Post on 16-Oct-2021
UNIVERSIDAD ANDINA
NÉSTOR CÁCERES VELÁZQUEZ
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
ELÉCTRICA
TESIS
ANÁLISIS DE POROSIDADES EN SOLDADURA TIPO SMAW PARA ACEROS DE BAJA ALEACIÓN EN LA INDUSTRIA
METALMECÁNICA DE LA CIUDAD DE JULIACA.
PRESENTADO POR:
Bach. MODESTO LUQUE GEMIO
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA
JULIACA – PERU
2020
+
AGRADECIMIENTO
Agradezco a la Universidad Andina
Néstor Cáceres Velázquez a la
Facultad de Ingenierías y Ciencias
Puras, Escuela Profesional de
Ingeniería Mecánica Eléctrica, a los
docentes, por darme la enseñanza
durante 5 años quienes laboran en esa
prestigiosa casa superior de estudios,
agradecer de manera especial a los
jurados y al asesor por sus
observaciones que contribuyen en
desarrollo de tesis.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a la Universidad Andina
Néstor Cáceres Velázquez a la
Facultad de Ingenierías y Ciencias
Puras, Escuela Profesional de
Ingeniería Mecánica Eléctrica, a los
docentes, por darme la enseñanza
durante 5 años quienes laboran en esa
prestigiosa casa superior de estudios,
agradecer de manera especial a los
jurados y al asesor por sus
observaciones que contribuyen en
desarrollo de tesis.
DEDICATORIA
En primer lugar, dedico a Dios eterno
que es parte de mi vida, por cuidarme mi
vida, mi salud, aún estoy bien de salud
no me ha tocado ninguna plaga te
alabaré te exaltare, y guíame tu camino
recto, también dedico a mi padre
Bernardo Luque, que descanse en paz
quien me apoyo, moralmente y también
a mi mamá, Alejandra Gemio. Gracias
por educarme y por dármela vida.
INDICE Pág. AGRADECIMIENTO DEDICATORIA LISTA DE FIGURAS LISTA TABLAS RESUMEN ABSTRAC INTRODUCCIÓN LISTA DE ABREVIATURAS
CAPÍTULO I ASPECTOS GENERALES 1.1. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA ...................................................... 1 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ....................................................... 1 PROBLEMA GENERAL .................................................................................. 1 PROBLEMAS ESPECÍFICOS ......................................................................... 1 PROBLEMA ESPECÍFICO 1 ........................................................................... 1 PROBLEMA ESPECÍFICO 2 ........................................................................... 2 PROBLEMA ESPECÍFICO 3 ........................................................................... 2 1.3. OBJETIVO GENERAL ........................................................................... 2 OBJETIVO ESPECÍFICO 2 ............................................................................. 2 OBJETIVO ESPECÍFICO 3 ............................................................................. 2 1.4. JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO ........................................................... 2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA ...................................................................... 3 JUSTIFICACIÓN SOCIAL. .............................................................................. 3 1.5. HIPÓTESIS ............................................................................................ 3 HIPÓTESIS GENERAL ................................................................................... 3 1.6. variables ................................................................................................. 4
CAPITULO II MARCO TEÓRICO……………………………………….…………...6 2.1. Antecedentes de estudio ........................................................................ 7 2.2. Bases teóricas de la investigación ......................................................... 9 2.2.1. Soldadura unión metálica ....................................................................... 9
2.2.2. Técnica de la soldadura ..................................................................9 Junta a tope ..................................................................................................... 9 Junta en u ........................................................................................................ 9 Realizar cordón de soldadura ....................................................................... 10 2.2.3. Posiciones de soldar ............................................................................ 11 Posición plana. .............................................................................................. 11 Posición vertical ............................................................................................. 11 Posición horizontal. ....................................................................................... 11
Posición sobre cabeza .................................................................................. 11 2.2.4. Calculo de los cordones de soldadura ................................................. 12 Juntas soldadas a tope .................................................................................. 12 Resistencia de la soldadura a esfuerzos de corte ......................................... 13 Resistencia de cordón de soldadura a flexión ............................................... 14 Resistencia de la soldadura a esfuerzos compuestos de flexión y corte. ...... 14 2.2.5. Juntas de filete ..................................................................................... 15 2.2.6. Unión con sólo cordones frontales ....................................................... 17 2.2.7. Unión de cordones frontales longitudinales ......................................... 18 2.2.8. Unión con dos cordones laterales y uno frontal ................................... 19
2.2.9. Los electrodos metálicos ...............................................................20 2.2.10. Electrodo 6011 ..............................................................................21 2.2.11. Electrodo e7018 ............................................................................21
Máquina de corriente alterna ......................................................................... 23 Máquina de corriente continua ...................................................................... 23
2.2.14. Porosidad ......................................................................................24 Defectos de cordón de soldadura .................................................................. 24 Porosidad en soldadura ................................................................................. 24
Grietas……… ....................................................................................................24 Cavidades…........................................................................................... ………25 2.2.15. Metalúrgico de cordón de soldadura. ............................................27 2.2.16. Elementos que forman en el proceso de soldadura. .....................29 Zona afectada térmicamente zac. .....................................................................29 2.2.17. Ciclo térmico ..................................................................................29 2.2.19. Inspeccion de calidad de soldadura por smaw ..............................35 Plan de calidad..................................................................................................35 Objetivos……. ...................................................................................................35 los objetivos específicos son: ............................................................................36 2.2.20. Normas de seguridad ....................................................................36
2.2.21.Aceros ................................................................................................ 36 Acero de acuerdo al promedio de carbono .................................................... 36 Aceros de bajo carbono ................................................................................. 36 Aceros de medio carbono .............................................................................. 37 Aceros de alto carbono .................................................................................. 37 Aceros de herramientas ................................................................................ 37 Aceros aleados .............................................................................................. 37
CAPITULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN……………………..40 3.1. Tipo y nivel de investigación ................................................................ 41 3.2. Descripción y ámbito de investigación ................................................. 41 3.3. Población y muestra............................................................................. 41 3.4. Técnica e instrumentación para recolección de datos ......................... 42 3.5. Validez y confiabilidad de datos ........................................................... 43
CAPITULO IV INGENIERIA DE PROYECTO………………………………….....44 4.1. Calor neto ............................................................................................ 45 4.2. Ancho de la zona afectada por el calor ................................................ 46 4.3. Cálculo del tiempo de enfriamiento ...................................................... 50 4.4. Calcular resistencia de soldadura ........................................................ 52 4.5. Cálculo de longitud de soldadura ......................................................... 56
CAPITULO V ANÁLISIS DE RESULTADOS……………………………………...58
5.1. Diseño de las probetas de soldaduras por smaw ................................ 59 5.2. Soldeo de la probeta ............................................................................ 63 5.3. La ejecución de pase de acabado ....................................................... 65 Parámetros del diseño de las juntas soldadas .............................................. 69 5.4. Análisis en laboratorio .......................................................................... 70 Conclusiones ................................................................................................. 88 Recomendaciones ......................................................................................... 89 Bibliografía..................................................................................................... 90
INDICE DE FIGURAS Y TABLAS Pág.
Figura 01. junta en V ....................................................................................... 09 Figura 02. junta en u ....................................................................................... 10 Figura 03. Junta a tope en doble “v” o “x ......................................................... 10 Figura 04. diferentes posiciones para soldar ................................................... 12 Figura 05. Soldadura de bisel V ...................................................................... 13 Figura 06. se suelta peritmetro ........................................................................ 13 Figura 07. Resistencia de soldadura ............................................................... 14 Figura 08. Soladura de filete ........................................................................... 15 Figura 09. soldadura de garganta ................................................................... 15 Figura 10. Grafico de esfuerzo de corte maximo ............................................. 16 Figura 11. Codon de frontales ......................................................................... 17 Figura 12. Codon de frontales longitudinales .................................................. 18 Figura 13. Codon de soldadura de laterales ................................................... 19 Figura 14. Electrodo para el arco .................................................................... 20
Figura 15. Esquema de circuito básico de soldadura SMAW .......................... 23 Figura 16. Defectos internos de la soldadura .................................................. 26 Figura 17. Defectos externos de la soldadura ................................................. 26 Figura 18. Transformación de microestructura ................................................ 27 Figura 19. Distribución de temperatura ........................................................... 29 Figura 20. Curvas isométricas de soldadura por SMAW ................................. 30 Figura 21. Bisel en v ........................................................................................ 51 Figura 22. Resistencia de la soldadura ........................................................... 52 Figura 23. Centro de gravedad ........................................................................ 54 Figura 24. Longitud de soladura ...................................................................... 56 Figura 25. Máquina de soldar Miller de 200 amperios ..................................... 59 Figura 26. Datos de máquina de soldar .......................................................... 60 Figura 27. Detalles de planos de probetas ...................................................... 61 Figura 28. Medición de Angulo de bisel .......................................................... 61 Figura 29. Horno para electrodos .................................................................... 63 Figura 30 Medición de temperatura a horno .................................................... 64 Figura 31. Bisel de probetas ............................................................................ 65 Figura 32. Medición de temperatura ambiente ................................................ 65 Figura 33. Relleno con E 7018 de probeta 1 .................................................... 66 Figura 34. Medición de temperatura ................................................................ 67 Figura 35. Relleno de probeta 2 ....................................................................... 67 Figura 36. Medición de temperatura ambiente ................................................ 68 Figura 37. Relleno con electrodo 7018 de probeta 3 ........................................ 68 Figura 38. Profundidad desde superficie de la probeta 1 ................................. 70 Figura 39. Longitud de discontinuidad de la probeta 1 ..................................... 70 Figura 40 Profundidad desde superficie de la probeta 2 .................................. 71 Figura 41. Longitud de discontinuidad de la probeta 2 ..................................... 71 Figura 42. Calor neto de cordón de soldadura ................................................ 73 Figura 43. Zona afectada por el calo ............................................................... 74 Figura 44. Volumen de soldadura de probetas ................................................ 75 Figura 45. Humedad versus tiempo de E6011 ................................................. 77 Figura 46. Curva de humedad versus tiempo de E6011 .................................. 78 Figura 47. Pesaje de electrodo en balanza ..................................................... 78 Figura 48. Curva de humedad versus tiempo de E7018 .................................. 79 Figura 49. Electrodo sumergido en agua ........................................................ 80 Figura 50. Humedad versus temperatura de E7018......................................... 81
Tabla 01. Tipos de electrodo para soldar ........................................................ 20 Tabla 02: calibre para electrodos ..................................................................... 21 Tabla 03. Propiedades mecánicas ................................................................... 21 Tabla 04. Composición química de E 6011 ...................................................... 21 Tabla 05 Propiedades mecánicas .................................................................... 22 Tabla 06. Rendimiento de los procesos de soldadura ..................................... 22 Tabla 07. Rangos de soldabilidad .................................................................... 28 Tabla 08. Metal depositado de procesos SMAW ............................................. 31 Tabla 09. Soldadura recomendable de proceso SMAW ................................... 31 Tabla 10. Metal depositado de procesos FCAW .............................................. 32 Tabla 11. Soldadura recomendable de proceso FCAW ................................... 33 Tabla 12. Metal depositado de procesos FCAW .............................................. 34 Tabla 13. Soldadura recomendable de proceso GTAW .................................. 35 Tabla 14: propiedades físicas ASTM A36. ....................................................... 38 Tabla 15: composición química acero ASTM A36 ............................................ 38 Tabla 16. Composición química del ASTM A36................................................ 39 Tabla 17. Propiedades mecánicas del acero ASTM A36 .................................. 39 Tabla 18. Discontinuidad en las probetas ........................................................ 42 Tabla 19. Medidas de probetas ...................................................................... 63 Tabla 20. Temperaturas .................................................................................. 64 Tabla 21. Humedad relativa ............................................................................. 66 Tabla 22. Parámetros de las probetas según la norma D1.1 ........................... 29 Tabla 23. Zona afectada por el calor ............................................................... 73 Tabla 24. Depósito de electrodos de las probetas ........................................... 74 Tabla 25. Electrodo sumergido en agua .......................................................... 76 Tabla 26. Resecado de electrodo 6011 ............................................................ 78 Tabla 27. Electrodo sumergido en agua ......................................................... 79 Tabla 28. Electrodo resecado de E7018 .......................................................... 80
RESUMEN
La tesis de análisis porosidades en soldadura por SMAW para aceros de baja
aleación en la industria de metalmecánica de la ciudad Juliaca.
En el Capítulo I se desarrolla los aspectos generales, análisis de la situación del
problema, formulación del problema general y específico, objetivos, justificación,
antecedentes, hipótesis, variables.
El Capítulo II se realiza estudio de uniones de juntas de planchas de aceros
ASTM A36, cálculos de cordón de soldadura del proceso SMAW, electrodos de
E6011 Y E7018 su resistencia a la tracción, ciclo térmico de la soldadura,
también se realiza estudio de porosidades de soldadura, seguridad en el trabajo
de la industria de metal mecánica.
En el capítulo III se realiza metodología de la investigación de tesis.
En el capítulo IV se desarrolló ingeniería del proyecto, cálculo calor neto de la
soldadura para las probetas y obtenemos el resultado más calor en la probeta 3,
cálculo de longitud de calor de cordón de soldadura, cálculo volumen de cordón
de soldadura, cálculo de resistencia de soldadura que soporta carga, cálculo de longitud de soldadura para suspender una carga.
Capítulo V análisis y resultados, a través de las pruebas realizadas de ensayos
no destructivos en el laboratorio con ultrasonido convencional, se detectó
porosidades en las probetas, la probeta 1 y 2 se detecta porosidad en cordón de
soldadura, en probeta 3 no detecta porosidad se utiliza horno para
precalentamiento de electrodos a una temperatura de 125°C,
En la ciudad de Juliaca para mejorar calidad de soldadura de proceso SMAW,
es necesario trabajar con el procedimiento, WPS Especificación del procedimiento de soldadura, PQR Certificado de calificación del procedimiento.
ABSTRACT
The present research work is carried out porosity analysis in SMAW welding for low alloy steels in the metalworking industry of the city of Juliaca.
Chapter I develops the general aspects, analysis of the problem situation,
formulation of the general and specific problem, objectives, justification, antecedents, hypotheses, variables.
Chapter II is a study of joints of plates of ASTM A36 steel plates, calculations of
welding seam of the SMAW process, electrodes of E6011 and E7018 their tensile
strength, thermal cycle of welding, study of porosities of welding, quality control of welding processes, work safety of the metal mechanical industry.
In chapter III the thesis research methodology is carried out.
In chapter IV, project engineering was developed, calculation of net heat of the
weld for the specimens and we obtain the result plus heat in specimen 3,
calculation of heat affected zone, calculation of volume of weld seam, calculation of resistance of load-bearing weld, weld length calculation to suspend a load.
Chapter V analysis and results, through the tests carried out in non-destructive
tests in the laboratory with conventional ultrasound, porosities were detected in
the test tubes, test tubes 1 and 2 detect porosity in weld seam, in test tube 3 no
porosity is detected. uses oven to preheat electrodes at a temperature of 125 ° C.
In the city of Juliaca to improve the quality of SMAW process welding, it is
necessary to work with the procedure, WPS Welding procedure specification, PQR Procedure qualification certificate
INTRODUCCIÓN
La tesis de análisis de porosidades en soldadura tipo SMAW para aceros de baja
aleación en la industria metalmecánica de la ciudad Juliaca. Se realiza análisis
de porosidad de cordón de soldadura mediante ensayos no destructivos por
ultrasonido industrial. En la empresa NDT WELDING SERVICE S.A.C. Se
realizó inspección a las tres probetas
Internacional. El avance tecnológico de equipo de la soldadura es automatizada
robótica y soldadura de calidad.
Nacional. La tecnología no está avanzada.
Local. En la ciudad de Juliaca no trabajan con calidad de procedimientos
establecidos de acuerdo a las normas AWS D1.1
La solución que planteamos para las industrias de metalmecánica de la ciudad
de Juliaca. Trabajar en un lugar adecuado, libre de partículas, como polvo, grasa,
flujo de viento. Trabajar con el procedimiento WPS Especificación del
procedimiento de soldadura, PQR Certificado de calificación del procedimiento,
cumplir las normas AWS D1.1, realizar precalentamiento de electrodos en el horno a una temperatura de 125°C reducir la humedad.
Los resultados que obtenemos del laboratorio de ultrasonido industrial de
probetas las porosidades del cordón de soldadura, probeta 1 tiene 34.5% de
porosidad y probeta 2 33% de porosidad, no utilice en las probetas 1 y 2
precalentamiento en el horno, para reducir humedad del electrodo. En la probeta
3 tiene 0% de porosidad se utiliza el horno para precalentamiento de electrodos
a una temperatura de 125C° no detectó ninguna porosidad ni discontinuidad el cordón de soldadura tiene resistencia mecánica.
velocidad de soldadura debe ser 2 mm/seg para una buena fusión de los
aceros, el ángulo de electrodos debe soldarse a 70° a una distancia de 2mm
de cordón de soldadura, según la norma AWS indica la porosidad no debe
ser más de 1/8 de volumen.
En el medio ambiente el electrodo absorbe humedad, varían sus propiedades
de revestimiento, la humedad se introduce en revestimiento, y contiene
hidrogeno y oxígeno.
LISTA DE ABREVIATURAS
SMAW: Shield Metal Arc Welding (soldadura manual con electrodos revestidos)
AWS : American Welding Society (Sociedad Americana de soldadores)
V : Voltaje (V)
I : Corriente (A)
v : Velocidad de la soldadura (mm/s)
m : Masa Kg
Y : Ancho de ZAC mm
𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 : Temperatura máxima en la zona adyacente al ZAC (c)
𝜌𝜌 : Densidad de acero ASTM A36 material (g/𝑚𝑚𝑚𝑚3)
T : Espesor de material del acero ASTM A36
𝐻𝐻𝑛𝑛 : Calor neto (J/mm)
𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 : Temperatura máxima C°
Nx : Centro de gravedad
WPS : Especificación del procedimiento de soldadura
PQR : Certificado de calificación del procedimiento
WPQ : Registro de calificación de soldadores y operarios
ℓ : Longitud del cordón
ASTM : Sociedad americana de prueba de materiales en acero.
CAPÍTULO I
ASPECTOS GENERALES
1
ASPECTOS GENERALES TÍTULO: Análisis de porosidades en soldadura tipo SMAW para aceros de
baja aleación en la industria de metalmecánica de la ciudad Juliaca.
LUGAR DE INVESTIGACIÓN Región: Puno
Provincia: San Román
Distrito: Juliaca
1.1. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA En la ciudad de Juliaca, las empresas de las industrias de metalmecánica, no
trabajan con control de calidad, especificaciones técnicas de la ingeniería,
gestión de procedimientos de Calidad como, WPS, PQR. Trabajan con
electrodos húmedos, no seleccionan amperaje adecuado de acuerdo al espesor
del material, aceros de ASTM A36 contaminantes, como grasa pinturas, óxidos
de acero, suciedad, polvo. Originan porosidades discontinuidades en cordón
interno de soldadura, y reducen resistencia a tracción resistencia mecánica, la
dureza y flexión de la soldadura, se han colapsado techos metálicos, un grifo por
salida Arequipa. Que implica pérdida económica para el propietario.
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.
PROBLEMA GENERAL ¿Cómo se puede realizar el análisis de porosidades en soldaduras tipo SMAW
para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica en la ciudad de Juliaca?
PROBLEMAS ESPECÍFICOS
PROBLEMA ESPECÍFICO 1
¿En qué medida las causas originan las porosidades en soldaduras de tipo
SMAW para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica de la ciudad
de Juliaca?
2
PROBLEMA ESPECÍFICO 2
¿Qué parámetros se tomarán en cuenta para análisis de porosidades en
soldadura tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica de la ciudad Juliaca?
PROBLEMA ESPECÍFICO 3
¿De qué manera incide el tipo de electrodo en la soldabilidad para análisis de
porosidades en soldadura tipo SMAW para aceros de baja aleación en la
industria metalmecánica de la ciudad Juliaca?
1.3. OBJETIVO GENERAL Analizar las porosidades en soldaduras tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica en la ciudad de Juliaca
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
OBJETIVO ESPECÍFICO 1
Determinar las medidas de las causas que originan las porosidades en
soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica de la ciudad de Juliaca.
OBJETIVO ESPECÍFICO 2
Determinar parámetros que intervienen en análisis de porosidades en
soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria metalmecánica de la ciudad Juliaca.
OBJETIVO ESPECÍFICO 3
Determinar de qué manera incide el tipo de electrodo en la soldabilidad de
análisis de porosidades en soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja
aleación en la industria metalmecánica de la ciudad Juliaca
1.4. JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO JUSTIFICACIÓN TÉCNICA
La presente tesis aporta investigación tecnológica en el sector de industrias de
metal mecánica de soldaduras tipo SMAW de aceros de ASTM A36, en la ciudad
de Juliaca existen pocos estudios de análisis de porosidad y ensayos no
3
destructivos, reducción de porosidad permite mejorar mayor resistencia
mecánica de cordón de soldadura, es necesario evaluar porosidades internas en
cordón de soldadura que permita obtener calidad de soldadura,
JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA
Se propone este tipo de investigación para demostrar, las industriales de metal
mecánica en la ciudad de Juliaca deben realizar trabajos basándose en las
normas de AWS D1.1, para ejecutar obras de alta calidad, y cordones de
soldadura sin porosidad. Que garantice a los clientes en la calidad de soldadura,
La soldadura SMAW es más económica en el mercado de procesos de soldaduras.
JUSTIFICACIÓN SOCIAL.
Análisis de porosidades de soldaduras tipo SMAW para aceros de ASTM A36 en
la industria metalmecánica, la tesis servirá para la información de ampliar
conocimientos en la aplicación de los soldadores, mejorar procesos de soldadura
que garanticen resistencia a tracción resistencia mecánica, la dureza y flexión de
la soldadura todo esto con finalidad atender la demanda a los clientes a nivel de
región de puno.
1.5. HIPÓTESIS
HIPÓTESIS GENERAL
Si realizamos el análisis porosidades en soldaduras tipo SMAW para aceros de
baja aleación en la industria metalmecánica en la ciudad de Juliaca. Entonces se propondrá un método eficiente para optimizar calidad de soldadura
HIPÓTESIS ESPECIFICO 1
Si conocemos las medidas de las causas que originan las porosidades en
soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria
metalmecánica de la ciudad de Juliaca. Entonces permitirá el mejoramiento de
procesos de soldadura en industria metalmecánica de la ciudad Juliaca.
4
HIPÓTESIS ESPECÍFICAS 2
Si determinamos parámetros que intervienen en análisis de porosidades en
soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja aleación en la industria
metalmecánica de la ciudad Juliaca. Entonces los resultados se mostrarán en cuadros, curvas y característica.
HIPÓTESIS ESPECÍFICAS 3
El tipo de electrodo incide de una manera positiva en la soldabilidad de análisis
de porosidades en soldaduras de tipo SMAW para aceros de baja aleación en la
industria metalmecánica de la ciudad Juliaca. Entonces permitirá el
mejoramiento de calidad de cordón de soldadura.
1.6. VARIABLES Variables independientes Porosidad Temperatura
Intensidad
Humedad del medio ambiente
Variables dependientes Proceso SMAW
Cordón de soldadura de probetas
Electrodos E7018 E6011
Dureza del cordón de soldadura
5
OPERACIONALIZACIÒN Y MATRIZ DE VARIABLES
Tipo de Variables.
Variables
dimensión
índice
instrumento
Variable
Independiente
temperatura
Celsius
C°
termómetro
Intensidad
Amperio
%
De
porosidad
Pinza perimétrica
Humedad del
medio
ambiente
Humedad
relativa
% de
humedad
Resultados de
SENAMI
Variable
dependiente
Cordón de
soldadura
Volumen de
soldadura
%
Ultrasonido
industrial
Electrodo
E6011 E7018
varilla
Kg.
calibrador
Dureza de
soldadura
Volumen de
soldadura
%
De
porosidad
durómetro
6
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
7
2.1. ANTECEDENTES DE ESTUDIO Raúl Gustavo Tapia Moreno 2012. Análisis de la formación de porosidades en el
proceso de soldadura SMAW e influencias de resistencia mecánica de las juntas
soldadas. En su trabajo de tesis contempla, con porosidad 3.3 mm se prueba
que el esfuerzo dado por la norma de discontinuidad 3. mm se debe ser
examinado margen de seguridad para cordón de soldadura de calidad.
Brenda Yuvisela Yubyang Morales Castro 2017, reducción de porosidad en
moldes de acero H13 después de recuperación por soldadura GTAW. En su
trabajo de tesis demuestra, la porosidad se inspecciono con líquidos
penetrantes, ultrasonido industrial detecta las discontinuidades exteriores de
soldadura es confiable, los resultados no varían significativa respecto a
ultrasonido.
Franklin Luis Campos Torres 2014. En su trabajo de tesis demuestra, los
resultados aceptables de los ensayos no destructivos realizados a los cordones
de soldadura de la placa base 1 y 2 del soporte del horno en estudio el control
de calidad que se debe aplicar para los procesos de soldadura FCAW – SMAW.
Ricardo André Ramos Llerena 2013, estudio de la soldabilidad de la unión
disimilar de un cobre con 5 % de zn con acero estructural ASTM A36 en su
trabajo de tesis demuestra, las soldaduras con propiedades mecánicas
satisfactorias en uniones disimilares formadas con el acero ASTM A36 y la
aleación Cu-5Zn ambos de 3,0 mm de espesor, mediante el proceso de soldeo SMAW empleando como aportes CuSn- (Cu-6Sn) y ECuSn-C (Cu-9Sn-3Ni).
Yovana Chaupi Quispe, Alex Andy Yucra Huamani, 2019 soldabilidad de acero
ASTM A607 grado 50 con el acero ASTM A36 por el proceso SMAW en el
alargue del chasis para el ensamble de carrocería de buses. En trabajo de tesis
demuestra, ensayo de dureza en la ZAC, dentro del acero ASTM A607 GRADO 50,
se obtiene un valor de 27 HRC, y la dureza de los metales base de 25 HRC, es decir,
no hubo endurecimiento alto de la ZAC resultados de los cambios micro
estructurales y se trabaja con el electrodo E7018 y E6011.
8
Víctor Raúl Curo Ayma. diseño de unión soldada con proceso GMAW para la
ampliación de chasis de bus urbano, región cusco, cusco, febrero del 2019, su
trabajo de investigación demuestra La inspección de uniones soldada con proceso
el SMAW, resulta cinco inspecciones, tres presentan porosidades que afectan la
sanidad de las uniones soldadas.
Milton Arturo Mamani Alanoca, Puno 2018 estudio de parámetros de soldabilidad en
la reconstrucción de piezas de hierro fundido gris, su trabajo de investigación
demuestra. Para la obtención de la temperatura necesaria de juntas uniones
soldadas en V con alta propiedades mecánicas se realizó diferentes pruebas de
precalentamiento y después se realizó análisis se llega a la conclusión de que la
buena temperatura de precalentamiento es 370°C.
Hugo Limber Lozada Cedeño, Calculo y análisis de régimen soldadura para el
proceso SMAW en aceros al carbono y aleados y la implementación del software de
aplicación. Quito 2007 Escuela Politécnica Nacional. Su trabajo de investigación
demuestra, la planificación de soldadura se debe utilizar en los trabajos
estructurales, WPS, PQR, WPQ, con herramientas de gestión de calidad.
Elder Gianfranco Portillo Dávila, “influencia de la humedad del aire en los
electrodos de soldadura SMAW y su incidencia en la calidad de los productos
soldados UNA Puno 2018, su tesis demuestra, los ensayos realizados se
demuestra la humedad ha absorbido sumergido en agua es el electrodo E7018
(9.68 %), E6013 (3.63%) dejado a la intemperie se tiene al electrodo
E7018(5.86%), E6013(2.31%) y E6011(2.05%).
Elías Octavio Sánchez Manríquez, uso y aprovechamiento de electrodos en
soldadura manual. Universidad Austral de Chile 2005. Su trabajo de
investigación contempla. El ingeniero determina las soldaduras serán realizadas
en terreno, debe analizar condiciones climáticas. Los cambios de temperatura,
generan que las uniones soldadas se cristalicen e incrementan los esfuerzos de
tensión, quedando una unión frágil y con pocas posibilidades de resistir impactos
y distorsión. la cristalización puede reducir aplicando un tratamiento térmico a la
unión de soldadura.
9
2.2. BASES TEÓRICAS DE LA INVESTIGACIÓN
2.2.1. SOLDADURA UNIÓN METÁLICA La soldadura es la unión entre dos metales de la misma aleación, llega a un a
fusión de 1536C° se utilizan en diferentes rubros, en la construcción de
estructura metálicas en las minerías, en techos metálicos en petrolera, en
construcción de puentes, tuberías de gas camiseta. Es muy importante realizar estudios de calidad de materiales del acero. (manual de soldadura Exa, pág. 22)
2.2.2. TÉCNICA DE LA SOLDADURA
Junta a tope La unión de junta en v para aceros de ASTM A36 se utiliza para espesores
menores de 6mm la separación entre plancha de acero debe ser depende de
espesor, la preparación de bisel es sencillo. (manual de soldexa oerlikon, pág. 54)
Figura. 01 junta en V Fuente: Manual de Oerlikon.
junta en u La junta en U, el cordón de soldadura tiene buena resistencia mecánica,
resistencia a carga, se pueden unir las planchas de acero de ASTM A36 para
espesor ente 5mm a 12 mm, su costo de preparación de biselada es costoso.
(manual de soldexa oerlikon, pág. 54)
10
Figura 02. Junta en u Fuente: Manual de Oerlikon.
junta en doble v o x
la union de X o doble V, el cordón de soldadura tiene buena resistencia
mecánica, resistencia a carga, se pueden unir las planchas de acero de ASTM
A36 para de 12mm a 20mm, el biselado de la plancha es costoso.(manual de
soldexa oerlikon, pág. 54)
Figura 03. Junta a tope en doble “v” o “x” Fuente: Manual de Oerlikon.
Realizar cordón de soldadura Para ejecutar cordón de soldadura de calidad debemos tener en cuenta los siguientes procedimientos.
Regular amperaje de acuerdo al espesor de aplancha
El soldador debe posicionarse adecuadamente
Mantener electrodo sin mover
Mantener electrodo a una altura de 2 a 3 mm y avance uniforme
11
Cuando se termina electrodo en cordon de soldadura y para iniciar con
otro electrodo limpiar cordon,
Tener lunas limpias
Usar EPP de cuero
La tenaza debe ser liviano
La plancha de acero debe estas libre polvo, grasa (manual de
soldadura Exa, pág. 62).
2.2.3. POSICIONES DE SOLDAR
Posición plana. La posición plana es la ejecución de la soldadura en 3G. La posición de
adecuada para soldar, la plancha de acero ASTM A36 se cuenta ubicada en
plana el electrodo debe estar ubicado a un ángulo 70°, usar EPP pantalón de
cuero, casaca de cuero, guantes de cuero. (manual de soldadura Exa)
Posición vertical El técnico soldador debe soldar ascendente, la plancha de acero ASTM A36 se
cuenta ubicada en vertical, el electrodo debe tener una inclinación de 83° a 90°,
Usar EPP pantalón de cuero, casaca de cuero, guantes de cuero. (manual de
soldadura Exa)
Posición horizontal. Bisel de la plancha de acero ASTM A36 se encuentra ubicada en posición
horizontal, para soldar el electrodo debe estar inclinado a 83° a 90°, usar EPP
pantalón de cuero, casaca de cuero, guantes de cuero. (manual de soldadura
Exa)
Posición sobre cabeza Bisel de la plancha de acero ASTM A36 se encuentra ubicada en posición
sobre cabeza, inclinar el electrodo a 50° a 70°. (manual de soldadura Exa)
12
Figura 04. diferentes posiciones para soldar
Fuente: Manual de Exa.
Calidad de cordon de soldadura
Calidad de soldadura es necesario conoces las normas de AWS D1.1
Electrdos certificados
Amperaje de acuerdo a la tabla de electrodos
Correcto angulo de inclinacion de acuerdo a posion a soldar
Uniforme velocidad de avance
las un uniones de soldadura deben estar libres de óxido, aceite y grasa.
2.2.4. CALCULO DE LOS CORDONES DE SOLDADURA Soldaduras en ángulo La soldadura en esquina se calcula en triangulo isósceles
JUNTAS SOLDADAS A TOPE se observa la unión de probeta en V la fuerza va en dirección hacia laterales de
ambos lados de la probeta.
13
Figura 05. Soldadura de bisel V
Fuente: Manual de Exa.
ℓ= Longitud del cordón
h = altura de la garganta
Resistencia de longitud de codón
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 = 𝑝𝑝ℎ .𝑙𝑙
(1)
La tensión de trabajo (σ) deberá ser menor que la tensión del material (𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎)
de cordón de soldadura, se multiplicará por 0,6.
𝑝𝑝 ℎ .𝑙𝑙
= 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 ≤ 0.6%.𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎 (2)
La tensión a tracción del σ acero ASTM A36 = 1262 kg/cm2 (AWS)
Resistencia de la Soldadura a esfuerzos de corte
Figura 06. se suelta peritmetro
Fuente: Manual de Exa.
14
h = altura del cordón
Lp= longitud del perímetro soldado
Resistencia de cordón de Soldadura a flexión La plancha de acero ASTM A36 va soportar la carga
Figura 07. Resistencia de soldadura
Fuente: Manual de Exa.
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 = 𝑀𝑀𝑓𝑓
𝑤𝑤 ≤ 0.6.𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 (3)
W = módulo resistente soldadura a tope de acero ASTM A36
Resistencia de la Soldadura a esfuerzos compuestos de Flexión y corte.
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 = �(𝑀𝑀𝑓𝑓
𝑊𝑊)2 ( 𝑇𝑇
ℎ.𝑙𝑙𝑝𝑝)2 ≤ 0.6.𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎 (4)
15
2.2.5. JUNTAS DE FILETE
Figura 08. Soladura de filete
Fuente: Manual de Exa.
Figura 09. soldadura de garganta
Fuente: Manual de Exa.
Realizamos el análisis de las tensiones sobre la garganta obtenemos lo siguiente
𝜎𝜎𝑚𝑚 = 𝐹𝐹𝐴𝐴
= 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 0.707 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
(5)
𝜏𝜏 =𝜎𝜎𝑥𝑥 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 (45) = 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
(6)
𝜎𝜎 =𝜎𝜎𝑥𝑥 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 (45) = 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
(7)
16
El esfuerzo es:
𝜎𝜎1 = 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 2 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
+ �( 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 2 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
)2 + ( 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
)2 = 1.618 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
(8)
Esfuerzo de corte maximo
𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 2 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
+ �( 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 2 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
)2 + ( 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
)2 = 1.118 𝑥𝑥 𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐
(9)
Figura 10. Grafico de esfuerzo de corte maximo
Fuente: Manual de Exa.
En el diseño de acero ASTM A36 se debe calcular el esfuerzo cortante
𝜏𝜏 = 𝐹𝐹0.707 𝑚𝑚 ℎ𝑐𝑐 𝑚𝑚 𝑙𝑙
= 1.414 𝐹𝐹 ℎ𝑐𝑐 𝑚𝑚 𝑙𝑙
(10)
17
2.2.6. Unión con sólo cordones frontales
Figura 11. Codon de frontales
Fuente: Hermenegildo Rodríguez Galbarro.
Que sustituyendo valores resulta lo siguiente,
𝜎𝜎 = 1√2𝑥𝑥 𝐹𝐹2𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝑚𝑚
(11)
𝜏𝜏𝑛𝑛 = 1√2𝑥𝑥 𝐹𝐹2𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝑚𝑚
(12)
𝜏𝜏𝑚𝑚 = 𝜏𝜏𝑛𝑛=0 (13)
El tension que compara 𝜎𝜎𝑐𝑐
𝜎𝜎𝑐𝑐 = �𝜎𝜎2 + 1.8𝑥𝑥(𝜏𝜏𝑛𝑛2 + 𝜏𝜏𝑚𝑚2) ≤ 𝜎𝜎𝑢𝑢 (14)
Y dentra
𝜎𝜎𝑐𝑐 = 1.18𝑥𝑥 𝐹𝐹2𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝑚𝑚
≤ 𝜎𝜎𝑢𝑢 (15)
𝐹𝐹2𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝑚𝑚
≤ 0.85𝑥𝑥𝜎𝜎𝑢𝑢 (16)
18
2.2.7. Unión de cordones frontales longitudinales
Figura 12. Codon de frontales longitudinales
Fuente: Hermenegildo Rodríguez Galbarro
𝑛𝑛 = 𝑀𝑀𝑊𝑊
= 𝐹𝐹2𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥 6
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥2 𝑡𝑡𝑛𝑛=0 (17)
𝑡𝑡𝑚𝑚= 𝐹𝐹2𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥
(18)
Las tensiones de garganta se resuelven lo siguiente
𝜎𝜎 = 1√2
𝑛𝑛 = 𝜏𝜏𝑛𝑛 = 3√2𝑥𝑥 𝐹𝐹𝑚𝑚𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥2
(19)
𝜏𝜏𝑛𝑛 = 𝑛𝑛𝑥𝑥𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛45° (20)
𝜏𝜏𝑚𝑚= 𝑡𝑡𝑚𝑚= 𝐹𝐹
2𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝑚𝑚 (21)
La tensión de comparación es:
𝜎𝜎𝑐𝑐 = �𝜎𝜎2 + 1.8𝑥𝑥(𝜏𝜏𝑛𝑛2 + 𝜏𝜏𝑚𝑚2) ≤ 𝜎𝜎𝑢𝑢 (22)
19
𝜎𝜎𝑐𝑐 = 3.55𝑥𝑥 𝐹𝐹𝑚𝑚𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥2
≤ 𝜎𝜎𝑢𝑢 (23)
2.2.8. Unión con dos cordones laterales y uno frontal
Figura 13. Codon de soldadura de laterales
Fuente: Hermenegildo Rodríguez Galbarro
El momento torsor 𝑎𝑎2
𝑀𝑀𝑇𝑇=0.75𝑚𝑚𝜎𝜎𝑢𝑢𝑥𝑥𝑥𝑥2𝑥𝑥𝑎𝑎2𝑥𝑥(ℎ + 𝑎𝑎2) (24)
El cordon de soldadura a1
𝑛𝑛 = 𝑀𝑀𝑒𝑒𝑤𝑤
= 𝑀𝑀.6𝑥𝑥12𝑚𝑚𝑚𝑚1
(25)
𝜎𝜎𝐶𝐶 = �( 𝑛𝑛√2
)2 + 1.8. ( 𝑛𝑛√2
)2 = √1.4.𝑛𝑛 ≤ 𝜎𝜎𝑢𝑢 (26)
𝑛𝑛 = 𝜎𝜎𝑢𝑢√1.4
(27)
𝑛𝑛 = 𝜎𝜎𝑢𝑢√1.4
= 6𝑚𝑚𝑀𝑀𝑐𝑐𝑚𝑚1.𝑥𝑥12
(28)
𝑀𝑀𝑐𝑐 =𝜎𝜎𝑢𝑢.𝑚𝑚1.𝑥𝑥1
2
6.√1.4= 𝜎𝜎𝑢𝑢. 𝑎𝑎1. 𝐿𝐿12 (29)
20
2.2.9. Los Electrodos metálicos Los electrodos metálicos están compuestos de núcleo metálico contiene
diferentes elementos como y revestimiento. Hierro, carbono, manganeso, silicio,
fósforo, azufre y otros, y deposita en forma de gotas. (manual de soldadura Exa).
Figura 14. Electrodo para el arco
Fuente: Manual sencico.
CORRIENTE Y POLARIDAD Tabla 01. Tipos de electrodo para soldar. corriente alterna y continua – diámetro de electrodo Ø 5/64" " 3/32" 1/8" 5/32" 3/16" ¼
2,0 mm 2,5 mm 3,25 mm 4,0 mm 5,0 mm 6,30 mm Amperaje menor
46 70 100 140 190 260
Amperaje mayor
65 90 140 200 250 340
Fuente. Manual de Exa.
21
Tabla 02: calibre para electrodos calibre usa de
las laminas
espesor mm
aproximadamente
diámetro
recomendado para
electrodo
amperaje
11
12
13
15
16
3.03
2,65
2,30
1,89
1,51
1/8
1/8
3/32
3/32
1/16
90 -100
80 - 100
65 - 85
25 - 35
20 - 30
Fuente: Manual de Exa.
2.2.10. ELECTRODO 6011 Propiedades mecánicas Tabla 03. Propiedades mecánicas Resistencia a la Tracción
Límite elástico Ch V 29°C Elongación
≥414 N/mm² ≥ 331 N/mm² ≥ 30 J ≥ 22%
≥ 60 000 lb/pulg² ≥ 48 000 lb/pulg²
Fuente. Manual de Exa.
2.2.11. ELECTRODO E7018 ANALISIS QUIMICO DEL METAL
Tabla 04. Composición química de E 6011
C Mn Si 0,08 1,20 0,5
Fuente: Manual de Exa.
22
PROPIEDADES MECÁNICAS
Tabla 05. Propiedades mecánicas del acero
Tratamiento térmico
Resistencia a la tracción
Limite elástico
Ch V - 20°C
Elongación en 2"
sin
510-610 N/ mm² 380 N/mm² > 140 J 24% 74 000 a 88 000lb/pulg²
> 55 000 lb/pulg²
Alivio de Tensiones
480-580 N/mm² > 380 N/mm²
> 140 J 24%
normalizado 420-520 N/mm² > 290 N/mm²
> 140 J 26%
Fuente: Manual de Exa.
2.2.12. NORMAS ESTRUCTURALES ANSI/ AWS D1.1 AWS D1.1 Norma de Soldadura Estructural Acero
AWS D1.2 Norma de Soldadura Estructural Aluminio
AWS D1.3 Norma de Soldadura Estructural Láminas
AWS D1.4 Norma de Soldadura Estructural Acero de Refuerzo
AWS D1.5 Norma de Soldadura de Puentes
AWS D1.6 Norma de Soldadura de Acero Inoxidable
Tabla 6. Rendimiento de los procesos de soldadura
Proceso Eficiencia SMAW 0.6 – 0.7
GMAW 0.7 – 0.85
TIG 0.60 – 0.65
SAW 0.90 – 0.95
Fuente: Yovana Chaupi Quispe
2.2.13. EQUIPOS DE CIRCUITO EN EL PROCESO La máquina de soldar de tipo de corriente continua se utiliza en los procesos de
SMAW se han utilizado durante muchos años en las industrias metalmecánicas
en las soldadura para aceros de ASTM A36 porque en estos procesos son importantes tener corriente estables. (Raúl Gustavo Tapia Moreno, 2012)
23
Figura 15. Esquema de circuito básico de soldadura SMAW Fuente: Raúl Gustavo Tapia Moreno.
Para lograr buenos resultados es necesario disponer de un equipo de soldadura
digitales modernos de corriente continua, va regular la potencia y va resultar de
un trabajo seguro y fácil se clasifican en dos tipos (Raúl Gustavo Tapia Moreno,
2012)
Máquina de corriente alterna
Máquina de corriente continúa
Máquina de corriente alterna El equipo de corriente alterna trabaja, con los voltajes de 220, 380,440 en fases
de alimentación monofásica y trifásica, la transformación se realiza internamente
con las bo0binas primarias y secundarios devanado de un núcleo reactor ferromagnético(Raúl Gustavo Tapia Moreno, 2012)
Máquina de corriente continua El equipo de corriente alterna trabaja, con los voltajes de 220, 380,440 en fases
de alimentación monofásica y trifásica, el generador de corriente produce en la
rotación de armadura lo que induce en campo eléctrico, corriente alterna es
rectificado y se convierte en corriente continua. (Raúl Gustavo Tapia Moreno, 2012)
24
2.2.14. Porosidad La norma d1.1 define a la porosidad, son volúmenes vacíos en la soldadura,
genera por diversos factores pueden ser clima humedad suciedad, falta de
limpieza de material base o material de aporte son volúmenes de gas producidos
en la alteración del arco, también pueden causar la variación de voltaje y
corriente. Por exceso de humedad del material de aporte. (Manual de sencico, 2013)
Defectos de cordón de soldadura
• Grietas
• Porosidad en cordón de soldadura SMAW
• Fusión incompleta de soldadura
• Imperfecciones como inclusiones sólidas
• Los defectos que aparecen cuando la parte está en servicio son:
• Fracturas por fragilidad de cordón
• Fracturas por fatiga del acero ASTM A36
(Brenda Yuvisela Rubyang Morales Castro, 2017)
Porosidad en soldadura La discontinuidad en la soldadura genera por el atrapamiento de gases,
hidrogeno, oxigeno, nitrógeno. Durante la conversión de metal producen porosidades.
• El escape de gas de protección. La contaminación atmosférica oxígeno,
nitrógeno la utilidad de la perdida en gas de protección, el contenido de aire, un
promedio de 1% ingresa en gas de protección y genera discontinuidad.
• La contaminación de los electrodos, el hidrogeno puede permanecer atrapado
en el charco de cordón de soldadura, cuando se utiliza electrodos húmedos, que
no están resecados en el horno a una temperatura de 130°C. (Brenda Yuvisela
Rubyang Morales Castro, 2017).
GRIETAS Las grietas son producidas por diferentes factores clima humedad, material
cubierto de suciedad, cuando se somete a ensayos destructivos o se somete a
25
la carga y griete crece y genera rotura del cordón de soldada (Manual de sencico,
2013)
Las grietan ubicadas en:
El metal base del acero
La zona afectada por el calor
El cordón de soldadura Las causas de las grietas pueden ser:
No regular el amperaje adecuado
Velocidad de enfriamiento rápido
Material con humedad, suciedad
Personal no calificado (Manual de sencico, 2013)
CAVIDADES Las cavidades son determinados por inclusiones gaseosas
Sopladuras de forma esférica se denomina discontinuidad.
Sopladuras vermiculares, en forma de gusano que se crea al salir el gas
Cuando la alimentación es consecutivo, la velocidad de conversión es en menor
tiempo posible, los poros pueden producir alineadas, en cordón de soldadura
existe menos porosidad y pueden presentar en las exteriores del cordón de
soldadura, según las normas AWS D1.1 los poros y cavidades en la construcción
metálica no deben de superar 1/8 de volumen de porosidad. (Manual de sencico,
2013)
26
Figura 16. Defectos internos de la soldadura
Fuente: Manual de Sencico.
Figura 17. Defectos externos de la soldadura Fuente: Manual de Sencico.
El volumen de la porosidad no debe ser superior a 3mm para el trabajo de
calidad, en la soldadura de aluminio no debe superar 1 mm (Manual de sencico,
2013).
27
Las causas que generan porosidad en cordón de soldadura pueden ser los
siguientes
Falta de limpieza de material base
Presencia de óxidos, grasa, pinturas, polvo
Material de aporte húmedo
Clima atmosférico desfavorable, viento, lluvia, humedad, (Manual de
sencico, 2013)
2.2.15. Metalúrgico de cordón de soldadura. El cordón de soldadura trabajaba con fenómenos metalúrgicos, la fusión,
solidificación, cambios de gas, reacción con escoria reacción en estado sólido,
estos cambios ocasionan rápido en la soldadura por SMAW, diferencia de otros procesos metalúrgicos, como el tratamiento térmico, fundiciones.
Zona afligida por el calor de cordón de soldadura de proceso SMAW, genera por
gradiente térmico a causa de elevadas de temperatura del arco para fundir el
material, pueden ser afectados las propiedades mecánicas de soldadura, (ZAC). (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)
Figura 18. Transformación de la microestructura
Fuente: (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)
28
Zona I
El cráter de la soldadura se distribuye, cuando el electrodo genera calor y
material de base, el cráter solidifica formando granos en dirección de gradiente térmico y llega a una temperatura. (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)
Zona II
En esta zona llega a una temperatura de 1200C° a 1400C° la zona intermedia
que permanece en estado sólido, enfría moderadamente la temperatura, la zona
II es la formación de austenita, la microestructura es la formación de ferrita más perlita va cambiar a austenita (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)
Zona III
Llega a una temperatura aproximadamente a 1000C°, en esta zona la formación
es austenita, su enfriamiento es rápido, esta contacto a material base y tiene
temperatura menor los granos de austenita son pequeños. (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)
Zona IV
En esta zona la temperatura llega a 700C° es la zona frágil y la dureza aumenta,
la variación de propiedades mecánicas será desiguales y generan problemas de fallas en cordón de soldadura. (Jorge Alfonzo Ugarte diaz, 2013)
CE= % C �%𝑀𝑀𝑛𝑛+%𝐶𝐶𝑆𝑆6 � (%𝐶𝐶𝐶𝐶+%𝑀𝑀𝑀𝑀+%𝑣𝑣
5 ) �%𝐶𝐶𝐶𝐶+%𝑁𝑁𝑆𝑆15 � (11)
Tabla 7. Rangos de soldabilidad
carbono Unión de soldadura < 0.35
0.36 – 0.40
0.41 – 0.45
0.46 – 0.50
> 0.50
excelente
muy buena
buena
aceptable
pobre
Fuente: Jorge Alfonzo Ugarte Díaz.
29
2.2.16. ELEMENTOS QUE FORMAN EN EL PROCESO DE SOLDADURA.
El material de acero de la base efectúa fusión con el electrodo, realiza unión de
materiales por el incremento de temperatura, y la superficie de cordón no varía las propiedades mecánicas. (Anibal Martin Pintado Pizarro, 2018).
Zona afectada térmicamente ZAC. La zona afectada por el calor es la zona donde se transforman, microestructuras
de cambian propiedades mecánicas y originan las intersecciones residuales en probeta. (Anibal Martin Pintado Pizarro, 2018).
2.2.17. CICLO TÉRMICO En el ciclo térmico, ocasionan cambios con respecto al tiempo a la temperatura,
calentamiento enfriamiento, va sufrir cambios mico estructurales va producir
alteración en propiedades mecánicas, cambios en dimensionales del acero A36
Figura 19. Distribución de temperatura
Fuente: Aníbal Martin Pintado Pizarro.
En la figura 19, se muestra en la curva A indica la variación de la temperatura
llega máximo pico de la temperatura a 1535C°, en la curva B nos indica la
transición de la temperatura disminuye, en la curva C se observa transición de la
temperaturas reduce la transferencia de calor van igualándoles las temperaturas de las bases de metal ASTM A 36. (Anibal Martin Pintado Pizarro, 2018).
30
Figura 20. Curvas isométricas de soldadura por SMAW.
Fuente: Aníbal Martin
2.2.18. COMPARACONES DE SOLDURAS SMAW FCAW Y GTAW
Proceso arco eléctrico con electrodo SMAW
Ventajas
El equipo es simples y económico
Se trabaja en diferentes tipos de aceros
Posee tasa de deposita altas
Fácil de soldar (manual de soldexa oerlikon)
Desventajas
El proceso es discontinuo por que los electrodos miden 30 cm
El humo dificulta el control de procesos El cordón de soldadura genera escorias (manual de soldexa oerlikon)
Aplicación
Aceros de construcción no aleados
Para soldar aceros de bajo carbono, cuando se desea penetración
profunda, poca escoria y cordones no abultados.
Fabricación estructural de muebles metálicos, catres, mesa, etc.
Estructura metálica liviana en talleres metalmecánicos.
Fabricación y diseño de ductos de ventilación.
31
la soldadura de toda tipo de las uniones que requieren una buena
penetración. (manual de soldexa oerlikon).
Propiedades Mecánicas del Metal Depositado
Tabla 8. Metal depositado de procesos SMAW
Tratamiento Térmico
Resistencia la Tracción [MPa (psi)]
Límite de
fluencia
MPa (psi)]
Elongación
2” (%)
Energía Absorbida ISO-V (-20°C) [J]
Sin tratamiento (62 250 – 79
750)
mín. 360
min 52200
22-30 Min 70
Fuente: Manual de Soldexa.
Conservación del producto Mantener en almacen seco y evitar humedad.
No requiere almacenamiento bajo horno. (manual de soldexa oerlikon)
Parámetros de Soldeo Recomendados Tabla 9. Soldadura recomendable de proceso SMAW
Para corriente continua (DC): Electrodo al positivo DCEP / Electrodo al negativo DCEN
diámetro
Mm 2.5 3.25 4.00 5.00 6.30
Pulgadas 3/32 1/8 5/32 3/16 1/4
Amperaje mínimo 50 80 110 140 190
Amperaje máximo 70 120 140 200 250
Fuente: Manual de Soldexa.
Componentes del equipo Equipo de soldar
Cables de soldadura
Porta electrodo
Masa
Pieza de trabajo
32
Material de aporte Electrodo revestido PROCESO ARCO ELÉCTRICO CON ALAMBRE TUBULAR FCAW Ventajas
Tasa de depósito es 4 veces mayor que SMAW
Difícil de soldar
no genera escoria Desventajas
el proceso FCAW es limitado de los metales ferrosos
el equipo de soldar es costoso
el alimentador de alambre debe estar cerca mesa de trabajo (manual de
soldexa oerlikon) Aplicación
El alambre EXATUB 71T-1 está diseñado para trabajos de soldaduras
en toda posición.
Para trabajos en aceros de bajo y de mediano carbono y aceros de baja
aleación.
En la fabricación y reparación de maquinarias de minería, tolvas, chutes,
molinos, tanques, carretas, lampones, cucharas de palas. (manual de
soldexa oerlikon). Propiedades Mecánicas del Metal Depositado
Tabla 10. Metal depositado de procesos FCAW
Tratamiento Térmico [Gas Protección]
Resistencia a la Tracción [MPa (psi)]
Límite de Fluencia [MPa (psi)]
Elongación en 2'' [%]
Energía Absorbida ISO-V [ °C (°F)] [J (Ft-Lbf)]
Sin Tratamiento térmico
[100%CO2]
572 (82 940)
503 (72 935)
27 [-18 °C (0 °F)] 126 (93)
Sin Tratamiento térmico [75% Ar/25% CO2]
600 (87 000)
531 (76 995)
298 [-18 °C (0 °F)] 120 (89)
Fuente: Manual de Soldexa
33
Conservación del producto Mantener seco y evitar humedad
Parámetros de soldeo recomendado
Tabla 11. Soldadura recomendable de proceso FCAW
Diámetro [mm] 1.20 1.60
Polaridad Corriente continua electrodo al positivo
Amperaje (A) 140 - 320 200 - 380
Voltajes (V) 22 - 33 25 - 36
Stick out (mm) 15 – 25
Flujo de Gas (l / min) 15 -25
Fuente: Manual de Soldexa.
Componentes del equipo máquina de soldar
fuente de gas protector
pistola
sistema de control salida de gas pieza de trabajo (manual de soldexa oerlikon)
Material de aporte
• Alambre tubular
PROCESO ARCO ELÉCTRICO CON ELECTRODO DE TUNGSTENO GTAW
Ventajas
soldadura libre de escorias.
tasa de depósito es menor que SMAW Difícil de soldar
Desventajas
El humo es dañino para la salud
Velocidad de avance es baja Requiere habilidades para soldar. (manual de soldexa oerlikon)
34
Aplicación En la fabricación de recipientes a presión, calderas y tuberías, sometido
a temperaturas de hasta 500 °C.
En la unión de planchas ASTM A240 o tuberías ASTM A335 - P1 y otros
aceros aleados al 0.5% Molibdeno empleados a temperaturas criticas de
servicio intermedio.
Trabajos en aceros Inox 201 y 304. (manual de soldexa oerlikon)
Propiedades Mecánicas del Metal Depositado Tabla 12. Metal depositado de procesos FCAW Tratamiento
Térmico
Resistencia a
la tracción MPa
(psi)
Límite de
fluencia
mínima
MPa (psi)
Elongación
en 2 pùlg. %
Energía
Absorbida 2''
ISO-V (-30°C)
[J]
Sin
tratamiento
térmico
500 - 640
78 300 - 92 800
> 420
60900
> 22
> 80
Fuente: Manual de Soldexa.
Conservación del producto Mantener en un lugar seco y evitar humedad.
No requiere almacenamiento bajo horno (manual de soldexa oerlikon)
35
Parámetros de soldeo recomendado Tabla 13. Soldadura recomendable de proceso GTAW Diámetro [mm (pulg.)] 3/32 1/8
Polaridad Corriente continua electrodo al negativo
Gas protector 100% Ar
Amperaje (A) 20 – 150 30 - 250
Voltaje (V) 9 - 15 10 - 20
Stick out (mm) - -
Flujo de Gas(l/min) 9 - 15 5 - 15
Fuente: Manual de soldexa
Componentes del equipo Máquina de soldar
Balón gas de protección
Válvula de gas
Soplete
Pieza de trabajo. (manual de soldexa oerlikon) Material de aporte
Tungsteno Varilla Inox 29/9
2.2.19. INSPECCION DE CALIDAD DE SOLDADURA POR SMAW
Plan de calidad El plan de calidad de soldadura en la ejecución de obras metalmecánicas,
montajes estructurales de acero, se deben realizar, con el cumplimiento de las
normas AWS D1.1, cumplir con los procedimientos establecidos los formatos
WPS, PQR. (Campos Torres)
Objetivos La tesis de investigación, es implementar el documento de formatos WPS, PQR
de acuerdo a las normas establecidas en la gestión de calidad, mejorar los
procedimientos de los ensayos no destructivos, en la empresa contratista debe
36
inspeccionar los aceros de ASTM A36, los materiales de aporte, equipos y
herramientas. (Campos Torres).
Los objetivos específicos son: Planificar los procesos de soldadura para control de calidad.
Implementar los registros de control de calidad WPS, PQR
Trabajar con la planificación en la fabricación y montajes de equipos y
estructuras de acero ASTM A36.
Implementar análisis de porosidades del cordón de soldadura en probetas
en laboratorio con ultrasonido industrial (Campos Torres)
2.2.20. Normas de seguridad Las conexiones eléctricas deben estar deben estar en buenas
condiciones.
Usar EPP de cuero obligatorio
Contar con vigía
Mantener aria libre de grasa materiales inflamables un diámetro de 11
metros
El piso de debe estar seco para trabajar.
Las colillas de electrodo juntar en un recipiente.
Verificar la máquina de soldar con detector portátil de voltaje.
Usar escobilla de acero y piqueta
Utilizar lentes para limpiar Cordón de soldadura la escoria. (manual de
soldadura Exa, pág. 89)
2.2.21. ACEROS El acero es una aleación de hierro y carbono, aptas para ser deformadas en y
caliente, el carbono es uno de los componentes básicos del acero, la soldabilidad
del acero va depender por el porcentaje de contenido de carbono, cuando el
acero va tener más carbono, es difícil de soldar. (manual de soldadura Exa)
Acero de acuerdo al promedio de carbono
Aceros de bajo carbono El acero de bajo carbono, tienen un porcentaje de carbono de 0.30%. se trabajan
en la fabricación de puertas ventanas, tanques para combustible, estructuras en
37
automóviles, letreros para publicidad, construcción de grifos. (Ricardo Andre
Ramos Llerena, 2013).
Aceros de medio carbono Los aceros de medio carbono, tienen contenido de carbono de 0,3 a 0,6%, se
trabajan en la fabricación de engranajes, cigüeñales, levas y ejes; equipos para remover tierra. (Ricardo Andre Ramos Llerena, 2013).
Aceros de alto carbono Los aceros de alto contenido de carbono tienen contenido de carbono 0,6 a 2%
se usan para la fabricación de muelles, rodillos de laminación, moldes (Ricardo Andre Ramos Llerena, 2013)
Aceros de herramientas Tiene el contenido de carbono de 0,90 y el 1,50%, se usan para fabricación de
alicates, tiene buena resistencia mecánica. Las características mecánicas que
interesan los siguientes. (manual de soldadura Exa)
Elasticidad
Tenacidad
Dureza resistencia al desgaste
Conservación de la característica en caliente
Templabilidad.
Aceros aleados Los aceros aleados Contienen elementos químicos, silicio, manganeso, azufre,
fósforo, fierro, con respecto a su composición pueden ser altas y bajas.
38
Tabla 14. Propiedades físicas de acero ASTM A36
Propiedades físicas
Densidad 7850 kg/mm3
Propiedades mecánicas
Esfuerzo máximo a la tracción 400 – 550 MPa
Esfuerzo de fluencia min 250 Mpa
Alargamiento en 200 mm min 20%
Alargamiento en 50 mm min 23%
Modulo elástico 200 GPa
Coeficiente de poisson 0,26
Fuente: Manual de Exa. Tabla 15. Composición química del acero ASTM A36 Elementos químicos Porcentaje máximo
Carbono 0,2
Magnesio No requerido
Fosforo Max 0,04
Azufre Max 0,05
Silicio 0,4
Cobre 0.2
Fuente: Manual de Exa.
Composición química del acero ASTM A 36 El acero de baja aleación ASTM A36, tiene 0.26% de carbono y se fabrican perfiles, planchas y barras. (Ricardo Andre Ramos Llerena, 2013).
39
Tabla 16. Composición química del ASTM A36 Producto perfil Plancha
Espesor mm todos Hasta
20
De 20 -
40
De
40 - 65
De
65 -
100
De 100
a mas
Carbón máx.
%
Magnesio %
Fosforo máx.
%
Azufre máx.
%
Silicio %
cubre % min
0,26
-
0,04
0,05
0.40
máx.
.0,2
0-,25
-
0,04
0,05
0.04
máx.
0,2
0 0.8-1.2
0.8-1.2
0,04
0,05
0.04
máx.
0,2
0,26
0.85-
1.2
0,04
0,05
0.15-
0.4
0,2
0,27
0.85-
0,04
0,05
0.15-
0.4
0,2
0,29
1.2,25
0,04
0,05
0.15-
0.4
0,2
Fuente: Ricardo Andre Ramos Llerena, 2013 Propiedades mecánicas Tabla 17. Propiedades mecánicas del acero ASTM A36 PLANCHA Y PERFILES Resistencia a la ksi [MPa]
58 - 80 [400 – 550
tracción, Resistencia a la atracción ksi [MPa] 36 [250]
Elongación en 8 pulgadas [ 200 mm] min, % 20
Elongación en 2 pulgadas [50 mm] min, % 23
Elongación en 8 pulgadas [200 mm] min 20
Elongación en 2 pulgadas [50 mm] min 21
Fuente: Ricardo Andre Ramos Llerena, 2013
40
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
41
3.1. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN Tipo de investigación
El presente trabajo de investigación es de tipo experimental, porque se realizan
ensayos no destructivos con ultrasonido no convencional, inspección de análisis de porosidades se registran datos y cálculos de soldadura.
Nivel de investigación.
La tesis de investigación reúne datos de investigación experimental por que
investiga análisis de porosidades en cordón de soldadura. Se realiza pruebas a las probetas en el laboratorio con ultrasonido convencional.
3.2. DESCRIPCIÓN Y ÁMBITO DE INVESTIGACIÓN Análisis de porosidad de soldadura tipo SMAW para aceros de baja aleación en
la industria metalmecánica, se realiza en la ciudad de Juliaca, departamento de puno, sobre 3825 m.s.n.m. a una temperatura de 15C°
3.3. POBLACIÓN Y MUESTRA Se realiza con ensayos no destructivos en laboratorio de la empresa NDT
Welding Service SAC, análisis de porosidad de cordón de soldadura en las 3
probetas se detecta discontinuidades en el interior del cordón de soldadura.
42
Tabla 18. Discontinuidad en las probetas.
Fuente: Laboratorio Ultrasonido Industrial NDT Welding Service.
3.4. TÉCNICA E INSTRUMENTACIÓN PARA RECOLECCIÓN DE DATOS Probeta 1 0.20 metros x 0.14 metros
Probeta 2 0.20 metros x 0.14 metros
Probeta 3 0.16 metros x 0.14 metros
Máquina de soldar
Electrodos E6011 y E7018
Horno para electrodos
Termómetro
Equipo ultrasonido convencional.
Elemento
Long.
mm
Espesor
de
acero
mm
Ubicación de
discontinuidad
mm
Longitud de
discontinuidad
mm
Profundidad
desde
Superficie
Probeta 1
200
9
(0-21)
(33-44)
(129-144)
(185-200)
(98-105)
21
11
15
15
7
9,5
8
7,96
8,28
8,58
Probeta
2
200
9
(19-27)
(41-50)
(64-68)
(79-105)
(181-200)
8
9
4
26
19
7,66
8,50
7,91
8,45
8,66
Probeta
3
160
9
-
-
-
43
3.5. VALIDEZ Y CONFIABILIDAD DE DATOS Los equipos que se utilizaron en la investigación de análisis de porosidades
como el equipo ultrasonido convencional, amperímetro, cronometro son de precisión.
44
CAPÍTULO IV
INGENIERÍA DEL PROYECTO
45
4.1. Calor neto Para determinar energía de soldeo siguiente ecuación.
𝑄𝑄𝑛𝑛= 𝑉𝑉 𝑋𝑋 𝐼𝐼𝑣𝑣
𝐹𝐹 (30)
Donde:
𝑄𝑄𝑛𝑛 = calor neto suministrado (j/mm)
V = voltaje (v)
I= intensidad de corriente (A)
V= velocidad de avance (mm/s)
F= eficiencia térmica del proceso de soldadura.
Para el calor neto de raíz de probeta 1 I = 95 Amperios
F = 0.75 eficiencia de electrodo
v= 1.8 mm/s
V= 25
𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑚𝑚 95 𝑚𝑚 0,751.8
= 989 J/mm
Para el calor neto de raíz de probeta 1 I = 120 Amperios
F = 0.75 eficiencia de electrodo
v= 1.9 mm/s
V= 25
𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑚𝑚120𝑚𝑚 0,751,9
= 1184 J/mm
Para el calor neto de raíz de probeta 2 I = 97 Amperios
F = 0.75 eficiencia de electrodo
v= 1.7 mm/s
V= 25
46
𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑚𝑚 97𝑚𝑚 0,751.7
=1069 J/mm
Para el calor neto de relleno de probeta 2 I = 125 Amperios
F = 0.75 eficiencia de electrodo
v= 2 mm/s
V= 25
𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑚𝑚 125𝑚𝑚 0,752
= 1171 J/mm
Para el calor neto de raíz de probeta 3 I = 100 Amperios
F = 0.75 eficiencia de electrodo
v= 1.8 mm/s
V= 25
𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑚𝑚 100 𝑚𝑚 0,751,8
= 1041 J/mm
Para el calor neto de relleno de probeta 3 I = 130 Amperios
F = 0.75 eficiencia de electrodo
v= 2.1 mm/s
V= 25
𝑄𝑄𝑛𝑛 = 25𝑋𝑋 130𝑚𝑚 0,752,1
= 1354 J/mm
4.2. ANCHO DE LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR El ancho de la zona afectada por el calor (ZAC) se calcula siguiente ecuación
Y=�� 1𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚−𝑇𝑇0
� − ( 1𝑇𝑇𝑇𝑇𝑢𝑢𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑛𝑛−𝑇𝑇𝑇𝑇
) � x� 𝐻𝐻𝑛𝑛𝐹𝐹𝑎𝑎𝑇𝑇4,13𝑚𝑚𝑥𝑥𝑚𝑚𝐶𝐶𝑚𝑚𝑎𝑎
� (31)
47
Donde
Y = ancho de ZAC mm
𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = temperatura máxima en la zona adyacente al ZAC (c)
To= temperatura inicial de material (℃)
T fusión = temperatura de fusión (℃)
𝜌𝜌 = densidad de material (g/𝑚𝑚𝑚𝑚3)
C= Calor específico del acero: C = 0.134 cal/g. °C = 0.561 J/g. °C
T= espesor de material (pulg)
𝑄𝑄𝑛𝑛= calor neto (J/mm)
De hacer se tiene siguientes datos
T fusión = 1535°C
T ebullición: 2740°C
𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚= 725C°
To = 20°C
ρ = 7,85 g/𝑐𝑐𝑚𝑚3 = 0,00785 g/𝑚𝑚𝑚𝑚3
T = 3/8”
A partir de 850°C empiezan cambios micro estructurales de acero por otro lado, se halló el calor específico volumétrico de acero.
𝜌𝜌𝑐𝑐 =𝜌𝜌 x c 0,00785 x 0,561 = 0,0044 j/𝑚𝑚𝑚𝑚3 ℃
Calculo de ancho de ZAC para raíz de probeta 1
Qn=989 j/mm
To= 20C° Temperatura inicial
48
Tmax= 725°C
T = 1535°C temperatura de fusión del acero
T = 3/8” espesor del acero
ρ = = 0,00785 g/mm3 densidad de acero
C= Calor específico del acero= 0.561 J/g. °C
Calculo de ancho de ZAC para raíz de probeta 1 95 amperios
𝒚𝒚 = �� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
)�x� 𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗
� = 0.201 pulg.
Calculo de ancho de ZAC para relleno de probeta 1 120 amperios
Qn= 1184 j/mm
𝑇𝑇𝑂𝑂= 20C° Temperatura inicial
Tmax= 725C°
T = 1535°C temperatura de fusión del acero
T = 3/8 espesor del acero
ρ = = 0,00785 g/mm3 densidad de acero
C= Calor específico del acero= 0.561 J/g. °C
Y=�� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
)�x� 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟗𝟗𝟒𝟒𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗 𝒙𝒙𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗
� = 0.24 pulg.
Caculo de ancho de ZAC para raíz de probeta 2 97 amperios
Qn= 1069 j/mm
𝑇𝑇𝑂𝑂= 20C° Temperatura inicial
Tmax= 725C°
49
T = 1535 temperatura de fusión del acero
T = 3/8 espesor del acero
ρ = 0,00785 g/mm3 densidad de acero
C= Calor específico del acero: °C = 0.561 J/g. °C
𝒚𝒚 = �� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
)�x� 𝟏𝟏𝟐𝟐𝟓𝟓𝟗𝟗𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗 𝒙𝒙𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗
� = 0.24pulg
Calculo de ancho de ZAC para relleno de probeta 2 125 amperios
Qn = 1171 j/mm
To = 20C° Temperatura inicial
Tmax = 725C°
T = 1535 temperatura de fusión del acero
T = 3/8 espesor del acero
ρ = = 0,00785 g/mm3 densidad de acero
C= Calor específico del acero: °C = 0.561 J/g. °C
Y=�� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
)�x� 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗 𝒙𝒙𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗
� = 0.236 pulg
Calculo de ancho de ZAC para raíz de probeta 3 100 amperios
Qn= 1041 j/mm
To= 20C° Temperatura inicial
Tmax= 725C°
T = 1535 temperatura de fusión del acero
T = 3/8 espesor del acero
ρ = = 0,00785 g/mm3 densidad de acero
50
C= Calor específico del acero: °C = 0.561 J/g. °C
𝒚𝒚 = �� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
)�x� 𝟏𝟏𝟐𝟐𝟒𝟒𝟏𝟏𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗 𝒙𝒙𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗
� = 0.209 pulg.
Calculo de ancho de ZAC para relleno de probeta 3 130 amperios
Qn= 1354 j/mm
To= 20C° Temperatura inicial
Tmax= 725C°
T = 1535 temperatura de fusión del acero
T = 3/8 espesor del acero
ρ = = 0,00785 g/mm3 densidad de acero
C= Calor específico del acero: °C = 0.561 J/g. °C
Y=�� 𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
� − ( 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟏𝟏𝟕𝟕−𝟕𝟕𝟐𝟐
)�x� 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟒𝟒𝟒𝟒,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟐𝟐𝟕𝟕𝟕𝟕𝟗𝟗 𝒙𝒙𝟐𝟐.𝟕𝟕𝟓𝟓𝟏𝟏 𝒙𝒙 𝟗𝟗
� 0.244 pulg
4.3. Cálculo del tiempo de enfriamiento El t8/5 es el tiempo de enfriamiento de una curva en el intervalo entre 800º y
500ºC. Conociendo, además, que es justamente la velocidad en este rango de
temperaturas la que define la posibilidad de tener microestructuras martensíticas
o, en general, microestructuras frágiles en el acero a temperatura ambiente. La
secuencia de cálculo del t8/5 se establece a continuación:
Cálculo de espesor de plancha crítico
T0, consideramos temperatura inicial: 20°C (selva, clima tropical).
- Densidad (ρ), 7.85 g/cm3 y calor específico (c), 0.48 J/g°C.
- De donde: Tc = espesor de pared
51
Volumen de la soldadura
ST=(𝑇𝑇 − 𝑅𝑅𝐹𝐹)2 X tan (𝐴𝐴2
) + AR X T (33)
Donde:
ST=área de sección trasversal
A= Angulo surco de bisel
T = espesor
RF= ancho de soldadura
AR=cara de la soldadura
T =9 mm
60°
RF = 3mm
FR = 3 mm
Figura 21. Bisel en v
Fuente: Elaboración Propia.
Hallar sección transversal y volumen de soldadura para probeta 1
ST=(0.354 − 0.118)2 X tan (602
) + 0.118 X 0.354
ST=0.073 X 7.874
ST = 0.5748𝑃𝑃𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3
52
Hallar sección transversal y volumen de soldadura para probeta 2
ST=(0.354 − 0.118)2 X tan (602
) + 0.118 X 0.354
ST=0.073 X 7.874
ST = 0.5748𝑃𝑃𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3
Hallar sección transversal y volumen de soldadura para probeta 3
ST=(0.354 − 0.118)2 X tan (602
) + 0.118 X 0.354
ST=0.073 X 6.299
ST = 0.0498 𝑃𝑃𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3
4.4. CALCULAR RESISTENCIA DE SOLDADURA En la figura calcular carga P, se puede aplicar en soporte de la plancha, que
produzca cordón de soldadura de filete de esfuerzo máximo de 9600 psi
ACERO ASTM A 36 PL 1/2
ACERO ASTM A 36 PL 3/4
A = 8"
D =
10 "
3/8
B = 5"
20 "
P
Figura 22. Resistencia de la soldadura
Fuente: Elaboración Propia.
W = 3/8
53
SW = 9600 PSI
Solución.
Centro de gravedad
𝑁𝑁𝑋𝑋 =∑𝑥𝑥𝑇𝑇 𝑦𝑦𝑇𝑇∑𝑥𝑥𝑇𝑇 (34)
𝑁𝑁𝑋𝑋 = 𝑚𝑚𝑎𝑎+𝑏𝑏𝑚𝑚𝑇𝑇𝑚𝑚+𝑏𝑏
= 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚+𝑏𝑏
(35)
𝑁𝑁𝑋𝑋= 8 𝑚𝑚 108+5
= 6.15pulg
𝑁𝑁𝑦𝑦 = a x 𝑚𝑚2 + b x 𝑏𝑏
2 (36)
𝑁𝑁𝑦𝑦= 4 pulg.
6.15"
3.85"
4"
centrodegravedad
Figura 23. Centro de gravedad. Fuente: Elaboración Propia.
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑋𝑋𝑚𝑚 = 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑋𝑋 + a (𝑚𝑚2) (37)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑋𝑋𝑚𝑚 = 0 +a (3.35)2
54
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑋𝑋𝑚𝑚 = 8 (3.85)2 = 118.58
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦𝑚𝑚 = 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦 + a (𝑏𝑏2)2 (38)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏= = ∫ 𝑥𝑥2 𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥2𝑥𝑥2
(39)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏= �𝑚𝑚3
3�
𝑥𝑥2−𝑥𝑥2
(40)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦 =(𝑥𝑥2)3
3 -
(−𝑥𝑥2)3
3 (41)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦 =𝑥𝑥3
831
+ 𝑥𝑥3
831
(42)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦 =𝑚𝑚3
24 + 𝑚𝑚
3
24 = 𝑚𝑚
3
12 (43)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑊𝑊𝑎𝑎 = 83
12 = 42.66pulg
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏 = 𝑀𝑀 + 𝑏𝑏(6.15)2
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏 = 𝑀𝑀 + 5 𝑥𝑥 (6.15)2 = 189.11
Calculando momento de inercia
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏= 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑋𝑋 +(12)2 (44)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏= = ∫ 𝑥𝑥2 𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥2𝑥𝑥2
(45)
55
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏= �𝑚𝑚3
3�
𝑏𝑏2
−𝑏𝑏2 (46)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦𝑏𝑏= = (𝑏𝑏2)3
3−
(−𝑏𝑏 2)3
3 = 𝑏𝑏
3
12 = 5
3
12 = 10.41
𝐽𝐽𝑊𝑊 = 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑚𝑚+ 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚𝑏𝑏 (47)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚= 118.5 + 189.1 = 307.6 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦= 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦𝑚𝑚+ 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦𝑏𝑏= (48)
𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦= 42.66 + 10.41 = 53.1 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3 Momento de inercia
𝐽𝐽𝑊𝑊 = 𝐼𝐼𝑊𝑊𝑦𝑦+𝐼𝐼𝑊𝑊𝑚𝑚 (49)
𝐽𝐽𝑊𝑊 = 53.1 + 307.6 = 360.7 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃3
𝑚𝑚 𝑏𝑏 𝑎𝑎2
𝑚𝑚+𝑏𝑏+ 𝑚𝑚3𝑏𝑏3
12 (50)
Corte directo 𝑓𝑓𝑤𝑤
𝑓𝑓𝑤𝑤 = 𝐹𝐹
13 = 0.076𝐹𝐹
Corte de torsión
Los puntos posibles críticos
𝑓𝑓"𝑊𝑊𝐻𝐻 1,2 = 𝑇𝑇 𝐶𝐶𝑉𝑉𝐽𝐽𝑊𝑊
(51)
𝑓𝑓"𝑊𝑊𝐻𝐻 1,2 = 20 𝐹𝐹 𝑋𝑋 3,85 360.7
= 0.213F
𝑓𝑓" 𝑊𝑊𝑉𝑉 1,2 = 𝑇𝑇 𝐶𝐶𝑉𝑉𝐽𝐽𝑊𝑊
(52)
56
𝑓𝑓"𝑊𝑊𝑉𝑉 1,2 20 𝐹𝐹 𝑋𝑋 4 360.7
= 0.221𝐹𝐹
𝑓𝑓𝑤𝑤 = �(𝑓𝑓"𝑊𝑊𝐻𝐻 )2 + (𝑓𝑓𝑓𝑓 + 𝑓𝑓"𝑊𝑊𝑉𝑉)2 (53)
𝑓𝑓𝑤𝑤 = �(0.213𝐹𝐹)2 + (0.076𝐹𝐹 + 0.221𝐹𝐹)2 = 0.365F
El punto más cargado es el 3
W = 𝑇𝑇𝑤𝑤𝑇𝑇𝑤𝑤
(54)
38
= 0.365F
9600
F=9863 lb.
4.5. Cálculo de longitud de soldadura Para suspender una carga, se suelda 2 orejas de acero la carga pesa 1100 lb f
está calculado para que soporte el peso de 8800 lb. Calcular longitud de soldadura de E6011
L200
180
400
F2 F1 5/8
77
Figura 24. Longitud de soladura
Fuente: Elaboración Propia.
solución
Peso del aparejo Ge = 1100 lb f
Peso de carga = G = 8800 lb
57
Para calcular las fuerzas se tomas de las orejas de acero F1 Y F2
calculando con la oreja F2
Sumando los momentos
∑𝑀𝑀 200Ge + 380G – 400F1 = 0 (55)
𝐹𝐹1 =200𝑥𝑥1100 + 380𝑥𝑥8800
400
F1=8910
F1+F2 = Ge +G (56)
F1=1086
Electrodo E6011 SW = 9600 PSI
9600𝑥𝑥𝑏𝑏
𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃2
Esfuerzo de corte
𝐹𝐹𝑊𝑊 = 𝐹𝐹𝑊𝑊𝑆𝑆𝑊𝑊
(57)
𝑊𝑊 𝑥𝑥 𝐶𝐶𝑊𝑊 = 𝐹𝐹𝑊𝑊2𝑥𝑥1
(58)
𝐿𝐿1 = 𝐹𝐹12 𝑚𝑚 𝑊𝑊 𝑚𝑚𝑆𝑆𝑊𝑊
(59)
Calculando longitud de cordón de soldadura.
7mm =0.276 pulg.
𝐿𝐿1 =8910
2 𝑥𝑥 0.276𝑥𝑥9600 = 1.72 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃
58
CAPÍTULO V
ANÁLISIS DE RESULTADOS
59
5.1. DISEÑO DE LAS PROBETAS DE SOLDADURAS POR SMAW
El diseño de biselado de las probetas esta realizado de acuerdo a la norma AWS
D1.1 las especificaciones técnicas. De soldadura por SMAW.
Equipo
Máquina de soldar
Equipo ultrasonido convencional
Horno eléctrico
Esmeril angular
Goniómetro
Horno eléctrico
Flexómetro
Escuadra
Tizas
Figura 25. Máquina de soldar Miller de 200 amperios.
Fuente: Elaboración Propia.
60
Figura 26. Datos de máquina de soldar
Fuente: Elaboración Propia.
Materiales y equipo de protección personal Plancha de acero ASTM A 36
Electrodo E7018
Electrodo E6011
Careta facial
Guantes
Armado de la probeta Ubicación: ciudad de Juliaca
Temperatura ambiente: 15C°
Mes: abril
Nivel: 3825 msnm
Se traza las planchas 6 unidades y se corta con equipo oxiacetilénica, se bisela
las probetas de acuerdo a la norma AWS D1.1, El procedimiento de la junta
cumple con la especificación de procedimiento, Diseño y planos Se realiza dibujo de los planos de las probetas, las dimensiones ya mencionadas
en el diseño.
61
0.14 mt
0.2 mt 0.2 mt
0.009 mt
0.0090 mt
0.14 mt0.0030 mt0.0030 mt
60°
Figura 27. Detalles de planos de probetas
Fuente: Elaboración Propia.
Figura 28. Medición del Angulo de bisel.
Fuente: Elaboración Propia.
62
ESPECIFICACIONES DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
(WPS) NOMBRE DE LA EMPRESA: TESIS POSICIÓN
POSICIÓN: PLANA PROCESO: SMAW TIPO: MANUAL CARACTERÍSTICAS
ELÉCTRICAS CORRIENTE: AC MAQUINA: DIGITAL
PROCEDIMIENTO SOLDADORA N°:01
DISEÑO DE UNIÓN VOLTAJE: 25 TIPO DE UNIÓN: A TOPE METAL BASE TIPO DE SOLDADURA: RANURA EN V RAÍZ: 1/8 ÁNGULO DE RANURA: 60° ESPECIFICACIONES DE
ACERO: ASTM A 36
LIMPIEZA DE RAÍZ: SI
ESMERIL Y CEPILLO ESPESOR: 9mm NUMERO DE SOLDADORES: 1
FUENTE DE RESPALDO: NA ESPECIFICACIONES AWS: D1.1
RAÍZ: E 6011 RELLENO: E 7018
DIÁMETRO DE ELECTRODO: 1/8
proceso metal aporte corriente (A) Velocidad de
avance mm/seg.
voltaje (v) raíz relleno Tipo de
polaridad Amperaje
(A)
1 SMAW E 6011 E 7018 DC 110 1.70 20 2 SMAW E 6011 E 7018 DC 112 1.75 20 3 SMAW E 6011 E 7018 DC 115 1.84 20
T =9 mm
60°
RF = 3mm
FR = 3 mm
63
5.2. SOLDEO DE LA PROBETA
Tabla 19. Medidas de probetas
Probeta (metros)
largo (metros)
Ancho (metros)
Espesor mm
Tipo de unión
1 0.20 0.14 9 V
2 0.20 0.14 9 V
3 0.16 0.17 9 V
Fuente: Elaboración Propia.
La ejecución de pase de relleno Se revisó las uniones de los biseles de junta en V de las probetas.
Se regula amperaje
Se escoge material de aporte el electrodo 6011 60.000 lb/𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥2
La soldadura se realiza posición plana
Se realiza soldeo de la probeta se inclina el electrodo
Los empalmes de codón de relleno se realizan limpieza de cordón para
unir soldaduras
Figura 29. Horno para electrodos
Fuente: Elaboración Propia.
64
En la figura 25 se muestra, precalentamiento de electrodo E 6011 Y E 7018 a
130C°
Figura 30. Medición de temperatura en horno
Fuente: Elaboración Propia.
Medición de temperaturas de ambiente y electrodos
Tabla 20. Temperaturas
hora
E 6011 E7018
acero
ambiente
Metal Revestimiento Metal Revestimiento
8:00 12.2 11.8 12.2 12 11.4 11.8
10.00 11.8 12.2 12.4 12.6 12.6 13.4
12:00 120.4 121.2 121.2 120.7 122.1 18.4
2:00 15.4 16.4 14.4 14.6 16.6 18.5
4:00 17.6 18.4 18.6 18.6 17.6 17.4
Fuente. Elaboración Propia.
65
5.3. La ejecución de pase de acabado Se verifica la soldadura de pase de raíz junta en V de las probetas.
Se realiza limpieza de pase de raíz con esmeril disco de desbaste.
Se limpia con escobilla de acero los biseles.
Se regula amperaje de 120 a 130 amperios
Se escoge material de aporte el electrodo 7018 70.000 lb/𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥2
La soldadura se realiza posición plana
Se realiza soldeo de la probeta se inclina el electrodo
Los empalmes de codón de relleno se realizan limpieza de cordón para unir
soldaduras Cuando se termina de soldar el cordón de soldadura su totalidad se
espera para enfriar 20 minutos después se limpia sus escorias. La una
temperatura aproximada de 1530 una vez terminado se limpia con esmeril de
desbaste, las escorias, impurezas, después de suelda con el electrodo Para
probeta 3 se utiliza el precalentamiento de electrodo a 125C°
Figura 31. Bisel de probetas
Fuente: Elaboración Propia.
En la figura 26 se muestra las probetas están biseladas a 60° para unión de soldadura en V.
PROBETA 1 Se realiza soldadura de probeta 1 a las 4:00 P.M. de la tarde
Temperatura ambiente: 17.4C°
Temperatura de electrodo E6011 alma: 17.6C°
Temperatura de electrodo E6011 revestimiento: 18.4C°
66
Temperatura de electrodo E7018 alma: 18.6C°
Temperatura de electrodo E7018 revestimiento: 18.6C°
Humedad relativa: 50%
Horno: No Tabla 21. Humedad relativa
Temperatura Humedad relativa 5 – 15°C <60%
15 – 25°C <50%
>25°C <40%
Fuente. Manual de soldexa.
Figura 32. Medición de temperatura ambiente
Fuente: Elaboración Propia.
Figura 33. Relleno con E 7018 de probeta 1
Fuente: Elaboración Propia.
67
PROBETA 2 Se realiza soldadura de probeta 1 a las 8:00 A.M.
Temperatura ambiente: 11.8°C
Temperatura de electrodo E6011 alma: 12.2C°
Temperatura de electrodo E6011 revestimiento: 11.8°C
Temperatura de electrodo E7018 alma: 12.2°C
Temperatura de electrodo E7018 revestimiento: 12.0°C
Humedad relativa: 60%
Horno: No
Figura 34. Medición de temperatura
Fuente: Elaboración Propia.
Figura 35. Relleno de probeta 2
Fuente: Elaboración Propia.
68
PROBETA 3 Se realiza soldadura de probeta 3 a las 12:00 P.M.
Temperatura ambiente: 18.4°C
Temperatura de electrodo E6011 alma: 12.4°C
Temperatura de electrodo E6011 revestimiento: 121.2°C
Temperatura de electrodo E7018 alma: 120.7°C
Temperatura de electrodo E7018 revestimiento: 122.1°C
Humedad relativa: 50%
Horno: si
Figura 36. Medición de temperatura ambiente
Fuente: Elaboración Propia.
Figura 37. Relleno con E 7018 de probeta 3
Fuente: Elaboración Propia.
69
Tabla 22. Parámetros de las probetas según la norma D1.1
Fuente: Elaboración Propia.
Parámetros del diseño de las juntas soldadas Voltaje
Amperaje
Velocidad de soldadura
Dureza del cordón de soldadura
Temperatura
Ancho de ZAC
Probetas Intensidad de
corriente (A)
Velocidad de
avance
mm/seg.
Calor neto
(j/mm)
Ancho de
ZAC mm
Raíz 95 1.6 989 5.1
Relleno 120
1.9 1184 6.1
raíz
97 1.7 1069 6.0
Relleno 125 2 1171 5.3
Raíz 100 1.8 1041 5.2
Relleno 130 2.1 1354 6.2
70
5.4. Análisis en laboratorio Fuente: tabla de discontinuidades de cordón de soldadura
Figura 38. Profundidad desde superficie discontinuidad de probeta 1
Fuente: Elaboración Propia.
En la figura 38, de La probeta 1 se muestra las curvas de las discontinuidades
de porosidad desde la superficie de cordón soldadura. En esta probeta no se ha utilizado horno para electrodos.
Figura 39. Longitud de discontinuidad de la probeta 1
Fuente: Elaboración Propia.
9.58 7.96 8.28 8.58
0
2
4
6
8
10
12
PROB 1
mm
PROFUNTIDAD DESDE SUPERFICIE
PROBETA 1
21
11
15 15
7
579
11131517192123
mm
LONGITUD DE DISCONTINUIDAD
PROBETA 1
71
En la figura 39, de La probeta 1 se muestra las curvas de ubicación de
discontinuidades en cordón de soladura. En esta probeta no se ha utilizado horno para precalentamiento para electrodo
Figura 40. Profundidad desde superficie de la probeta 2 Fuente: Elaboración Propia. En la figura 40, de La probeta se muestra las curvas de las discontinuidades de
porosidad desde la superficie de cordón soldadura. En esta probeta no se ha utilizado horno para electrodos.
Figura 41. Longitud de discontinuidad de la probeta 2
Fuente: Elaboración Propia.
En la figura 41, de la probeta 2 se muestra las curvas de ubicación de
discontinuidades en cordón de soladura. En esta probeta no se ha utilizado horno para precalentamiento para electrodos.
7.66
8.5
7.91
8.458.66
77.27.47.67.8
88.28.48.68.8
mm
PROFUNTIDAD DESDE SUPERFICIE
PROBETA 2
8 94
26
19
-10
0
10
20
30
mm
LONGITUD DE DISCONTINUIDAD
PROBETA 2
72
PORCENTAJE DE POROSIDAD EN LAS PROBETAS
Regla de 3 simples
PROBETA 1
Porosidad en cordón de soldadura 69mm según
laboratorio de ultrasonido industrial.
200mm: longitud de cordón de soldadura de probeta
200 mm----------------100%
69 mm------------------x
Calcular x
𝑥𝑥 = 69𝑚𝑚100200
= 34.5% Porosidad
El resultado de porcentaje de porosidad
PROBETA 2
Porosidad en cordón de soldadura 66 mm según laboratorio de ultrasonido industrial.
200mm: longitud de cordón de soldadura de probeta.
200 mm----------------100%
66 mm------------------x
Calcular x
𝑥𝑥 = 66𝑚𝑚100200
= 33% Porosidad
PROBETA 3
Porosidad en cordón de soldadura 69mm según laboratorio de ultrasonido
industrial.
73
160mm: longitud de cordón de soldadura de probeta.
160 mm----------------100%
0 mm------------------x
Calcular x
𝑥𝑥 = 0𝑚𝑚100200
= 0% Porosidad.
ZONA AFECTADA POR EL CALOR
Tabla 23. Zona afectada por el calor
probetas calor neto j/mm ZAC mm
probeta 1 E 6011 899 5.1
probeta 1 E 7018 1189 6.1
probeta 2 E 6011 1069 6.0
probeta 2 E 7018 1171 5.3
probeta 3 E 6011 1041 5.2
probeta 3 E 7018 1354 6.2
Fuente: Elaboración Propia.
Figura 42. Calor neto de cordón de soldadura
Fuente: Elaboración Propia.
0200400600800
1000120014001600
P 1 RaizE6011
P1 cordonE7018
P2 raizE6011
p2 cordonE7018
P3 Raiz E6011
P3 cordonE7018
CALO
R N
ETO
J/m
m
raiz y relleno
calor neto J/mm
74
En la figura 42, se muestra calor neto de cordón de soldadura en la probeta 1
tiene 1184 j/mm y la probeta 3 tiene 1354 j/mm el cordón de soldadura se ha realiza buena fusión.
Figura 43. Zona afectada por el calor
Fuente. Elaboración Propia.
En la figura 43, se muestra zona afectada por el calor ZAC la probeta 3 tiene 6mm de ancho la curva va subiendo a medida que se aumenta amperaje
Tabla 24. Depósito de electrodos de las probetas
probetas Volumen depositado cm 3
Probeta 1 0.954
Probeta 2 0.954
Probeta 3 0.763
Fuente: Elaboración Propia.
01234567
P 1 RaizE6011
P1 cordonE7018
P2 raizE6011
p2 cordonE7018
P3 Raiz E6011
P3 cordonE7018
mm
ZONA AFECTADA POR EL CALOR
ZAC
75
Figura 44. Volumen de la soldadura de las probetas.
Fuente: Elaboración Propia. En la figura 44, se muestra el volumen de cordón de soldadura la probeta 3
tiene 0.763 𝑐𝑐𝑚𝑚3 menos depósito de volumen que las otras 2 probeta tiene resistencia mecánica.
PRUEBA DE REDUCCION DE HUMEDAD DE ELECTRODO E6011 Y E7018
%𝐻𝐻𝑏𝑏𝑛𝑛 = 𝑀𝑀ℎ−𝑀𝑀𝑇𝑇𝑀𝑀𝑇𝑇
𝑥𝑥100% (60)
%Hbs: Humedad de cada electrodo (%)
Mh: masa del electrodo húmedo (g) Ms: masa del electrodo seco (g)
EQUIPO Y INSTRUMENTOS
Horno para electrodos
Pirómetro infrarrojo para temperatura
Balanza digital Alicate
Con la fórmula de porcentajes de humedad de electrodos se ha calculado
porcentaje de humedad que absorben los electrodos. Sumergido en agua de
electrodo 6011.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
probeta 1 probeta2 probeta 3
volumen depositado cm 3
76
Tabla 25. Electrodo sumergido en agua de E6011
TIEMPO
MINUTOS
Humedad
%
Humedad
recomendada
Peso de electrodo
gramos 6011
5 12.91 0.5 29.98
10 12.95 0.5 29.99
15 13.44 0.5 30.12
20 13.74 0.5 30.20
Fuente. Elaboración Propia.
Figura 45. Curva de humedad versus tiempo
Fuente. Elaboración Propia.
En la figura 45 muestra, electrodo E6011 permanece en un recipiente
en agua durante 20 minutos el porcentaje de humedad aumenta a
13.7% y el peso de electrodo aumenta 30.20g, valor que no se
asemeja a la norma D1.1.
%𝐻𝐻𝑏𝑏𝑛𝑛 = 27.14−26.5526.55
𝑥𝑥100% = 2.22%
12.91 12.95
13.44
13.74
12.812.9
1313.113.213.313.413.513.613.713.8
0 5 10 15 20 25
HUM
EDAD
%
TIEMPO
HUMEDAD VS TIEMPO
Humedad %
77
Tabla 26. Resecado de electrodo 6011
tiempo
minutos
Temperatura
(C°)
humedad
(%)
Humedad
recomendad
(%)
Peso de
electrodo
gramos
0 17 2.22 0.5 27.14
10 30 2.07 0.5 27.10
20 40 1.97 0.5 27.07
30 55 1.61 0.5 26.98
40 70 1.35 0.5 26.91
50 95 1.0.1 0.5 26.82
60 126 0.82 0.5 26.77
70 133 0.48 0.5 26.68
80 140 0.30 0.5 26.63
90 145 0.22 0.5 26.61
100 156 0.15 0.5 26.59
120 168 0.07 0.5 26.57
130 174 0.00 0.5 26.55
Fuente. Elaboración Propia.
78
Figura 46. Curva de humedad versus temperatura de E 6011.
Fuente. Elaboración Propia.
En la figura 46 se muestra los resultados de prueba obtenida de resecado de
electrodo de E6011 cuando la temperatura aumenta 130Cº el porcentaje de
humedad del electrodo disminuye a 0.00%, , con una temperatura de 133Cº llega 0.48% de humedad, valor que se asemeja a las normas tecnicas.
Figura 47. Pesaje de electrodos en balanza digital
Fuente. Elaboración Propia.
2.222.07
1.97
1.61
1.35
1.010.82
0.480.30.22 0.15 0.070
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.50.5 0.5 0.50.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
HUM
EDAD
%
TEMPERATURA C°
HUMEDAD VS TEMPERATURA DE ELECTRODO E6011
humedad deelectrodo
79
ELECRODO E 7018 SUMERGIDO A AGUA
El electrodo se sumergió en agua durante 20 minutos.
Tabla 27. Electrodo sumergido en agua
TIEMPO
MINUTOS
Humedad
%
Humedad
recomendada
Peso de electrodo
gramos 7018
5 7.48 0.5 38.20
10 7.85 0.5 38.33
15 8.04 0.5 38.40
20 8.77 0.5 38.66
Fuente. Elaboración Propia.
Figura 48. Curva de humedad versus tiempo E7018
Fuente. Elaboración Propia.
En la figura 48, la curva se muestra el electrodo permanece 20 minutos en un
recipiente de agua la humedad aumenta 8.77% que no es recomendable para cordón de soldadura.
7.48
7.85
8.04
8.77
7.4
7.6
7.8
8
8.2
8.4
8.6
8.8
9
0 5 10 15 20 25
HU
MED
AD %
TIEMPO T
HUMEDAD VS TIEMPO
Humedad %
80
PRUEBA DE REDUCCION DE HUMEDAD DE ELECTRODO E7018
Tabla 28. Electrodo resecado E7018
tiempo
minutos
Temperatura
(C°)
humedad
(%)
Humedad
recomendad
(%)
Peso de
electrodo
gramos
0 17 1.23 0.5 35.98
10 30 1.01 0.5 35.90
20 40 0.92 0.5 35.87
30 55 0.78 0.5 35.82
40 70 0.73 0.5 35.80
50 95 0.67 0.5 35.78
60 126 0.59 0.5 35.75
70 133 0.50 0.5 35.72
80 140 0.42 0.5 35.69
90 145 0.33 0.5 35.66
100 156 0.28 0.5 35.64
120 168 0.19 0.5 35.61
130 174 0 0.5 35.54
Fuente. Elaboración Propia.
Figura 49. Electrodo sumergido en agua
Fuente. Elaboración Propia.
81
Figura 50. Humedad versus temperatura
Fuente. Elaboración Propia.
En la figura 50, se muestra conforme aumenta la temperatura 174Cº la humedad
del electrodo reduce a 0.00% que es óptimo para trabajos en cordón de
soldadura, en 70 minutos llega a una temperatura de 133Cº y la humedad reduce
0.50%. el valor que se asemeja a la norma.
ANÁLISIS DE RESULTADOS DE PRUEBAS EN LAS PROBETAS CON ULTRASONIDO INDUSTRIAL.
Según análisis de porosidad de cordón de soldadura en laboratorio en con
ultrasonido industrial se obtiene los porcentajes de porosidades se recomienda
reducir porosidades, soldar en un área adecuada de ambiente en el sol, usar
horno para reducir humedad del electrodo, el acero ASTM A36 debe ser libre de
grasa, polvo, viento, se recomienda a las empresas realizar bisel de acuerdo a normas AWS D1.1.
Probeta 1 se obtiene 34.5% de porosidad se suelda 4:00PM a una
temperatura de 17.4°C no se utiliza horno para electrodos para reducir
humedad.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
HU
MED
AD %
TEMPERATURA C°
HUMEDAD VS TEMPERATURA DE ELECTRODO E7018
humedadrecomendada
82
Probeta 2 se obtiene 33. % de porosidad se suelda 8:00AM a una
temperatura de 11.8°C no se utiliza horno para electrodos para reducir
humedad.
Probeta 3 se obtiene 0% de porosidad se suelta 12 PM a una temperatura de 18.4°C se utiliza horno para reducir humedad.
La probeta 3 no tiene porosidades en lo cual tiene resistencia mecánica, resistencia a la tracción, calidad de cordón de soldadura.
Consideración de que la humedad relativa en Puno oscila alrededor del 55% en
el verano y entre el 36% y 40% en el invierno según la dirección de Hidrografía
y navegación servicio de hidrografía Puno una vez realizadas los ensayos con
los diferentes tipos de electrodos se pudo determinar que se tiene una tendencia a acertar los tiempos y las temperaturas
Ambiente
Lugares adecuados libre de flujo de viento, polvo, pinturas, grasas.
Personal
El soldador deber ser homologado mínimo 3G, tener capacitación actualizada de procesos de soldadura por SMAW.
Equipo de protección personal
El soldador debe usar pantalón de cuero, casaca de cuero, escapin, zapato punta de acero, tapón de oído, guantes de cuero. Usar extintor contar con vigía.
Máquina de soldar
La máquina de soldar debe ser de marca Miller, Soldexa, Esab.
Parámetros de soldadura
Amperaje adecuado para fundir el acero.
Velocidad de avance 2 mm/seg.
Electrodo de acuerdo al tipo de aleación del acero ASTM A36.
83
Instrumento y herramientas
Escobilla de acero
Piqueta
Cincel
Termómetro
Ultrasonido industrial.
Multímetro
Flexómetro.
84
85
86
87
88
CONCLUSIONES Para reducir porosidades se hizo el análisis de cordón de soldadura probetas en
laboratorio con equipo ultrasonido industrial por la empresa NDT Wilding Service,
de los cuales obtenemos resultados en la probeta (1) 34.5% de porosidad, en la
probeta (2) 33% de porosidad y en la probeta (3) 0% de porosidad en la probeta
3 se suelda, 12:00 del mediodía y se usa horno para reducir humedad del
electrodo.
La preparación incorrecta las uniones de biseles para soldar presentan
porosidades. Lo cual se mejora preparando las probetas de bisel a 60°
separación de junta a 3mm de acuerdo a las normas de AWS D1.1 se suelda
raíz, y relleno, se mejora calidad de cordón de soldadura. Trabajar en lugares
adecuados libre de partículas de polvo, óxidos metálicos, pinturas grasas, flujo
de viento.
Con el empleo de voltaje 25 voltios y 130 amperios se utiliza horno para
precalentamiento de electrodos a una temperatura de 125°C, se reduce
porosidad de la probeta 3 0% de porosidad de acuerdo a los resultados de
laboratorio de ultrasonido industrial.
La selección del tipo de electrodos a usar según la aleación del acero ASTM A36
a material a soldar. Entonces se mejora calidad de soldadura en la probeta 3 0%
de porosidad lo cual tiene resistencia mecánica, resistencia a la tracción como
se muestra en los resultados de ultrasonido industrial, la raíz se suelda con
E6011 tiene resistencia a la tracción 60.000 𝑥𝑥𝑏𝑏 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃2� y relleno se suelta con
E7018 tiene resistencia a la atracción 70.000 𝑥𝑥𝑏𝑏 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑥𝑥𝑃𝑃2� .
Se realiza resecado de electrodo de E7018 durante 130 minutos llega a una
temperatura de 174Cº la humedad reduce 0%, se recomienda trabajar resecado
de electrodo a una temperatura de 130Cº, de los ensayos realizados de
resecados de electrodos de e 6011 y 7018 se ve los resultados a medida que
aumenta temperatura en el horno va secando electrodo norma AWS 5.1-81 para
reducir porosidades en cordón de soldadura.
89
RECOMENDACIONES El ensayo de ultrasonido industrial debe ser realizado por personal calificado, y
que tenga conocimientos en normas AWS d1.1 ya que es un ensayo que requiere
de experiencia para las probetas.
Las uniones en V deben biselar a 60° y unión de separación de 3mm altura de
garganta a 3mm. Según la norma AWS D1.1
Regular amperaje a 130°C el avance a una velocidad de 2 mm/seg, voltaje a 25V
Antes de iniciar trabajo en taller de soldadura, retire todo el material combustible
o inflamable que puedan ocasionar accidentes.
En la industria metalmecánica debe contar con vigía de fuego y debe estar capacitado y entrenado.
El objetivo de la presente tesis es implementar un documento de procedimiento
de trabajo como PQR, WPS, WPQ. Para industria metalmecánica de la ciudad
de Juliaca. Para ejecución proyectos de calidad con cumplimiento de las normas establecidas en el acero.
90
BIBLIOGRAFÍA Manual de soldadura y catálogo de productos OERLICON 7 edición soldexa.
Manual de soldadura exa. Conceptos generales de soldadura y procesos, parte 1.
Lejeune Road código de soldadura en estructura AWS D1.1/D1.1M 2010 edición 22.
CENSICO soldador de estructuras metálicas gerencia de formación profesional lima 2003
Luis Franklin Campos Torres, control de calidad en los procesos de soldadura
FCAW – SMAW Arequipa 2014.
Ricardo André Ramos Llerena. Estudio de la soldabilidad de la unión disimilar
de un cobre con 5 % de Zn con acero estructural ASTM A36 diciembre 2013.
Aníbal Martin Pintado Pizarro, Determinación de efecto de la soldadura en el
comportamiento mecánica en las estructuras metálicas por medio de método de
elementos finitos. Cuenca 2018.
Brenda Yuvisela Yubyang Morales castro reducción de porosidad en moldes de
acero h13 después de recuperación por soldadura GTAW, Saltillo, Coahuila,
México diciembre de 2017.
Daniel Ly Medina inspección de las uniones soldadas de juntas a tope de
penetración completa con diseño de junta en simple “v” para un rango de
espesores de 8 a 25 mm mediante el método de ensayo de ultrasonido y la
técnica de arreglo de fases (phased array) lima junio 2015.
YOVANA CHAUPI QUISPE, ALEX ANDY YUCRA HUAMANI, Soldabilidad de acero
ASTM A50 con el acero ASTM A36 por el proceso SMAW de alargue de chasis para
el ensamblaje de carrocerías de buses, cusco 2019.
91
ANEXOS Tabla: relación de propiedades físicas de varios metales
propiedades Materiales
Acero al
carbono
cobre aluminio Acero
inox
70Ni-
16Cr8Fe
76Ni-
16Cr8Fe
Coeficiente
expansión
térmica
1.0 1.5 2.1 1.4 1.2 1.0
Conductividad
térmica 1.0 5.9 3.1 0.7 0.4 0.2
Capacidad
calorífica 1.0 0.8 1.9 1.0 1.1 0.9
densidad 1.0 1.1 0.3 1.0 1.1 1.1 Temperatura
de fusión 1.0 0.7 0.4 0.9
0.9 0.9
Fuente. Renzo André Luna Tejada.
Tabla tipos de soldadura
Fuente. Manual de Soldexa Oerlikon.
92
Tabla. Sistema de conversiones
Fuente. Manual de Soldexa Oerlikon.