domingo, 9 de septiembre de 2012

Gestión de la soldadura

Es posible ahorrar en los procesos de soldadura y se pueden mejorar los resultados con un poco de atención a los detalles, la gestión en la soldadura es un factor esencial que abarca  desde la reparación de una pieza sencilla hasta proyectos de meses de duración.

Los costos son manejables, y se deben administrar aspectos como:  

ü    el diseño de las piezas a soldar,
ü    procesos de selección de materiales de aporte,
ü    eliminación  operaciones innecesarias,  
ü    planificación de la  producción, procedimientos de soldadura,
ü    actividades de apoyo,
ü    criterios para la revisión y aprobación de procesos, 
ü    aprobación de equipos y calificación del personal, 
ü    uso de métodos y procedimientos específicos, etc.


Incluso, aquellas personas que no tienen responsabilidad efectiva en la solidez financiera de la operación de soldadura pero que están involucrados en las operaciones, y  de corazón desean  la prosperidad de su lugar de trabajo, pueden contribuir a la mejora del mismo, con tan solo observar en su entorno y prestar atención a los importantes detalles y llamando la atención de los encargados de la  gestión, y así aportar sus sugerencias. 

Desde cambiar el diseño de una unión puede disminuir el exceso de material de soldadura, la introducción de la computadora puede controlar los centros de corte que producen geometrías complejas, para tomar ventaja con una mayor calidad que permita aumento de la velocidad de soldadura,  para reducir los tiempos de fabricación e  instalación. 

Se debe ser capaz de conocer los costos reales incurridos por unidad de longitud de soldadura o depósito de cualquier procedimiento de soldadura. Esto implica un trabajo de contabilidad que la mayoría de responsables no desean realizar, ya que esto incluye conocimientos en los costos, en actividades de apoyo, gastos imprevistos y de calidad, entre otros; pero que al final mejoran sustancialmente el desempeño financiero de cualquier operación de soldadura.

Las empresas con departamentos de soldadura, grandes o pequeños, deben tener la gestión de la soldadura en el lugar, para organizar y administrar el trabajo. Esto ayuda si el gerente de la soldadura es conocedor de la soldadura. Él no tiene que ser capaz de manejar un soplete, pero debe tener un conocimiento básico del proceso.

La gestión ayudará tomar las medidas necesarias desarrollando soluciones para mejorar las operaciones de soldadura, a menudo es  un reto, con la finalidad de cumplir con el alcance, dentro de límites de tiempo, y costo definidos.


domingo, 19 de agosto de 2012

Boring


El boring se puede definir básicamente  como la técnica metalmecánica para la creación de agujeros,  tubos, objetos cilíndricos huecos, bujes, entre otros,  con un instrumento de corte, haciendo girar la herramienta o la pieza a mecanizar; generalmente por la complejidad de las piezas se gira la herramienta de corte.

Fig. No 1.Boreado de un cubo de retroexcavadora

Los trabajos con esta denominación son muy importantes, ya que, por lo difícil del desarme de muchos componentes estructurales de máquinas, y  lo costoso de su desplazamiento a taller y como su gran tamaño, se emplea  está técnica de gran versatilidad para resolver  problemas en campo, donde la máquina de boring (boreado) es más fácil de llevar (in situ). 

La corrección de grandes desgastes en agujeros es su gran aplicación a nivel de ingeniería, alojamiento de pasadores, manzanas de cubos de palas, retroexcavadoras, grúas, tractores, cargadores,  y demás equipos de minería y construcción.

La máquina consta fundamentalmente de un cuerpo donde se genera la motricidad controlada de la barra de corte, este cuerpo posee una base magnética (en muchas ocasiones) para adherirse a la superficie de trabajo, ya sea vertical o horizontalmente,  la broca (barrena) o barra de corte es perforada para posicionar los segmentos de corte a la necesidad de la actividad. Para facilitar el movimiento de esta barra, y reducir los efectos de giro y las vibraciones, se ajustan en los extremos (o en los puntos necesarios) soportes autoalineantes (ver figura 2).
Fig. No 2. Boreado de soporte de boom (retroexcavadora) 

Recordar que el relleno de piezas debe estar acorde con las características de composición química de las piezas a reparar, para así, mantener las propiedades más fidedignas de la pieza original. Según se ha explicado en artículos anteriores.

Fig. No 3. Barra de boring (barra de corte )


Fig. No 4. Accesorios para el boring

Adjunto el siguiente video de demostración cortesía de   Garringer's Machine Shop


Muy elocuente.


jueves, 3 de mayo de 2012

Manejo de los electrodos revestidos



Los electrodos revestidos y los fundentes para soldadura, cuando absorben humedad alteran el depósito de soldadura. Esto se refleja de la siguiente manera: poros en el cordón, o fisuras en el depósito de soldadura por hidrógeno atómico absorbido en la estructura del metal base y el metal de aporte.
 
Como consecuencia, esto influye también, en la alteración de las propiedades mecánicas de la unión soldada, como la resistencia a la tensión, elongación, tenacidad y dureza.
La humedad es la fuente principal de hidrógeno. Con la temperatura generada por el arco eléctrico, el agua (H2O) se disocia liberando átomos de hidrógeno que causan poros en las soldaduras.

Fig.1. Electrodo revestido (SMAW)

Por ejemplo, el aluminio, cuando entra en contacto repetidamente con el agua, genera una capa superficial de óxido de aluminio hidratado, (Al2O3·nH2O). La humedad producida por condensación, bien sobre el consumible o bien sobre el metal base, puede dar lugar a dos problemas durante el soldeo: poros producidos por el hidrógeno generado en la disociación del agua procedente del óxido hidratado, o de la humedad presente en las superficies metálicas.

 Como un principio básico los electrodos deben ser almacenados en su empaque original hasta ser usados. Si es posible, los empaques de los electrodos deben ser sacados del almacén en la secuencia en que fueron recibidos.

Los electrodos deberán ser almacenados en un depósito seco donde sea posible controlar la temperatura y la humedad. El ambiente en este almacén deberá tener una humedad máxima de 60% y una temperatura mínima de 15°C.
Un almacenaje inferior a 10°C podría ocasionar absorción de humedad en el revestimiento de los electrodos, que posteriormente durante la soldadura pueden generar porosidades, grietas en el cordón de soldadura o inclusión de hidrógeno en el metal de soldadura, como se mencionó anteriormente.

Nunca se deben dejar los electrodos directamente en el piso. Una vez abierto el empaque de los electrodos, deberán ser secados y almacenados necesariamente. Nunca los deje a temperatura ambiente. Cuando los empaques de los electrodos han sido abiertos y expuestos al medio ambiente, deberán ser re horneados (algunos autores también lo denominan “resecado”) antes de su aplicación, debido a la absorción de humedad.

Los productos podrán ser almacenados por un máximo de 1 año en su empaque debidamente cerrado. En la siguiente tabla se muestra una descripción para la conservación y re horneado de los electrodos.
    
Condiciones típicas de almacenaje y re horneado de los electrodos según el revestimiento básico, ácido, rutílico, de acuerdo con las especificaciones AWS (American Welding Society) A5.1, A5.4, A5.5, A5.11

Clasificación AWS
Almacenamiento en empaque cerrado
HR = Humedad relativa
Almacenamiento del empaque abierto dentro del horno de sostenimiento
Temperatura y tiempo de
re horneado
E6010, E6011
Almacénese a temperatura ambiente
No recomendado
No recomendado
E6012, E6013, E6019, E6020, E6022, E6027, E7014, E7024, E7027

30ºC ±10ºC
 HR 50% Max.

12ºC  a 24ºC

Una hora a
 135ºC ±15ºC
E7015, E7016, E7018, E7028, E7018M, E7048



30ºC ±10ºC
HR 50% Max.

30ºC a 140ºC

260ºC  a 427ºC
2 Horas

Los electrodos que han estado en contacto directo con agua, grasa ó aceite, NO deben usarse para la fabricación por soldadura. En este caso, incluso el re horneado NO es una solución adecuada dando como resultado trabajos de baja calidad en la aplicación.

Los electrodos recubiertos que están suministrados en latas NO requieren re horneado si están puestos directamente en el secador y son utilizados directamente.

 En un taller de soldadura, la uniformidad en las  temperaturas del aire y del metal es de gran importancia cuando la humedad relativa es alta. Tanto al metal de aporte como al metal base se les debe permitir alcanzar la temperatura de la zona de soldeo.

Los materiales base deben ser limpiados en lo posible con un cepillo limpio de cerdas de acero inoxidable, antes de soldar.
Se recomienda el uso de soluciones débilmente alcalinas y desengrasantes comerciales que no generen  humos tóxicos durante el soldeo. Los soldadores deberán limpiar las juntas con un trapo limpio mojado con un solvente volátil derivado del petróleo. Toda superficie deberá ser cuidadosamente secada tras su limpieza.

   
Agradecimiento a las recomendaciones de:

ESAB
Böhler  Welding Group

domingo, 26 de febrero de 2012

Agrietamiento en soldaduras


Existen varios tipos de discontinuidades que pueden producirse en las soldaduras o en la zona afectada por el calor. Las soldaduras pueden contener porosidad, inclusiones de escoria o grietas. De los tres, las grietas son las más perjudiciales. Considerando que existen límites aceptables para las inclusiones de escoria y la porosidad en las soldaduras, las grietas no son aceptables. Las grietas en una soldadura, o en la proximidad de una soldadura, indican que uno o más problemas existen y deben ser tratados con urgencia. Un análisis cuidadoso de las características de la grieta hará que sea posible determinar la causa y tomar las medidas correctivas más satisfactorias.

Las soldaduras pueden fallar debido a un exceso de carga, un diseño inapropiado, o por fatiga. El agrietamiento en la  soldadura se produce cerca o durante el momento de la fabricación. Las grietas en calientes son las que ocurren a temperaturas elevadas y son por lo general relacionadas con la solidificación, y las grietas en frío son aquellas que se producen después de que el metal de soldadura se ha enfriado a temperatura ambiente y tienen que ver generalmente con el  hidrógeno. Ninguna de ellas  es  resultado de operaciones en servicio.

La mayoría de agrietamientos son el resultado de contracciones que se producen cuando el metal de soldadura se enfría.  Hay dos fuerzas opuestas que operan en el fenómeno: los esfuerzos inducidos por la contracción del metal, y la rigidez circundante del material de base.
Soldaduras largas y de gran penetración aumentan las tensiones de contracción, es fundamental prestar especial atención a la secuencia de soldadura, temperatura de trabajo, el tratamiento térmico posterior a la soldadura, diseño de la unión, los procedimientos de soldadura y material de relleno. 
  
Agrietamiento en la zona afectada térmicamente (HAZ)


La zona afectada por el calor (HAZ) es aquella región del metal base que está en la inmediación del cordón  de soldadura sufriendo ciclos de calentamiento y enfriamiento.
 A pesar de que está relacionada con el proceso de soldadura, en este caso la grieta se produce en el material base, no en el material de soldadura (ver fig. 1 y fig. 4). Este tipo de agrietamiento también se conoce como "agrietamiento de talón", o "agrietamiento retardado." Debido a que este agrietamiento se produce después de que el acero se ha enfriado por debajo de aproximadamente 204°C, también se  le puede denominar "agrietamiento en frío", y como se asocia con el hidrógeno, también se le llama "agrietamiento asistido por hidrógeno."

A fin de que en la zona afectada por el calor se produzca agrietamiento, tres condiciones deben estar presentes simultáneamente: debe haber un nivel suficiente de hidrógeno, tiene que haber un material suficientemente sensible involucrado, y, debe existir un nivel suficientemente alto de tensión residual o aplicada.
 La reducción o eliminación adecuada de una de las tres variables generalmente elimina este tipo de agrietamiento. En aplicaciones de soldadura, el enfoque típico es limitar dos de las tres variables, a saber, el nivel de hidrógeno y la sensibilidad del material.

El hidrógeno puede entrar en un baño de soldadura de una variedad de fuentes. La humedad y los compuestos orgánicos son las principales fuentes de hidrógeno. Puede estar presente en el acero, el electrodo, en los materiales de aporte, y está presente en la atmósfera. El Flux, los revestimientos de los electrodos,  el núcleo de los electrodos para FCAW, o los fundentes para el proceso de electroescoria, pueden absorber la humedad, en función de las condiciones de almacenamiento. Para limitar el contenido de hidrógeno en las soldaduras depositadas, los consumibles de soldadura deben estar bien cuidados, y la soldadura se debe realizar sobre superficies limpias y secas.

La segunda condición necesaria para que el agrietamiento en la  zona afectada por el calor se dé, es una microestructura sensible. El área de interés es la zona afectada por el calor que resulta del ciclo térmico experimentado por la región que rodea inmediatamente el cordón de soldadura, como esta área es calentada por el arco de soldadura durante la creación del baño de soldadura, su estructura también es transformada desde la temperatura ambiente de ferrita a austenita a  elevada temperatura. La velocidad de enfriamiento posterior determinan las propiedades resultantes HAZ. Las condiciones que favorecen el desarrollo de micro-fisuras sensibles incluyen altas tasas de enfriamiento y mayores niveles de templabilidad del acero. Las altas tasas de enfriamiento se dependen del procedimiento de soldadura a usar, los espesores del metal base y su temperatura. Los niveles de  templabilidad son el resultado de mayores contenidos de carbono y / o niveles de aleación. Para un acero dado, la forma más eficaz para reducir la velocidad de enfriamiento es elevando la temperatura del acero con un precalentamiento, esto reduce el gradiente de temperatura, disminuyendo las velocidades de enfriamiento, y limita la formación de microestructuras sensibles. 

Las tensiones residuales de soldadura se pueden reducir mediante el alivio de la tensión térmica, aunque para la mayoría de las aplicaciones estructurales, esto es económicamente impracticable. Para complejas aplicaciones estructurales, otras condiciones deben ser consideradas, como el acero tendrá una capacidad de resistencia a ciertas temperaturas, aliviar tensiones es un proceso delicado.
 

Para  que el agrietamiento por hidrógeno en la HAZ se produzca, es necesario que el hidrógeno migre a la zona afectada por el calor, lo cual lleva tiempo. Por esta razón, el Código AWS D1.1 (sección 6.11) sugiere un tiempo de 48 horas después de la finalización de las soldaduras para la inspección de las mismas en los aceros  A514, A517 y A709 Gr. 100 y 100 W, dado que se sabe que son sensibles al hidrógeno en la HAZ.

Con el tiempo, el hidrógeno se difunde en los depósitos de soldadura, y  el agrietamiento se lleva a cabo en unas pocas semanas o tomar varios meses, dependiendo de la aplicación y variables específicas. Las concentraciones de hidrógeno cerca de la soldadura son siempre las más grandes, sin embargo, puede tomar más tiempo para que las grietas crezcan a un tamaño lo suficiente para ser detectadas visualmente.

Aunque la difusión de hidrogeno es una función de muchas variables, a 232 °C las tasas generales se pueden aproximar, a un ritmo de aproximadamente 2.5 cm por hora y a 104° C, el hidrógeno se difunde 0.5 mm en 1 hora.  Para minimizar el nivel de hidrógeno en una estructura soldada, es posible aplicar un tratamiento térmico posterior, efectuando un  calentamiento de la soldadura a una temperatura entre 204-233°C, sosteniendo el acero una hora  aproximadamente por cada pulgada de espesor de material. A esa temperatura, el hidrógeno es probable que se redistribuya para evitar el riesgo de agrietamiento. Algunos materiales, sin embargo, requieren periodos más largos de sostenimiento. 


Agrietamiento longitudinal

Este ocurre en  el centro de un cordón de soldadura, en la dirección de avance de la aplicación. En el caso de múltiples pasadas puede que la grieta no se presente en el centro geométrico del bisel, pero si estará muy próximo a este (ver figura 3 y figura 5).
Figura 5. Agrietamiento central


El agrietamiento central es el resultado de uno de los siguientes fenómenos: segregaciones, forma del cordón, o perfil de la superficie. Desafortunadamente, los tres fenómenos revelan en el mismo tipo de grieta, y es a menudo difícil de identificar la causa. Además, la experiencia ha demostrado que a menudo dos o incluso los  tres fenómenos interactúan y contribuyen al problema del agrietamiento central. Entender el mecanismo fundamental de cada uno de estos fenómenos ayudará a determinar las soluciones correctivas.

La grieta por segregación se produce cuando los constituyentes de bajo punto de fusión tales como el fósforo, zinc, cobre y compuestos de azufre se mezclan por separado durante el proceso de solidificación de la soldadura.
Puesto que el contaminante generalmente proviene del material base, la primera consideración es la de limitar la cantidad de contaminante mediante la reducción en la penetración de la soldadura. En algunos casos, un rediseño de la junta puede ser recomendable y  empleando el uso de bajas corrientes de soldadura, en lo posible.

 Figura 6.  Relleno con múltiples pasadas

Un relleno con múltiples pasadas  (fig. 6), como en el proceso STICK de baja energía, puede reducir efectivamente la cantidad de pick-up de los contaminantes en la mezcla de la soldadura.

En el caso del azufre, es posible superar los efectos del daño de sulfuros de hierro formando sulfuro de manganeso. El sulfuro de manganeso (MnS) se crea cuando el manganeso está presente en cantidades suficientes para contrarrestar el azufre. El Sulfuro de manganeso tiene un punto de fusión de 1593 °C. En esta situación, antes de que el metal de soldadura empieze a solidificarse, los  sulfuros de manganeso se forman y no crean segregación.  En la soldadura, es posible utilizar materiales de relleno con niveles más altos de manganeso para superar la formación del sulfuro de hierro. Desafortunadamente, este concepto no se puede aplicar a otro tipo de contaminantes.

Agrietamiento transversal

El  agrietamiento transversal se caracteriza con la formación de la grieta en el metal de soldadura perpendicular a la dirección de desplazamiento (ver fig. 2). Este es el tipo menos frecuente de agrietamiento, y se asocia generalmente con hidrógeno excesivo, tensiones residuales, y una microestructuras sensibles. La diferencia principal es que se produce agrietamiento transversal en el metal de soldadura como resultado de la tensión residual longitudinal.
Los precalentamientos se pueden emplear y ayudan a reducir los esfuerzos generados en el proceso de soldadura, al igual que los tratamientos de post soldadura que ayudan a reducir el hidrogeno residual.

A medida que el cordón de soldadura se encoge longitudinalmente, el material base circundante no resiste la fuerza por entrar en la compresión, la  alta resistencia del acero que rodea a la compresión restringe la contracción requerida del material de soldadura. Debido a la restricción del material base circundante, el metal de soldadura desarrolla esfuerzos longitudinales que pueden facilitar la formación de grietas en la dirección transversal.
Se deben tener presente los requisitos de diseño de las juntas y la revisión del almacenamiento de los metales de aporte, por lo tanto se hace énfasis en el metal de soldadura debido a que este puede depositar una menor resistencia. Sin embargo, el metal de soldadura puede exhibir fuerzas extremadamente altas con ductilidad reducida, de tal manera que se pueden emplear metales de soldadura de menor resistencia, asegurando que la fuerza de la unión  se alcanza eficazmente.

  


*El agrietamiento discutido aquí es el resultado de la solidificación, el enfriamiento, y las tensiones que se desarrollan debido a la contracción de la soldadura.
 Agradecimiento a las instituciones: Fundacion de soldadura  James F. Lincoln y a TWI LTD 

miércoles, 11 de enero de 2012

Soldadura de metales disímiles P-2

Deseo compartir este interesante texto SOLDADURA DE METALES DISIMILES de la editora The Goodheart-Willcox Co, y así complementar un artículo que publique en meses anteriores.