Procesos de Soldadura Materiales No Ferrosos. Ing. Edgar Pérez Hospinal

Transcripción

1 Procesos de Soldadura Materiales No Ferrosos Ing. Edgar Pérez Hospinal

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3 Tipos de materiales A. Aceros al carbono 1. ( St-52, A 633, A355) B. Aceros de baja aleación 1. (HSLA, A 514, T1, HB 400) C. Aceros de alta aleación 1. (Ac. Inoxidables, Ac. Mn) Ferrosos D. Fierros fundidos 1. (FeFdo. Blanco, Fe Fdo. Nodular) 3

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5 Tipos de materiales A. Aluminio y aleaciones 1. (AA 5652, AA5086) B. Niquel y aleaciones 1. (Monel 400, Inconel 600, Hastelloy X) C. Cobre y aleaciones No-Ferrosos 1. (Bronces, Cupro aluminios, Cupro niquel con Al y Mg) D. Titanio y aleaciones 1. (Aleaciones a, aleaciones b, Ti 5 Al-2,5 Sn) E. Cobalto y aleaciones 1. (Stellite) 5

6 El Aluminio tiene muchas aplicaciones que implican soldadura... Embarcaciones: Fast Ferries44 metros de longitud y 300 pasajeros

7 El Aluminio tiene muchas aplicaciones que implican soldadura... Proa, techo, casco y estructura de ferry Aleación 5083

8 El Aluminio tiene muchas aplicaciones que implican soldadura... Chasis de motos y bicicletas Cannondale

9 El Aluminio tiene muchas aplicaciones que implican soldadura... Soldadura de chasis utilizando GTAW con tubos de aluminio de la serie 6000

10 El Aluminio es un metal muy usado A. Es un material ligero. Es 3 veces menos pesado que el acero B. Muy buena resistencia a la corrosión C. Muchas aleaciones de aluminio tienen resistencia estructural D. Durabilidad E. Buena conductividad eléctrica ( 65% del cobre puro) F. Muchas de sus aleaciones tienen buena soldabilidad

11 QUE DE DIFENTE TIENE EL ALUMINIO? A. Capa de óxido 1. Capa dura, delgada y tenaz ( nm de espesor normal) 2. Posible tratamiento de anodizado mayor espesor 3. Temperatura de fusión: 2052 C 4. Es aislante eléctrico 5. Es porosa posibilidad de absorción de humedad y generación de porosidad

12 Cobre y aleaciones de cobre Al Bronce especiales Zn Sn Latón Ni Cu Mn Bronce simple Be, B, As, Fe, Cd, Cr, P, Si, Pb, Ca, Mg, Li

13 Aleaciones de Cobre A. Latón (Cu Zn) B. Bronce Fosforoso Bronce simple (Cu Sn - P) C. Bronce al Aluminio (Cu Al Ni - Fe Mn - Si) D. Bronce al Silicio (Cu Si Sn Mn Fe - Zn) E. Bronce al Níquel (Cu Ni Fe Mn Zn) F. Bronces Multialeados (Cu Al Mn Ni Fe) G. Cupro Níquel (Cu Ni) H. Etc.

14 Procesos de Soldadura Materiales No Ferrosos SMAW (ARCO ELECTRICO MANUAL) GTAW (TIG) GMAW (MIG/MAG) OFW (Autógena) Brazing y Soldering Otros

15 SMAW

16 Corriente directa (DC) A. La corriente directa fluye continuamente en un solo sentido. 1. Puede usarse con todos los tipos de electrodos recubiertos. 2. Es la mejor opción para aplicaciones a bajos amperajes. DCEP (+) (-)

17 Aluminio y Aleaciones

18 A. Cobre y aleaciones Cobre y Aleaciones

19 Metales de Aporte Clasificación AWS Metal de aporte Electrodo revestido Varillas y alambres Nombre común Tipo Metales base ECu ERCu Cobre Cobre Cobres ECuSi ERCuSi-A Bronce al silicio Cobre-silicio Latones, cuprosilicios ECuSn-A ECuSn-C ERCuSn-A Bronce fosforoso Bronce Latones, bronces fosforosos ECuAl-A2 ERCuAl-A1 ERCuAl-A2 Cupro-aluminio Cobre-aluminio Cupro-aluminio, latones, cupro-silicio ECuAI-B ERCuAl-A3 Bronce al aluminio Cobre-aluminio Bronces al Aluminio ECuNi ERCuNi Cupro Níquel Cobre-Níquel Aleaciones de Cu - Ni ECuNiAl ERCuNiAl Cu-Ni-Al Bronces al Ni-Al ECuMnNiAl ERCuMnNiAl Bronce multialeado Cu-Mn-Ni-Al Bronces al Mn, Ni y Al RBCuZn-A Latón naval Latón Latón, cobre RBCuZn-B RBCuZn-C Latón con baja formación de gases de zinc Latón Latón, Cu-Mn RBCuZn-D Latón/Bronce al níquel Cu-Zn-Ni Níquel - plata

20 Metales de Aporte SMAW GTAW GMAW OFW Exa 206 (E Cu) Tigfil 200 Citobronce (ER Cu) (E CuSn-A) Citobronce II (E CuSn-C) Tigfil ER CuAl-A2 Citobronce Al (ER CuAl-A2) (E CuAl-A2) Tigfil 746 (ER CuMnNiAl) Tigfil 200 (ER Cu) Rodfil 204 (B CuP-2) Rodfil 210 R (RB CuZn-A) Rodfil 700 R (RB CuZn-D)

21 Factores que influyen en la Soldabilidad A. Elevada conductividad térmica y elevado coeficiente de dilatación. B. Diseño de la unión. C. Posición de soldeo. D. Condición superficial. E. Elementos de aleación: 1. Vaporización de elementos (Zn y Sn). 2. Formación de capa de oxido (Al, Ni y Be). 3. Fragilización en caliente (Pb y S). 4. Soldabilidad (Mn, Si y Fe).

22 Soldaduras Semiautomáticas A. Alambres sólidos GMAW

23 Guías de alambre ❿ Es importante que se use la guía de acuerdo al diámetro del alambre. Se fabrican en dos variedades: - Acero: - Teflón: Para la mayoría de las aplicaciones. Para aluminio y aceros inoxidables.

24 Aluminio

25 Alambres sólidos GMAW A. Cobre y aleaciones 1. Migfil 746 ERCuMnNiAl B. Aluminio 1. Migfil 400 ER Migfil 404 ER Migfil 405 ER Migfil 407 ER 4047 C. Los alambres sólidos para mig/mag se encuentran disponibles en diámetros de 0.8, 1.0 y 1.2mm. D. Estos alambres vienen en carrete de 15 kilos en bolsa sellada al vacío dentro de una caja.

26 A. Bronces al aluminio Mayor porcentaje B. Bronces simples C. Latones Menor porcentaje

27 ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS) Nombre de la compañía INDUSTRIA NAVAL S.A. Por: Abelardo Acosta A. Especificación de Procedimiento Nº:INSA-WPS-08 Fecha: 04/03/02 PQR de soporte: INSA -PQR-08 Revisión Nº 0 Fecha: 04/03/02 Proceso (s) de soldadura GMAW Tipo: Semiautomatica Juntas (QW-402) Diseño de junta: A tope, 60º Respaldo: (Si) (No) X Material de respaldo (Tipo): Metal Refractario No metálico Otro Esquema, Dibujo de fabricación, Símbolos de soldadura o descripción escrita debe mostrar el arreglo general de las partes a ser soldadas. Donde sea aplicable, la abertura de raíz y los detalles de la soldadura debe ser especificada METAL BASE (QW-403) Nº P : Grupo Nº: al Nº P: Grupo Nº. Procedimiento de soldadura Hasta la especificación de tipo y grado: Cu3 O Especificación de tipo y grado: DIN Ni Al O Análisis químico y Propiedades mecánicas Hasta el análisis químico y propiedades mecánicas Rango de espesores Metal base: Bisel 12.7mm Filete Diam. Tubo Bisel Filete Otro: (Pág. 1 de 2) METAL DE APORTE (QW-404) Especificación Nº (SFA) AWS Nº (Clase) Nº F Nº A Tamaño del mat de aporte Metal depositado: Rango de espesores Bisel Filete Fundente (Clase) Fundente Nombre comercial Inserto Consumible SFA-5.6 ER Cu Mn Ni Al 1.2mm

28 POSICIONES (QW-405) Posicion(es) de bisel 1G Progresión: Asc. Desc. Posición de filete TRATAMIENTO DE POST-CALENTAMIENTO Rango de temperatura Tiempo PRECALENTAMIENTO (QW-406) Temp. Precalentamiento Min 150 C Temp. Interpase. Max 150 C Mantenimiento precalentamiento GAS (QW-408) Protección Arrastre Refuerzo Composición Porcentual Gas (es) (Mezcla) Flujo Argon 100% 20 L/Min CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS (QW-409) Corriente AC o DC DC Polaridad (+) Rango de amperaje Rango de voltaje (El rango de amperios y voltios debe ser registrado para cada tamaño de electrodo, posición, y espesor, etc. Ésta información debe ser listada como se muestra en la tabla. Tamaño y tipo de electrodo de Tungsteno - (Tungsteno puro, 2% Thoriado, etc). Modo de transferencia en GMAW Spray (Arco spray, corto circuito, etc.) Velocidad de alimentación de alambre 4 m / min TÉCNICA Arrastre u oscilatorio Cordones rectilineos sin oscilación - Arrastre Abertura Limpieza inicial y de interpase (Escobillado, esmerilado, etc.) Esmerilado y escobillado entre pase y pase Procedimiento de soldadura (Pág. 2 de 2) Método de limpieza posterior Escobillado Oscilación Distancia de contacto a la boquilla 12 mm Pase múltiple o simple Múltiple Electrodo simple o múltiple Simple Velocidad de avance (rango) Martilleo Alivio mecánico después de soldar cada cordón Otro Soldar en ambiente ventilado Pase Nº Proceso Metal de aporte Corriente Temperatura Voltaje Clase Diam Polaridad Amperaje C 1 GMAW ER CuMnNiAl 1,2 CC ( + ) GMAW ER CuMnNiAl 1,2 CC ( + ) GMAW ER CuMnNiAl 1,2 CC ( + ) GMAW ER CuMnNiAl 1,2 CC ( + ) GMAW ER CuMnNiAl 1,2 CC ( + ) Otros

29 Aplicaciones

30 Aplicaciones EXSA S.A. DIVISION SOLDADURAS

31 A. Varillas TIG Soldaduras para GTAW

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33 A. Cobre Varillas TIG 1. Tigfil 200 ER Cu B. Aluminio 1. Tigfil 400 ER Tigfil 405 ER Tigfil 407 ER4047 C. Las varillas se encuentran disponibles en diámetros de 1.60, 2.50 y 3.15mm. Su longitud es de 1000mm. D. Estos alambres vienen en tubo de 5 kilos.

34 Alta frecuencia A. Permite el encendido del arco sin contacto entre el electrodo y la pieza de trabajo.

35 Polaridad directa (DC-) 30% Calor, prolonga la vida del electrodo 70% Calor Excelente penetración

36 Polaridad invertida (DC+) 70% Calor, limitada vida útil del electrodo Pobre penetración Excelente limpieza 30% Calor

37 Efecto del tipo de corriente Acción de limpieza de No Si óxido Balance de calor en el arco (aprox) 70% en la pieza 30% en el electrodo 30% en la pieza 70% en el electrodo Si; Cada mitad del ciclo 50% en la pieza 50% en el electrodo Penetración Profunda; Angosta Ligera; Ancha Media Capacidad del electrodo Excelente 1/8 (3.2 mm) 400 A Pobre ¼ (6.4 mm) 120 A Buena 1/8 (3.2 mm) 225 A

38 Antorcha A. Tiene la función de conducir: 1. La corriente eléctrica. 2. El gas de protección.

39 Diámetro del electrodo A. Con corriente alterna (AC) se tiene aproximadamente un 50% de la capacidad máxima de conducción de corriente.

40 Punta del electrodo A. Para soldar con AC se prefiere un acabado de tipo esférico.

41 Proceso de Soldadura TIG Equipo de Soladura TIG Fuente de poder Cilindro de Gas de Protección Control remoto Material Base Antorcha Recirculador de agua

42 Proceso de Soldadura TIG Equipo de Soladura TIG El equipo principal para el proceso de soldadura TIG, esta compuesto por Fuente de Energía, un porta electrodo, electrodo, cables de soldeo, cilindro de gas inerte y manguera de conducción de gas. Fuente de Energía Para evitar que la corriente se soldeo se vea afectada por las variaciones de la longitud de arco, la fuente de poder debe de presentar una característica descendente (I=Cte.) La fuente de energía debe de tener la capacidad de suministrar una intensidad tan alta como sea requerida por los espesores del material a soldar.

43 Proceso de Soldadura TIG Fuente de Poder Inversora A. Reducen peso del equipo con un menor tamaño del transformador. B. Frecuencia de alimentación es multiplicada antes de entrar al transformador. C. Protegerlo de sobrecargas. D. Bajo consumo eléctrico. E. Buena calidad de corriente de soldadura.

44 Proceso de Soldadura TIG Fuente de Poder Transformadores - Rectificadores A. Estructura: transformador + rectificador. B. Para generar AC generalmente monofásicas (desbalance línea) C. Bajo costo de mantenimiento, bajo costo operativo

45 Proceso de Soldadura TIG Fuente de Poder Generadoras y Alternadoras A. El generador puede ser impulsado por un motor eléctrico o por un motor de combustión interna (diesel o gasolina). B. Se puede usar un equipo para SMAW adicionándole un arrancador de HF. C. Generadores producen corriente DC. D. Alternadores consisten en un generador eléctrico que produce AC. Motor más pequeño.

46 Proceso de Soldadura TIG Fuente de Poder Alterna Convencionales Utiliza una onda sinusoidal, esta inicialmente era una onda de red que fue transformada para adecuarla a los parámetros de intensidad y tensión. Los medios que se utilizan para estabilizar el arco con corriente alterna son: generador de impulsos de alta frecuencia, filtros capacitivos o el empleo de fuentes de onda cuadrada. Fuente de Onda Cuadrada Disminuye el tiempo de cambio de sentido de la corriente (Semionda Positiva - Semionda Negativa) de soldadura. Consiguiéndose la estabilidad del arco. Estas fuentes logran ajustar el nivel de intensidad que alcanza cada semionda cuando cuentan con un control de balance de onda.

47 Proceso de Soldadura TIG AC Onda Cuadrada Balanceada

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50 Proceso de Soldadura TIG Principales Funciones de los Equipos de Soldadura. Control de Pendiente (Electroslope). Temporizador de Post-Flujo (Postflow Time) y Pre-Flujo (Preflow Time) de gas de protección. Impulso de alta frecuencia (High Frecuency). Control del balance de onda (AC Balance). Función Pulsatoria. Control Remoto.

51 Proceso de Soldadura TIG Porta electrodo Parte del sistema del equipo de soldeo TIG, cumple la función de conducir la corriente y el gas de protección hasta la zona de soldeo. Debe de tener un sistema de refrigeración ya sea por aire (natural), cuando se suelda espesores delgados. El sistema de refrigeración con agua (forzada), para trabajos forzados con elevadas intensidades superiores a los 180 Amperios. Cada porta electrodo en su interior contiene una pinza la cual sujeta al electrodos de volframio. Existe un juego de pinzas para cada diámetro de electrodo.

52 Proceso de Soldadura TIG Consta de una tobera de material cerámico, cuya función es de dirigir y distribuir el gas de protección hasta la zona de soldeo. Es importante mantener centrado el electrodo dentro de la tobera para una buena protección. Electrodos No Consumibles La única función que desarrolla este electrodo es el de mantener el arco sin aporte de material al baño de fusión. Posee una alta temperatura de fusión.

53 Proceso de Soldadura TIG Los tres tipos de electrodos se clasifican en función de su composición: Volframio puro. Volframio aleado con torio. Volframio aleado con circonio. La adición de torio o circonio aumenta la emisividad, incrementando el flujo de electrones, mejora la estabilidad del arco. Ademas, estas aleaciones permiten utilizarlos a elevadas intensidades de corriente, sin contaminar el baño de fusión como si sucedía con el Volframio puro.

54 A. Varillas sólidas Proceso OAW

55 Varillas OAW A. Cobre y aleaciones 1. Exsalot 204 BCuP-2 2. Exsalot 210 RBCuZn-A 3. Exsalot 700 RBCuZn-D B. Aleaciones de Plata 1. Rodfil 307 BAg-2 2. Rodfil 308 BAg-8 3. Rodfil 314 Bag-7 4. Rodfil 315 BAg-1

56 Varillas OAW A. Aleaciones de estaño 1. Rodfil 611 L-SnAg5 2. Rodfil /60 L-PbSn40(Sb) 3. Rodfil /50 L-PbSn50(Sb) 4. Rodfil /40 L-Sn60Pb(Sb) 5. Rodfil 612P L-Sn60Pb 6. Rodfil 614P L-Sn99.9 B. Fundentes 1. Flux 200 FB3-D (para bronce) 2. Flux 300 FB3-F (para plata) 3. Flux 400 FB1-A (para aluminio) 4. Flux 600 (para estaño)

57 Proceso de Soldadura por Resistencia

58 Concepto A. La Soldadura por Resistencia: Es el grupo de procesos de soldadura que producen la coalescencia de las superficies en contacto mediante el calor originado por la resistencia al paso de la corriente de las piezas de trabajo, las cuales forman parte del circuito y a su vez son sometidas a presión.

59 Equipo 1. Circuito Eléctrico I. Corriente Alterna II. Corriente Directa 2. Electrodos 3. Equipo de Control I. Iniciar e interrumpir el suministro de corriente II. Controlar la magnitud de la corriente III. Accionar y liberar los mecanismos de fuerza de los electrodos en el momento apropiado

60 RSW S. por Puntos

61 RSW S. por Puntos

62 RSW Electrodos

63 RSW Electrodos

64 RSW Electrodos

65 RSW Electrodos

66 RSW Electrodos

67 RSW Ejemplo de variables

68 RSW S. por Puntos A. Aplicaciones: 1. Unión de láminas de acero al carbono para automóviles 2. Producciones de altos volúmenes de ensamblados de láminas metálicas 3. Usado en la fabricación de muebles y equipos electrodomésticos

69 RSW - Aplicaciones

70 RSW - Aplicaciones

71 RSEW S. de Costuras

72 RSEW Orientación de Soldeo 1. Longitudinal 2. Transversal

73 RSEW - Aplicaciones

74 Friction Stir Welding Friction Stir Welding fue inventado en 1991 The Welding Institute ( TWI) y representa el desarrollo tecnológico mas significativo en unión de materiales en los últimos 50 años. Al inicio solo Soldadura de Aluminio (5XXX 6XXX) y (2XXX 7XXX).

75 Friction Stir Welding A. La Soldadura por Fricción- Agitación o Friction stir welding (FSW) es un proceso de unión en estado sólido. La herramienta de soldadura está básicamente construida en una sola pieza y consta de dos partes, un perno y un apoyo. La unión se produce por el calentamiento por fricción inducido por la herramienta, que promueve un comportamiento pastoso/viscoso del material y su correspondiente flujo entre las chapas a unir.

76 Ventajas 1. Estructuras mas resistentes que la soldadura por Arco Electrico en aceros, aluminio, nickel, cobre y aleaciones de Ti. 2. Incremento Fatiga, baja distorsión, menos esfuerzos residuales, menos sensibilidad a corrosión y esencialmente uniones libres de defectos. 3. Bajos Niveles de H. 4. No hay emisión de humos peligrosos. 5. Un estimado de beneficio de $ 4.9 billones/año U.S 6. Aprobado por ABS 2002

77 Ventajas

78 Desventajas 1. Alto costo del equipo. 2. Falta de estándares. AWS D8 Automotive Welding (AWS D8.17 Specification for Automitive Weld Quality AWS D17 Welding in the Aircraft and Aerospace (AWS D17.3 Specification for FSW of Aluminum for Aerospace Applications. AWS C6.1 Recommended Practices for FSW. 3. Falta Información

79 Aplicaciones.

80 Aplicaciones - Automotriz

81 Aplicaciones - Aeronáutica

82 Aplicaciones

83 Zonas en FSW

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