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Proceso GTAW en Acero inoxidable Flipbook PDF
En el presente manual encontrara la definición del acero inoxidable y su clasificación parte de las propiedades que este
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Soldadura en Atmosfera Controlada
Acero Inoxidable, Aluminio y sus Clasificaciones
1. Acero Inoxidable Los aceros inoxidables constituyen un grupo de aceros, el termino inoxidable describe la apariencia brillante y no oxidable que por sus elementos de aleación presentan características especiales de resistencia a la corrosión, frente a la humedad atmosférica, al agua, al agua salada y al ataque corrosivo de diferentes medios ácidos y lejías. 1.1 Clasificación Es una aleación compuesta por hierro (Fe), Cromo (Cr) y Carbono (C). el hierro es el elemento fundamental de todos los aceros inoxidable. Siendo el contenido mínimo de cromo debe ser de un 11%, es esencialmente bajo en carbono se adicionan otros elementos como Niquel (Ni), Molibdeno (Mo), Vanadio (V). Existen tres tipos fundamentales de aceros inoxidables: Aceros Austeníticos, Aceros Ferríticos, Aceros Martensíticos. Posteriormente surgen los Duplex y los Endurecidos por Precipitación.
Ilustración 1 Clasificación de Aceros Inoxidables
Cromo: Elemento Químico de número atómico 24 metal escaso en la corteza terrestre, se encuentra generalmente en forma de óxido. 1
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1.1.1 Aceros Austeníticos Estos aceros constituyen el grupo más utilizado, y se caracterizan porque su estructura a la temperatura ambiente es austenítica, de donde proviene su nombre. Para que el acero se considere inoxidable, tiene que poseer un mínimo de cromo de un 12% y para darle plasticidad, se le añade níquel. Por tal razón los aceros austeníticos, son aquellos que tienen un mínimo de 12% de cromo.
1.1.2 Aceros Ferríticos Su estructura es ferrítica y el problema de soldadura de estos aceros, es el grano, pues crece mucho y luego no se puede afinar con tratamientos térmicos.
Se llaman así los aceros, cuando el contenido de cromo esta por arriba del 30%.
1.1.3 Aceros Martensíticos Los aceros martensíticos muestran una excelente resistencia a la corrosión a medios ligeramente corrosivos tales como: ácidos débiles, vapor, agua fresca, medio ambiente, etc. Los aceros en este primer grupo son Ferro-magnéticos, se forjan y trabajan en caliente fácilmente, generalmente se pueden trabajar en frío sin dificultad y pueden maquinarse satisfactoriamente. Puede ser soldados, sin embargo, debido a su propiedad de templarse al aire, deberá tomarse precauciones para evitar que se agrieten en las áreas soldadas. Se fabrican principalmente con cromo, cuyo contenido es del 11.5% al 18%, junto con
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cantidades cuidadosamente controladas de carbono para impartir a estos aceros la propiedad de endurecerse por tratamiento térmico
1.1.4 Dúplex El dúplex, es uno de los aceros más resistentes, tanto a la corrosión, como a la tracción y la compresión. Su contenido de cromo se sitúa entre el 18 y 26%, mientras que el níquel supone entre un 4.5 y 6.5%. La incorporación en la mezcla de elementos como nitrógeno, silicio, tungsteno, molibdeno o cobre hace que su resistencia sea aún mayor. 1.1.5 Endurecidos por Precipitación Los aceros inoxidables endurecibles por precipitación son aleaciones hierro*cromo*níquel que se caracterizan por la resistencia mecánica obtenida a partir del endurecimiento por tratamiento térmico de envejecimiento. Los aceros endurecibles por precipitación están patentados Frecuentemente se les designa con las siglas de la empresa productora.
1.2 Propiedades principales del Acero Inoxidable Aunque hay diferencia entre los distintos tipos de acero inoxidable, todos comparten una serie de características: 1.2.1 Alta resistencia: Como hemos visto anteriormente, una de las principales características del acero inoxidable es su alta resistencia a la corrosión atmosférica y la oxidación. Además, también es resistente a altas temperaturas y a la humedad. 1.2.2 Durabilidad: Debido a su capacidad para soportar las condiciones físicas y químicas a las que está expuesto, el acero inoxidable es un material muy duradero. Mientras el acero empieza a deteriorarse a los 15 a 20 años, el acero inoxidable puede superar los 60 años.
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1.2.3 Dureza: El acero inoxidable presenta una gran resistencia ante agentes abrasivos, y no se raya. Mientras más carbono tenga la mezcla, más duro será el material. 1.2.4 Ductilidad: Si se ejerce una fuerza adecuada, el acero inoxidable puede deformarse fácilmente sin romperse, lo que permite diversos modelados y acabados. 1.2.5 Tenacidad: El acero inoxidable es muy resistencia a los golpes. En condiciones de impacto, puede absorber una gran cantidad de energía antes de romperse. 1.2.6 Sostenibilidad: Todos los aceros inoxidables son reciclables y resultan altamente rentable por sus cantidades de cromo y el níquel. Generalmente, los aceros inoxidables modernos se fabrican con un 60% de material reciclado. Higiénico: Debido a su composición y la baja rugosidad, los agentes externos como: el polvo y las bacterias no quedan adheridos a su superficie, por lo que es fácil de limpiar con productos tradicionales de limpieza. 1.2.7
1.2.8
Estético: El acero inoxidable presenta un acabado moderno y elegante.
1.3 Material de Aporte Es el Metal se rellenó que se puede emplear en el proceso de Soldadura TIG. Las varillas de acero Inoxidable se seleccionan, de acuerdo con el tipo de acero inoxidable a soldar Las varillas de acero inoxidable con designación ER- 308L, son empleadas para soldar acero inoxidable de la seria 308, 304, 321, 347. Los valores de diámetros y longitudes de cada varilla de aporte que existen comercialmente se observan en la tabla siguiente: 4
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ESPESOR DEL METAL 1/16” (1.6 mm) 1/8” (3.2 mm) 3/32” (2.4 mm) 3/16” (4.8 mm)
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DIÁMETRO DE LA VARILLA 1/16” (1.6 mm) 1/8” (3.2 mm) 3/32” (2.4 mm) 3/16” (4.8 mm)
Tabla 1 Relación Espesor de material vrs Diámetro de la varilla
1.3.1 Medidas de seguridad y protección ambiental Antes y durante el procedimiento de soldadura, aplique las siguientes medidas de seguridad: Implementar su equipo de protección personal: Careta, Guantes de piel de cerdo, Polainas, Gabacha, Zapato con puntera industrial, Mascarilla con filtro gas activo. 1.3.2 Corriente eléctrica aplicada a soldadura TIG Para realizar la soldadura con el proceso TIG, la corriente o su polaridad se determinan en función del metal a soldar. Es posible utilizar CA y CC (Inversa o Directa). Los equipos para soldar con TIG poseen Características particulares como: • Una unidad generadora de alta frecuencia (Oscilador de AF) que hace que se forme el arco entre el electrodo al metal a soldar. Con este sistema, no es necesario tocar la pieza con el electrodo. • Solo algunos equipos poseen un control mediante pedal o gatillo en la antorcha.
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• Para soldar Necesitamos Amperaje, por medio del trasformador-rectificador logramos esa conversión de una alta tensión a baja tensión e incrementar el amperaje. •
La intensidad de corriente está dada por la siguiente formula: 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛/𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
1.3.2.1 Corriente Continua (CC) Esta fluye en un solo sentido, ya sea en la polaridad Positiva o Negativa. Al soldar con esta corriente podemos Trabajar con Dos polaridades: ▪ Directa ▪ Invertida
-Directa (CCPD) El electrodo está en polaridad negativa y la pieza a soldar en polaridad positiva. Bajo estas condiciones los electrodos, que son las partículas elementales más ligeras que forman partes de los átomos y que contiene la mínima carga posible de electricidad negativa, circulan desde el electrodo a la pieza a soldar y los iones, que son la agrupación de átomos que por pérdida o ganancia de uno o más electrones adquieren cargas eléctricas de la pieza al electrodo, como indica la figura siguiente.
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-Invertida (CCPI) Al soldar con polaridad invertida, el electrodo absorbe el calor que tienda fundir el electrodo, porque en el extremo del electrodo se genera 70% de calor y en la pieza a soldar, 30%. De allí, que para una intensidad de corriente determinada en la soldadura con CCPI se necesita de un electrodo de mayor diámetro que con CCPD. Estos efectos opuestos de calentamiento no solo intervienen en el proceso de soldadura, sino también en la forma del cordón. Debido a que la mayor cantidad de calor se genera en la pieza a soldar y el electrodo es el receptor de la carga. El proceso TIG es operado normalmente con el electrodo conectado al terminal negativo o cátodo (CDEP) y la pieza conectada al terminal positivo o ánodo. Esto coloca el calor donde es necesario, es decir, en la pieza.
El polo Negativo es el que aporta más calor.
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1.3.2.2 Corriente Alterna Se denomina corriente alterna (AC Alternating Current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la oscilación sensorial con la que se consigue una transmisión más eficiente de la energía, a tal punto que al hablar de corriente alterna se sobrentiende que se refiere a la corriente alterna senoidal.
Una unidad de alta frecuencia sobrepuesta a AC asegura que el arco sea reiniciado fácilmente en cada hemiciclo positivo, para provocar la acción de limpieza y minimizar el desbalance. Algunas fuentes de poder de muy reciente fabricación y de tecnología más avanzada, entregan una AC de onda cuadrada, en la cual la tensión cambia desde el valor máximo negativo, hasta el valor máximo positivo, tan rápidamente que la ionización del arco permanece constante y la corriente continua, fluyendo en cada inversión de la tensión. Una Alta frecuencia continua no es esencial bajo estas condiciones. La amplitud del hemiciclo negativo se incrementa para favorecer la penetración, mientras que la amplitud del hemiciclo positivo es reducida. Para incrementar la acción de limpieza, se incrementa la amplitud del hemiciclo positivo, mientras que la amplitud del hemiciclo negativo es disminuida. Al soldar con corriente alterna una unidad de alta frecuencia se obtendrá las siguientes ventajas: ▪ ▪ ▪
Iniciar el arco sin que el electrodo toque la pieza a soldar. Conseguir una mejor estabilidad del arco eléctrico. Lograr que el arco sea más largo, esto es útil en particular en as operaciones de recarga del aporte. Duración útil más prolongada de los electrodos de tungsteno. 8
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1.3.3 Gases Utilizados El gas es un fluido que tiende a expandirse indefinidamente y que se caracteriza por su pequeña densidad, es como el aire, por ello, es necesario conocer los tipos de gases utilizados en este proceso de soldadura, así como su almacenamiento seguro dentro del taller y durante el maneja de la soldadura. 1.3.3.1 Tipos de Gases Los Gases más utilizados en los procesos de TIG, son los gases inertes tales como: Helio, Argón y el Nitrógeno. Cada tipo es utilizado según conveniencias del proceso de soldadura y de la economía del soldador. Helio Fue el primer tipo de gas a implementarse en este proceso su función principal es crear protección sobre el metal fundido y de esta manera evitar el efecto contaminante de la atmosfera (Oxigeno y nitrógeno). La característica de un gas inerte desde el punto de vista químico es que no reacciona en el proceso de soldadura. Son cinco tipos de gases inerte existentes (Helio, Argón, Neón, Kriptón y Xenón) solo resultan aptos para ser utilizados en esta aplicación el argón y el helio. METAL A SOLDAR Aluminio Latón y sus aleaciones Cobre y su aleaciones (Menor de 3mm) Cobre y sus aleaciones (Mayor de 3mm) Acero a Carbono Acero Inoxidable
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GAS Argón Helio o Argón Argón Helio Argón Argón
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Este gas es aproximadamente 10 veces más denso que el helio y un 30% más denso que el aire. Cuando el argón se descarga sobre la soldadura, forma una densa nube protectora, mientras que la acción del helio es mucho más liviana y vaporosa, dispersándose rápidamente. Nitrógeno Es un gas Incoloro e inodoro, ligeramente más ligero que el aire y es considerado como gas inerte, pues su combinación con otras sustancias solo ocurre bajo condiciones muy especiales. Es un gas no inflamable, pues no alimenta la combustión. Hidrógeno Es un gas incoloro, inodoro, insípido, altamente inflamable y no es toxico. El hidrogeno se quema en el aire, formando una llama azul pálida casi invisible, es el más ligero de los gases conocidos en función de su trabajo peso con relación al aire. Por esa razón su manipulación requiere de cuidados especiales para evitar accidentes. El hidrogeno es particularmente propenso a fugas, debido a su baja viscosidad y a su bajo peso molecular, en pequeñas cantidades con argón consigue el aumento del voltaje del arco y al metal base, a mayor cantidad de hidrógeno. (Máximo hasta un 10%) mayor entrada de calor y como consecuencia, mayor penetración y velocidad de avance. Mezclas Las mezclas de Argón-Hidrogeno o Helio-Hidrogeno solo pueden ser usadas para la soldadura de pocos metales, como por ejemplo algunos Aceros inoxidables y aleaciones de níquel. Por lo general el argón promueve a una mayor transferencia en spray que el helio con valores de corriente menoresa su vez, posee la ventaja de generar fácilmente el 10
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arco, una mejor acción de limpieza en la soldadura sobre aluminio y magnesio (Trabajando con CA) con una resistencia mayor a la tracción. 1.3.4 Procedimiento de soldadura en Piezas de Acero Inoxidable con Proceso TIG La base para las diferentes uniones a realizar; Primero debemos formar un charco o gota de metal fundido, por el calor del arco eléctrico, a continuación, procedemos a depositar material de aporte al centro de la gota metálica. Prepare la máquina, equipo y herramienta TIG Coloque la platina de soldar sobre la mesa de trabajo. Enderece y lime la pieza eliminando las rebabas producidas durante el corte. En la pieza cortada trace líneas paralelas, dejando una separación de 13mm entre cada una. Trace la pieza de acero inoxidable de 1.5 x 100 x 100 mm utilizando una escala graduada, una cinta métrica y el rayador, marque la línea de referencia sobre la que deberá cortar dicha pieza. Ilustración 2 Trazado de Platina
Sobre las líneas ya trazadas, realice incisiones con la ayuda de un punzón y un martillo en la pieza, estas incisiones o puntos le servirán como guía para depositar cada cordón de soldadura. -
Coloque la pieza a soldar sobre el banco de trabajo.
Ya establecido el gas a utilizar (Argón) Encienda la máquina y gradúe el amperaje. Deposite cordones sobre la platina de acero inoxidable. 11
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Sostenga la antorcha a manera que la boquilla forme un ángulo de 20º, inicie el arco, luego levante la antorcha apuntando en la dirección de la aplicación de la soldadura, con un Angulo de inclinación de 75º, sin Angulo lateral y la varilla de aporte formando un Angulo de 15 a 30º en dirección de la soldadura. Mantenga una longitud de arco igual al diámetro del electrodo. Avance a una velocidad considerable, de manera que produzca un cordón con un ancho igual a 3 veces el diámetro del electrodo. Cuando deposite los cordones, hágalo en forma alterna y deje que enfríen al terminar cada cordón, para evitar la deformación del material base. Ilustración 3 Deposito de Cordones Alternados
Limpie los cordones de soldadura con un cepillo de cerdas de acero inoxidable y verifique la calidad de los cordones. Deje enfriar la pieza lentamente. Limpie y proporcione mantenimiento básico al equipo y herramienta utilizada. Almacene adecuadamente el equipo, herramienta y materiales utilizados
El argón es el más empleado en este proceso debido a su bajo costo comparado con el del Helio, Siendo mejor aportador de Calor el Helio pero es más elevado su costo.
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BIBLIOGRAFÍA
American Welding Society. Manual de soldadura. Traducción; Roberto Escalona García Mexico: Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. 1996. SENARL-RJ. SOLDAGEM TIG. Metalurgia. Segunda edición. Rio de Janeiro. Horwitz, Henry. Soldadura, aplicaciones y practica. Traducción Rafael García Diaz. Mexico:AlfaOmega. 1997.
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