mástiles y sistemas de almacenamiento.

Ventajas:

Secciones planas que permiten el fácil manejo de uniones, de pintura y materiales para protección contra fuego.

Materia prima con gran control de composición química y de propiedades mecánicas con lo que se obtiene un producto con características mecánicas muy ciertas y controladas.

Estructuras de aceros a la vista atractivas arquitectónicamente, limpias y espaciosas.

2.3 ASTM A572 Grado 50

Acero estructural ASTM A 572 Grado 50 soldable y de baja aleación, aleado con Niobio y Vanadio como afinadores de grano.


Aplicaciones: Sus mejores propiedades mecánicas, en comparación con el producto ASTM A 36, permiten reducir espesores y disminuir peso de estructuras remachadas, apernadas o soldadas como por ejemplo puentes, carrocerías, equipos de transporte y estructuras en general.

Ventajas: Comprende cinco grados de alta-resistencia y baja aleación para secciones de acero estructural, placas (laminas), tablestacas (laminas para muros de contención), y barras.

3. MATERIAL DE APORTE

Se debe buscar un electrodo que coincida con las propiedades de composición y resistencia del metal el cual será la base. Por ejemplo, si se desea soldar acero bajo en carbono, se utilizara el electrodo de tipo E60 o E70.

Seguidamente se buscara el electrodo de tipo adecuado a la superficie que se soldará, para ello se fijan en el tercer número del electrodo, el electrodo se puede usar con AC o DC.

Analiza el diseño de la unión y el ensamble que requiere y selecciona el electrodo que brinde las mejores características de penetración. Por ejemplo, si se trabaja en una unión en el cual un lado no esté biselado, el E6013 o 11, proporcionara una buena penetración. Para materiales delgados es recomendable usar un E6013 para lograr un arco ligero y suave.

Para soldar materiales gruesos y pesados o con diseños complicados de uniones, se debe usar un electrodo de ductilidad máxima.

Si el ambiente tiene baja o alta temperatura, ondas de choque, lo mejor para usar es un electrodo de bajo hidrógeno como el E7018, que también son conocidos como electrodos básicos.

Un factor más para considerar es la producción. Si se trabaja en posiciones planas, se debe usar un electrodo E7014 o E7024, tales que contienen polvo de hierro y brindan velocidades altas de deposición.

En la siguiente tabla se presentan las propiedades de los electrodos y le ayude como guía para poder elegir el electrodo correcto para su trabajo a realizar:


Tabla 1. Propiedades de electrodos. Tomada de la página web http://electrodoelectrico.blogspot.com.co

4. POSICIONES DE SOLDADURA


Las posiciones de soldadura, se refieren exclusivamente a la posición del eje de la soldadura en los diferentes planos a soldar. Básicamente son cuatro las posiciones de soldar y todas exigen un conocimiento y dominio perfecto del soldador para la ejecución de una unión soldadura. En la ejecución del cordón de soldadura eléctrica, aparecen piezas que no pueden ser colocadas en posición cómoda. Según el plano de referencia fueron establecidas las cuatro posiciones siguientes:

Posición plana o de nivel: Es aquella en que la pieza recibe la soldadura colocada en posición plana a nivel. El material adicional viene del electrodo que está con la punta para abajo, depositando el material en ese sentido.

Posición horizontal: Es aquella en que las aristas o cara de la pieza a soldar está colocada en posición horizontal sobre un plano vertical. El eje de la soldadura se extiende horizontalmente.

Posición vertical: Es aquella en que la arista o eje de la zona a soldar recibe la soldadura en posición vertical, el electrodo se coloca aproximadamente horizontal y perpendicular al eje de la soldadura.

Posición sobre cabeza: La pieza colocada a una altura superior a la de la cabeza del soldador, recibe la soldadura por su parte inferior. El electrodo se ubica con el extremo apuntando hacia arriba verticalmente. Esta posición es inversa a la posición plana o de nivel.

Generalmente en soldadura existen distintas posiciones de soldeo, tanto en ángulo o de rincón designada con la letra F y la soldadura a tope designada con la letra G según la normativa americana (AWS) según la normativa europea (UNE) siempre se denomina con la letra P.

Posición 1F (UNE = PA): Soldadura acuñada o plana y una de las chapas inclinadas a 45º más o menos.

Posición 2F (UNE = PB): Soldadura horizontal y una de las chapas en vertical. Posición 3F (UNE = PF): Soldadura vertical con ambas chapas en vertical; en

la normativa americana tanto la soldadura ascendente como descendente sigue siendo la 3F, pero en la normativa europea la soldadura vertical ascendente se denomina PF y en vertical descendente se le denomina PG.

Posición 4F (UNE = PD): Soldadura bajo techo.

Posiciones de soldeo en chapas a tope

Posición 1G (UNE = PA): Chapas horizontales, soldadura plana o sobremesa. Posición 2G (UNE = PF): Chapas verticales con eje de soldaduras horizontales, o

también denominado de cornisa. Posición 3G (UNE = PF): Soldadura vertical ascendente, soldadura vertical

descendente (PG). Posición 4G (UNE = PF): Soldadura bajo techo.


Figura 1. Posiciones de soldadura. Tomada de la página web http://disensa.com/main/images/pdf/temas_generales.pdf

5. INSPECCION VISUAL

Es una herramienta muy importante en el desarrollo de uniones soldadas, ya que con experiencia y la buena visualización se puede llegar a detectar y corregir diversos inconvenientes que tomarían menos tiempo y menos gastos con respectos a otros ensayos.Las características principales de inspección visual:

Esta operación se ejecuta cuando ya se tiene la unión soldada. Se verifica si la junta esta uniforme y visualmente agradable, además se utiliza el

tacto para verificar ciertos inconvenientes.

Un aspecto muy importante es que esta la realicen personas con mucha experiencia que conozca a lo largo de su vida profesional muchas juntas soldadas que sepa su comportamiento y la capacidad de servicio. Sin embargo la inspección visual va mas allá de una simple observación ya que se llegan a criterios como:


Identifica que los materiales no incumpla sus especificaciones. Facilita de manera directa la corrección de defectos durante la fabricación para

que se evite lo menos posible el rechazo. Evita la necesidad de utilizar otros ensayos no destructivo por lo cual baja los

gastos. Variables de ingreso a controlar.

La AWS identifica variables de ingreso que debemos tener en cuenta para controlar correctamente la ejecución de la inspección:

Los materiales de base y aporte de acuerdo a las especificaciones Diseño de la unión El procedimiento con que se requiere trabajar la soldadura La forma de aplicación (criterios como velocidad, amperaje, etc.)

Con la inspección visual se controla todas estas variables durante el proceso de producción. El inspector de soldadura es aquella persona que se encarga de juzgar si es aceptable o no la producción de la uniones soldadas si cumplen todos los requisitos. El inspector debe tener experiencia en la inspección y además estar certificado, un completo conocimiento de los procesos y los distintos ensayos que se pueden ejecutar además poseer un equipo básico y el uso correcto de las normas.

5.1 INSPECCION VISUAL DE SOLDADURAS DE FILETE


Figura 2. Quiebre de soldadura de filete y ensayo de macro ataque. Tomada del código AWS capítulo 4

Las soldaduras de filete deben cumplir con los siguientes requerimientos para cumplir con la inspección visual:

Cualquier fisura debe ser inaceptable, sin importar el tamaño. Todos los cráteres deben ser llenados hasta la sección transversal completa de la

soldadura. Los tamaños de pierna de la soldadura debe cumplir con los requerimientos de la

figura 5.4. El perfil de soldadura debe cumplir con los requerimientos de la figura 5.4 La socavación del metal base no debe exceder 1/32 de pulgada.

6. MACROATAQUE

Es un procedimiento de inspección para revelar ciertos aspectos de localidad y estructura de un acero, sometiéndolo a la acción corrosiva de un ataque químico y luego ser analizado visualmente. El macroataque es ampliamente usado para inspeccionar barras, palanquillas, forjas, fundición u otros productos de acero.


Un macroataque puede usado para revelar irrupciones, segregación, calentamiento excesivo, grietas, porosidad, inclusiones no metálicas, flujo de granos, tamaño del macro grano, descarburación, endurecimiento de la superficie y penetración de la soldadura.

6.1 SELECCIÓN DE LA MUESTRA

La muestra usualmente consiste en una sección completa de material y debe tener el espesor suficiente para permitir su fácil manejo y subsecuentemente la preparación de su superficie. Las muestras transversales son las más usadas. Cuando se busca con la investigación encontrar el efecto de la deformación estructural por laminación o forjado, la muestra longitudinal debería ser cortada paralela al flujo del metal y preferiblemente a través de la línea central de la pieza.

6.2 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Si la muestra de acero a la cual la inspección va hacer realizada, es relativamente suave, por ejemplo, 300HV la muestra puede ser usualmente extraída por corte o por alguna otra operación de maquinado, las muestras que son extraídas de acero duro usan corte por medio de disco abrasivo. El corte por gas es usado para obtener muestras de secciones muy largas, si se hace corte por gas las áreas afectadas por el calor deben ser removidas a través del mecanizado o por medio de corte por disco abrasivo antes de ser atacada químicamente.

Cuando se realiza el corte por disco abrasivo, abundante flujo de agua u otro refrigerante debe ser usado para prevenir el sobrecalentamiento de alguna porción de la muestra durante el corte. si alguna porción de la muestra es sobrecalentada, los resultados del macroataque pueden ser engañosos; sin importar la preparación de la muestra, el aceite, grasa y otras impurezas deben ser removidas usando un solvente adecuado antes del ataque químico.

6.3 ACABADO SUPERFICIAL

Los acabos superficiales de las muestras para macroataque varían desde corte o superficies maquinadas a superficies pulidas. El grado de rugosidad permitida depende mayormente de la severidad del ataque químico a ser usado, en general entre


más severo sea el ataque químico mas rugoso debe ser acabado superficial. El acabo superficial permitido depende del tipo de exanimación:

Para superficies en las cuales se va a inspeccionar imperfecciones tales como grietas no se requiere preparación de la superficie.

Para estos ensayos se usa un decapante severo que remueve la oxidación. Cuando superficies maquinadas son inspeccionadas por defectos, un maquinado

común provee una superficie aceptable para el macroataque. Cuando el propósito es revelar detalles estructurales como aquellos desarrollados

en soldadura, un decapante menos severo es usado, y un acabado superficial mas liso es requerido.

La superficie de la muestra pulida para obtener el mismo grado de lisura al usado por la exanimación de un microataque.

6.4 EQUIPO PARA EL MACROATAQUE

Tanque de almacenaje del decapante: puede ser un plato un plato o bandeja echa de porcelana, vidrio resistente al calor o una aleación resistente a la corrosión.

Equipo de calentamiento: los tanques pueden ser calentador por gas o por intercambiadores de calor.

Equipo de ventilación: es usado para promover humos de corrosión. Deposición de ácidos: aplica los mismos requerimientos de deposición

indicados en el decapado.


Tabla 2. Lista de atacantes químicos más usados para el macro-ataque de aceros al carbono y aleados.

6.5 PROCEDIMIENTO DEL ATAQUE QUÍMICO

El procedimiento de la realización de un macroataque usualmente es la inmersión de la muestra o una solución del atacante químico. La superficie tiene que ser examinada de frente o vertical para permitir que los gases generados escapen libremente.

6.6 SOLUCIONES CALENTADAS

Cuando se utilizan atacantes químico que necesitan calentamiento, este debe estar a la temperatura preestablecida antes de que la muestra se inmersa. Cuando el volumen de la muestra es muy grande en comparación del volumen de la solución, la muestra debe ser precalentada en agua a la misma temperatura del ataque químico.

6.7 TIEMPO DEL DECAPANTE QUÍMICO

Depende del tipo de acero y la condición de la superficie. Si es tiempo del ataque químico es muy corto no toda la información deseada será revelada; si el tiempo es muy largo, alguno de los detalles más fino de la estructura será escondidos por la destrucción de la superficie resultante por el sobrecalentamiento.


6.8 RECOPILACIÓN DE RESULTADOS

En la recopilación de resultados de un macroataque las condiciones de observación pueden ser agrupadas por tipo o localización. Estas deben incluir toda información del tipo de composición del acero, dimensiones de la sección transversa de la muestra y condiciones o defectos observados. Interpretación de resultados:Los resultados del macroataque solo pueden ser interpretados solo en los términos del tipo y grado del acero que es inspeccionado.

6.9 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS EN SOLDADURA

Son comúnmente examinados por macroataque para revelar fusión incompleta, porosidad y otros defectos, patrones de calor y estructura de la columna del metal soldado. Grietas filosas Pueden ser distinguidas fácilmente en tiempos cortos de macroataque y son usualmente identificadas por un patrón simétrico. Las piezas más duras deben ser suavizadas por temperatura antes del ataque químico en caliente. Costuras y solapado En aceros laminados varia en profundidad y usualmente se extiende en una dirección recta paralela a la dirección del laminado. En acero forjado las costuras siguen el contorno de la forja y el flujo del metal.


CONCLUSIONES

1. El arco de la soldadura es regular, y presenta corta variación en la señal de voltaje la cual se produce de manera simultánea al desprendimiento de gota.

2. La frecuencia de la forma de onda de pulso tiene una relación directa con el número de gotas o desprendimiento, lo cual aumenta de manera repentina la tensión.

3. Se debe estudiar relación existente entre la superficie de la piscina de soldadura y el cambio de voltaje en el periodo de corriente pico, para así tener una aproximación de la profundidad de la soldadura.

4. La frecuencia de pulso y la frecuencia de la corriente alterna, influyen en la apariencia de los cordones de soldadura y estabilidad del arco, es decir , que a través del procedimiento anterior se puede determinar la presencia de un arco inestable mediante la adquisición y análisis de las señales de corriente (Corriente pico).


BIBLIOGRAFÍA

[1] P. Praveen, M.J. Kang, P.K.D.V. Yarlagadda, Arc voltage behavior in GMAW-P under different drop transfer modes, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 32/2 (2009) 196-202.

[2] Zhijiang Wanga,b, YuMing Zhanga, Lin Wua. Adaptive interval model control of weld pool surface in pulsed gas metal arc welding. Department of Electrical and Computer Engineering and Institute for Sustainable Manufacturing, University of Kentucky, Lexington, KY 40506, USA.2011.

[3] Ma. Angélica Chan Pozo. Tesis: Calificación de procedimientos de soldadura, operadores y soldadores en procesos SMAW y GMAW, de acuerdo al código AWS D1.1 para aceros estructurales. Escuela superior politécnica del litoral. Facultad de Ingeniería, programa de Ingeniería mecánica. 2005.


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