Soldadura 2013 1

PROCESOS DE MANUFACTURA
MFZG/13
Proceso económicoProceso Técnico
La manufactura la definen como el proceso de convertir la materia
prima en productos. Incluye:
•El diseño del producto,
•La selección de la materia prima y
•La secuencia de procesos a través de los cuales será
manufacturado el producto.

PROCESOSDE
MANUFACTURA
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SOLDADURA
PROCESOS Y EQUIPOS PARA UNIR
Aunque algunos productos se hacen de un solo componente, casi todos se
ensamblan con componentes que fueron fabricados como piezas
individuales. Aun los productos relativamente sencillos consisten en al
menos dos piezas distintas unidas por medio de varios métodos.
La unión es un término genérico que cubre procesos como soldadura,
latonado (soldadura fuerte), estañado (soldadura suave) y fijación
mecánica. Estos procesos son un aspecto importante y necesario de las
operaciones de manufactura por las siguientes razones:
•Es imposible manufacturar el producto de una sola pieza.
•Es más económico fabricar productos en partes y unir después las piezas.
•Facilitar el mantenimiento o la reparación
•Pueden necesitarse distintas propiedades para los fines funcionales del
producto.
•Se puede facilitar, y ser menos costoso, el transporte del producto en
componentes individuales, y ensamblarlos en la casa o la fábrica del
cliente, que transportar el conjunto completo.
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SOLDADURA
PROCESOS Y
EQUIPOS PARA
UNIR
De acuerdo a la última
clasificación de la Sociedad
Americana de Soldadura
(AWS), los procesos de unión
entran en tres categorías
principales: soldadura, unión
adhesiva y sujeción mecánica.
A su vez, los procesos de
soldadura se dividen en tres
categorías
básicas: soldadura de fusión,
soldadura en estado sólido y
soldadura fuerte y blanda.
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SOLDADURA
PROCESOS Y EQUIPOS PARA UNIR
MFZG/13

SOLDADURA
TIPOS DE UNIONES Y JUNTAS
La elección de un proceso de unión depende de varios factores:
•La aplicación
•El diseño de la unión
•Los materiales que intervienen
•Las formas de los componentes que se van a unir, sus espesores y
sus tamaños
Entre otras operaciones están la colocación de la unión en el producto,
la cantidad de componentes individuales que se manejan, la destreza
requerida del operador y los costos de equipo y mano de obra.
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SOLDADURA
TIPOS DE
UNIONES Y
JUNTAS
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SOLDADURA
SOLDADURA POR FUSIÓN
Proceso de unión que produce
coalescencia de los materiales por
calentamiento a la temperatura de
soldadura, con o sin aplicación de
presión y con o sin uso de metal
de relleno.
APLICACIÓN E IMPORTANCIA
Proceso de fabricación de piezas
metálicas de amplio uso a nivel
industrial, también es usado para
ensamblaje y como proceso de
mantenimiento de diferentes
tipos de aleaciones y piezas.
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MFZG/11
SOLDADURA
TIPOS DE SOLDADURA POR FUSIÓN

SOLDADURA
SOLDADURA POR ARCO Y METAL PROTEGIDO
En la soldadura con arco, desarrollada a mediados del siglo XIX, el calor
que se requiere se obtiene de la energía eléctrica. El proceso puede
implicar un electrodo consumible o uno no consumible (varilla o
alambre). Se produce un arco entre la punta del electrodo y la de la
pieza que se va a soldar, mediante una fuente de alimentación de CA o
de CD. Este arco produce temperaturas mucho mayores que las que se
desarrollan en la soldadura con oxígeno y combustible gaseoso.
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SOLDADURA
SOLDADURA POR ARCO Y METAL PROTEGIDO
La soldadura con arco y metal protegido (SMAW) es uno de los
procesos de unión más antiguos, sencillos y versátiles. El arco eléctrico
se genera tocando la pieza con la punta de un electrodo recubierto y
retirándola con rapidez a la distancia suficiente para mantener el arco.
Los electrodos tienen la forma de una varilla delgada y larga, por lo
que este proceso se denomina también soldadura con varilla.
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SOLDADURA
ELECTRODOS
REVESTIDOS O
RECUBIERTOS
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SOLDADURA
SOLDADURA OXICOMBUSTIBLE
La soldadura con oxígeno y
combustible gaseosos, o
soldadura de oxicombustible,
es un término general para
describir cualquier proceso de
soldadura que use un gas
combustible con oxígeno
para producir una llama.
El proceso más común de soldadura con gas emplea el combustible
acetileno; se conoce como soldadura con oxiacetileno y se usa
mucho para fabricación de lámina metálica estructural, carrocerías de
automóviles y diversos trabajos de reparación.
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SOLDADURA
Equipos
de
Soldadura
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SOLDADURA
Los metales de aportación se usan para
suministrar material adicional a la zona de
soldadura durante la operación. Se consiguen
en varillas o alambres de metales
compatibles con los que se van a soldar.
Estas varillas de aportación consumibles
pueden ser desnudas o estar cubiertas con
un fundente. El objeto del fundente es
retardar la oxidación de las superficies de las
piezas que se sueldan, generando una
protección gaseosa en torno a la zona de
soldadura. Además, el fundente ayuda a
disolver y eliminar óxidos y otras sustancias
en la pieza, por lo que contribuye a la
formación de una unión más resistente. La
escoria que se forma protege al régulo o gota
de metal fundido contra la oxidación, al
enfriarse.
Metales
de
aportación
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SOLDADURA
La llama es la fuente de calor para
fundir los metales en la unión.
Tipos de llamas A una relación de uno a uno,
cuando no hay exceso de
oxígeno, se considera que se
produce una llama neutra.
Si la relación de oxígeno es descendente, la llama es reductora o carburante.
La temperatura de una llama reductora, que contiene exceso de acetileno, es
menor, por lo que es adecuada para las aplicaciones que requieran poco calor,
como por ejemplo la soldadura fuerte y blanda, y el endurecimiento a la llama.
Con mayor suministro de
oxígeno, ésta se transforma en
una llama oxidante. Esta
llama es perjudicial, en especial
para los aceros, porque los
oxida. Sólo es preferible la
llama oxidante en la soldadura
de cobre y sus aleaciones,
porque en estos casos se forma
una capa protectora delgada de
escoria sobre el metalfundido.
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SOLDADURA
Tipos de llamas
En la soldadura con oxígeno y combustible gaseosos se pueden usar otros
gases, como hidrógeno y metilacetileno o propadieno. Las temperaturas
obtenidas con estos gases con bajas, y en consecuencia se usan para soldar:
metales con bajos puntos de fusión, como plomo, y piezas delgadas y pequeñas.
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SOLDADURA
MIG MAG
La soldadura MAG (Gas metal arc welding) es un
tipo de soldadura que utiliza un gas protector
químicamente activo (dióxido de carbono, argón
más dióxido de carbono o argón más oxígeno). El
material de aporte tiene forma de varilla muy larga
y es suministrado continuamente y de manera
automática por el equipo de soldadura.
Se utiliza básicamente para aceros no aleados o de
baja aleación. No se puede usar para soldar aceros
inoxidables ni aluminio o aleaciones de aluminio.
Es similar a la soldadura MIG (soldadura por arco
con gas inerte), se distinguen en el gas protector
que emplean. Es más barata que la soldadura MIG
debido al menor precio de gas que utiliza.
SOLDADURA POR ARCO, METAL Y GAS
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SOLDADURA
Aptitud de los metales y aleaciones a ser unidos por soldadura
bajo determinadas condiciones para ejecutar una construcción o
estructura.
Metalúrgica
Estudia las
modificaciones
físico-químicas
de la soldadura.
Operatoria
Estudia las
dificultades de
su realización.
Constructiva o global
Estudia las propiedades
o condiciones que debe
cumplir una unión
soldada para emplearse
en una determinada
construcción y trabaje
bajo las condiciones
requeridas.
SOLDABILIDAD
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SOLDADURA
Las zonas de una junta de
soldadura son:
•El metal base (A)
•La zona afectada por el calor
(ZAC) (B)
•El depósito de soldadura (C)
La metalurgia de estas zonas
dependen de las características
del metal base, el metal de
aporte y el proceso de
soldadura utilizado.
(A) (B)
(C)
ZONAS EN LA JUNTA SOLDADA
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SOLDADURA
Metal base
Material de la construcción no afectado por la operación de la
soldadura. Su composición química y estructura corresponden
completamente a los del material original.
ZAC (Zona Afectada por el Calor)
Zona de transición que se compone del metal base. Sufre procesos
térmicos que han conducen a transformaciones estructurales. Estas
transformaciones son de gran importancia durante el proceso de
soldadura, porque generalmente determinan la aparición de fisuras y
otro tipo de defectos.
Depósito de soldadura
Metal fundido por la operación de soldeo. Constituido por el metal de
aporte y el metal base que se ha solidificado partiendo del estado
líquido. Sufre transformaciones de orden químico y estructural.
ZONAS EN LA JUNTA SOLDADA

Velocidad de Enfriamiento Espesor de la junta
Geometría de la junta
Composición Química
Rápida
Fases Duras
y frágiles
Lenta
Fases
Suaves
Precalentamiento
Reduce tensiones en la ZAC
Facilita difusión del hidrógeno
Disminuye la porosidad
SOLDADURA
PRECALENTAMIENTO
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En los procesos de
soldadura se producen en
las piezas tendencias a
dilatarse y a contraerse,
por la aplicación de calor y
luego un enfriamiento.
SOLDADURA
CONTROL DE TENSIONES, DEFORMACIONES
Y CONCENTRACIONES DE ESFUERZOS EN LA
SOLDADURA
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Si la soldadura es rígida, no habrá posibilidades de expandirse o
contraerse, por lo cual se generan tensiones internas en la pieza. Si la
soldadura es parcialmente rígida, se presentaran deformaciones en las
áreas libres.
Así mismo se deben considerar la distribución de los esfuerzos a través
de la junta de la soldadura, sobre todo en equipos que operan bajo
cargas dinámicas.
En vista de lo anterior, a la hora de diseñar un procedimiento de
soldadura se debe tomar en consideración ciertas reglas para controlar
estos efectos.
SOLDADURA
CONTROL DE TENSIONES, DEFORMACIONES
Y CONCENTRACIONES DE ESFUERZOS EN LA
SOLDADURA
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• Evitar aplicación excesiva de soldadura.
• Realizar adecuada preparación de bordes.
SOLDADURA
CONTROL DE TENSIONES Y DEFORMACIONES
EN LA SOLDADURA
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• Reducir el número de pasadas.
• Soldar lo más próximo al eje neutro.
SOLDADURA
EN LA SOLDADURA
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• Uso de cordones
intermitentes.
SOLDADURA
EN LA SOLDADURA
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• Separar las piezas antes de soldar.
• Situar partes fuera de posición antes de soldar.
SOLDADURA
EN LA SOLDADURA
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• Martillado del cordón.
• Uso de prensas o dispositivos para mantener la pieza en posición
rígida.
SOLDADURA
EN LA SOLDADURA
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Disminuir los factores que los origina
• Geométricos: Evitar cambios bruscos de sección, intersecciones de
miembros, refuerzos de cara de la soldadura, etc.
• Fabricación: Evita defectos de soldadura como grietas, falta de
fusión, falta de penetración, porosidad, etc.
• Metalúrgicos: Evitar cambios de propiedades mecánicas del
material, fases duras, microestructuras, etc.
SOLDADURA
CONTROL DE CONCENTRACIONES DE
ESFUERZOS EN LA SOLDADURA
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Un punto importante cuando se inspecciona una soldadura es identificar los
diversos tipos de discontinuidades que se pueden detectar. En general, una
discontinuidad es definida como alguna irregularidad en la naturaleza
uniforme de una pieza.
En una soldadura el tipo de discontinuidades más comunes son: grietas,
porosidades, fusión incompleta, entre otras.
Mientras una discontinuidad es alguna característica la cual introduce
irregularidad en una estructura uniforme, un defecto es una discontinuidad
rechazable, o sea, que puede afectar el comportamiento en servicio de la
estructura.
Dependiendo del servicio de una pieza, una discontinuidad puede ser o no
considerado un defecto. Las discontinuidades pueden ser agrupadas en dos
grupos: lineales y no lineales. Las primeras exhiben longitudes mayores a
sus anchos y las segundas las mismas dimensiones de longitud y ancho.
SOLDADURA
DISCONTINUIDADES EN LA SOLDADURA
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Discontinuidad: interrupción de la estructura típica de una
soldadura, desde el punto de vista mecánico, metalúrgico o físico.
Defecto: discontinuidad rechazable, o sea, producto no cumple con
los requisitos mínimos del servicio o por la norma que aplique.
Los defectos de soldadura pueden depender:
•Proceso de soldadura
•Método de inspección
•Tipo de soldadura
•Diseño de Junta
•Material utilizado
•Condiciones de trabajo
y ambiente
SOLDADURA
DISCONTINUIDADES EN LA SOLDADURA
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Según la IIW (Instituto Internacional de Soldadura), los defectos se
clasifican en series:
•Serie 100, Grietas
•Serie 200, Porosidades
•Serie 300, Inclusiones
•Serie 400, Falta de penetración y Falta de fusión
•Serie 500, Socavación o solapes
•Serie 600, Otros defectos (salpicaduras excesivas, quemaduras,
sobre espesor, convexidad, entre otros)
SOLDADURA
TIPOS DE DEFECTOS Y CAUSAS
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Según la AWS (Asociación Americana de Soldadura), los defectos se
clasifican en:
•Dimensionales (distorsión, alabeo, preparación/tamaño/perfil/
incorrectos de la soldadura, dimensiones finales incorrectas, refuerzo
excesivo de la soldadura)
•Relacionadas a la operación de la soldadura (porosidades,
inclusiones, falta de fusión/penetración, socavación, grietas, entre
otras)
•Propiedades mecánicas y químicas de la soldadura ( establecidos en
los códigos y especificaciones)
•Propiedades del metal base (atribuidos al metal base)
SOLDADURA
TIPOS DE DEFECTOS Y CAUSAS
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Serie 100. Grietas
Es una de las más criticas de las discontinuidades lineales. Esta
criticidad tiende a propagarse cuando un esfuerzo es aplicado. Son
iniciadas cuando una fuerza aplicada sobre la pieza excede sus
resistencia mecánica, la cual puede ser causada durante la
soldadura o el servicio.
Las grietas se clasifican bajo diferentes criterios, por la temperatura
a la cual se producen, en frías y calientes. Las grietas frías ocurre
luego que el metal ha enfriado hasta la temperatura ambiente y
pueden ser intergranulares y transgranulares. Las grietas calientes
usualmente ocurren durante la solidificación y son intergranulares.
Según su dirección pueden ser transversales y longitudinales. Las
primeras se generan por contracciones longitudinales en la
soldadura o en metales de baja ductilidad, las segundas son
causadas por contracciones longitudinales en la soldadura o en el
servicio.
SOLDADURA
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Serie 100. Grietas
Grietas longitudinales
y transversales
Grietas bajo el cordón
Grietas en la ZAC
SOLDADURA
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Serie 200. Porosidades
Discontinuidad tipo cavidad formada por gas atrapado durante la
solidificación. Debido a su forma esférica, es considerada la menos
critica de las discontinuidades.
Hay varios tipos de porosidad; esparcida uniformemente, agrupada,
lineal y tipo conducto.
Poros distribuidos uniformemente Poros alineados con fisura Poros superficiales aislados
Radiografías donde se observan poros alineados y distribuidos
SOLDADURA

Serie 300. Inclusiones
Una inclusión es un material sólido extraño, tales como escoria,
fundente y óxidos. Pueden ser metálicas y no metálicas.
Las inclusiones de escoria ocurren durante la soldadura cuando el
fundente queda atrapado en el metal solidificado, generando un
área donde no ocurre fusión del metal base o una fusión
incompleta.
Radiografías donde se observan inclusiones de tungsteno
Radiografías donde se observan inclusiones de escoria
Inclusiones de escoria superficiales
SOLDADURA
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Serie 400. Falta de Fusión
Discontinuidad en la cual la fusión del
metal base no ocurre. Se asocia con
inclusiones de escoria por limpieza
insuficiente, o por insuficiencia de
concentración de calor.
SOLDADURA
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Serie 400. Falta de Penetración
Discontinuidad asociada solamente con las
soldaduras en ranuras y es una condición
donde el material no se extiende a través
de todo el espesor de la junta. Es
localizada adyacente a la raíz de la
soldadura.
SOLDADURA
MFZG/13

Serie 500. Socavaciones
Discontinuidad que ocurre en el metal base adyacente a la
soldadura, cuando no hay suficiente metal de aporte depositado
para un adecuado relleno. Causada por velocidad de soldadura
excesiva o un calentamiento muy alto.
SOLDADURA
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Serie 500. Solapes
Discontinuidad que se
describe como una cantidad
de material soldado que
sobresale sobre la base o la
raíz de la soldadura. Causada
por velocidad de avance lenta
y excesivo material de aporte
fundido.
Ocurren generalmente en
soldaduras horizontales.
Serie 600. Otros Defectos
Convexidad
Sobreespesor
Salpicaduras
SOLDADURA
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SOLDADURA
SEGURIDAD EN EL PROCESO DE SOLDADURA
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