esab boletin-tecnico-nº134
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Productos
SOLDAR CONARCO#134|2011SOLUCIONES GLOBALES PARA CLIENTES LOCALES, EN TODO LUGAR
Comparacin Tcnica en la Soldadura de
componentes para la Industria Automotriz
Comparacin Tcnica en la Soldadura de
componentes para la Industria Automotriz
Soldadura en Sistemas de Escapes
de Automviles
Soldadura en Sistemas de Escapes
de Automviles
Aplicacin de ensayos de
fisuracin en fro
Aplicacin de ensayos de
fisuracin en fro
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N 134 2011 3
Editorial
Estimados Clientes, Colegas y Seguidores del nuestro Boletn Soldar,
Publicacin institucional de CONARCO Alambres y Soldadura S.A.
Director Fernando A. Vidal
Coordinador General Eduardo Asta
Coordinadora de Marketing Valeria Mompo
Colaboradores Leandro Bombaci Hernn Ghibaudo M. Zalazar Eduardo Radici Hernn Maria Ghibaudo
Dario Gaston Jorge
Produccin Diagramacin Capita Jessica
Impresin Talleres Grficos Universal S.R.L.
Fotografa
Archivo ESAB
SOLDAR CONARCO#134|2011
En este, nuestro boletn tcnico n 134 y acompaando las tendencias del creciente mercado industrial Argentino, seguimos como desde nuestro comienzos, desarrollando casos tcnicos los cuales surgen del trabajo conjunto con nuestros clientes, a partir de la bsqueda de atender las necesidades de nuestros socios, Nuestros clientes. Tambin siempre contamos con casos que surgen de la investigacin universitaria, lo cual nos enorgullece.Atendiendo a nuestra visin Ser lderes globales, autoridad en soldadura y corte y el socio preferido de nuestros clientes, es que permanentemente enfocamos nuestros trabajos en buscar soluciones para nuestros clientes, que generen mayor productividad en sus procesos, mayor calidad en sus trabajos y que aumente la confiabilidad de los productos que fabrican.Especficamente en este boletn nos hemos enfocado principalmente en el vigoroso segmento automotriz, y tambin en el segmento de transporte para el cual tambin entendemos surgirn grandes oportunidades a futuro.Esperamos este material les sea de utilidad, para aprender, para compartir, para debatir sobre las soluciones, y por sobre toda las cosas para acercar-nos un poco ms en la bsqueda de construir relaciones ms cercanas a las sociedad.
Atte.
Ing. Fernando Vidal
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N 134 20114
ndice
pgina 3 EDITORIAL
APLICACIN DE ENSAYOS DE FISURACIN EN FRO para determinar la temperatura de precalentamiento en aceros de alta resistencia pgina 5
COMPARACION TCNICA EN LA SOLDADURA DE COMPONENTES para la industria Automotriz mediante los procesos GMAW Y MCAW pgina 12
SOLDADURA EN SISTEMAS DE ESCAPES DE AUTOMVILEScon proceso mig mag aristo super pulse pgina 17
ESTUDIO DE LA REPARACION Y RECONSTRUCCIONde rieles ferroviarios mediante proceso de soldadura FCAW-G pgina 30
pgina 5
pgina 12
pgina 17
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N 134 2011 5
Resumen
La determinacin de la tempe-ratura de precalentamiento previo a la soldadura puede realizarse a travs de mtodos analticos que aplican frmulas, grficos y tablas en funcin de la composicin qumica del metal base (evaluada a travs de distintas ecuaciones), el aporte trmico, los espesores involu-crados, el grado de restriccin de la junta y el nivel de hidrgeno difusible en el metal de aporte y/o proceso de soldadura. La mayora de estos mtodos han sido desa-rrollados para el problema de fisu-racin en la zona afectada por calor de la soldadura (ZAC).
Se ha encontrado, principalmente en la soldadura de aceros de alta resistencia y baja aleacin, que los mtodos predictivos no siem-pre garantizan una soldadura libre de fisuras para el metal de soldadura.
En consecuencia en estos casos deber recurrirse a un anlisis experimental mediante ensayos de fisuracin en fro siendo los mas utilizados los ensayos Tekken, WIC (Welding Institute of Canad), CTS (Controlled Termal Severity), G-BOP (Gapped Bead on Plate) y
BBT (Bead Bend Test), los cuales permiten establecer la temperatura de precalentamiento para una con-dicin sin fisura.
En algunos casos estos ensayos estn normalizados y tienen un diseo de junta con un nivel de res-triccin establecido, mientras que en otros casos han sido acepta-dos por el Instituto Internacional de Soldadura (IIW). Algunos de ellos consideran una sola pasada de sol-dadura y generan abundante dis-cusin en cuanto al tipo de fisuras producidas, principalmente cuando la misma se encuentra en el metal de soldadura.
En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en ensa-yos de fisuracin en fro realiza-dos en aceros de alta resistencia, soldados con distintos proceso de soldadura por arco elctrico. Se utilizan dos tipos de ensayos, Tekken (normalizado por JIS) y el ensayo BBP (indicado en un docu-mento del IIW).
El trabajo permiti establecer las temperaturas de precalentamiento que eviten la aparicin de fisuras y correlacionar los resultados obtenidos con los distintos mto-dos disponibles para determinar la misma.
APLICACIN DE ENSAYOS DE FISURACIN EN FROpara determinar la temperatura de
precalentamiento en aceros de alta resistenciaM. Zalazar (1) y E. P. Asta (2)(1) Dpto. Mecnica Aplicada, Facultad de Ingeniera, Univ. Nacional del Comahue, Buenos Aires 1400, 8300 Neuqun, ARGENTINA.(2) Univ. Tecnolgica Nacional- FRH - Dpto. Tcnico ESAB-CONARCO/ Calle 18 N 4079, (CP 1672), Villa Lynch, Buenos Aires, ARGENTINA.E-mail (autor de contacto): [email protected]
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N 134 20116
IntroduccinLa temperatura de precalentamiento es la mnima temperatura que debe ser alcanzada en todo el espesor y en una zona suficientemente ancha a ambos lados de la junta del mate-rial base antes de que comience el proceso de soldadura y que normal-mente debe mantenerse entre las diversas pasadas, en caso de solda-dura de pasadas mltiples. Se aplica localmente por resistencia elctrica o llama de gas y tiene como princi-pal funcin disminuir la velocidad de enfriamiento del conjunto soldado.
La temperatura de precalentamiento debe ser balanceada con el calor aportado durante la operacin de sol-dadura, de acuerdo al tipo de acero y en funcin de las propiedades reque-ridas para la junta. Esta modifica la velocidad de enfriamiento con lo que permite obtener microestructuras en la ZAC y en el metal de soldadura de menor dureza; incrementa la veloci-dad de difusin del hidrogeno y tiene adems un efecto secundario que es el de reducir las tensiones residuales disminuyendo los gradientes trmi-cos asociados a la soldadura.
En general, la temperatura de pre-calentamiento que es requerida en soldadura de multipasadas es menor que para soldadura de simple pasada. En soldadura de multipasa-das el calor de la segunda pasada disminuye la dureza de la ZAC que gener la primera pasada y acelera la migracin de hidrgeno. Esto reduce notablemente la posibilidad de fisuracin en fro en aceros solda-dos. La pasada en caliente realizada inmediatamente luego de la pasada de raz es muy efectiva para prevenir la fisuracin en fro, dado que puede reducir la concentracin de hidr-geno en aproximadamente un 30 a 40% comparando con los casos de pasada de raz solamente. Aquella hace que la temperatura de precalen-tamiento necesaria se pueda dismi-nuir en 30 a 50 C aproximadamente.
En la prctica generalmente, las temperaturas de precalentamiento pueden variar desde temperatura ambiente hasta los 450 C; en casos especficos puede ser an mayor. Hay que evitar todo precalentamiento innecesario, ya que consume tiempo y energa. Las temperaturas de pre-calentamiento excesivas no justifican el costo y podran degradar las pro-piedades y la calidad de la unin. La incomodidad del soldador aumenta si el precalentamiento es muy alto, y la calidad del trabajo tiende a ser menor.
Existen mtodos analticos y experi-mentales para determinar la tempe-ratura de precalentamiento. Dentro de los mtodos analticos se encuentran los desarrollados por distintos investigadores [1] y la tem-peratura que indican cdigos y nor-mas de construcciones soldadas.
Dentro de los experimentales se encuentras ensayos de fisuracin en fro [2]. En este trabajo presenta-mos resultados obtenidos mediante la determinacin de la temperatura de precalentamiento utilizando cua-tro mtodos analticos recomen-dados por documentos del IIW [3], dos mtodos experimentales y los resultados dados por cdigos de construccin.
Procedimiento experimentalSe realizan dos ensayos de fisuracin en fro: El ensayo de Tekken tambin denominado Y groove y el ensayo bead bend test (BBT).El ensayo de Tekken, [4] consiste en preparar una junta de soldadura y realizar sobre la misma una pasada simple de soldadura a la temperatura de precalentamiento seleccionada y verificar la presencia de fisuras, la restriccin se logra soldando los extremos de la probeta preparada, la figura 1 muestra la misma. El ensayo BBT se realiza de acuerdo al procedimiento propuesto por el docu-mento del Instituto Internacional de
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Soldadura [5] se realiza una solda-dura de penetracin completa con el diseo de junta y temperatura de precalentamiento a eleccin, la restriccin se logra sujetando exter-namente la probeta preparada. En este ensayo se obtienen probetas transversales y una longitudinal del metal de soldadura que se somete a un ensayo de plegado. Es por ello que el mismo se emplea cuando se necesita evaluar la resistencia a la fisuracin del metal de soldadura, la figura 2 muestra el mismo.Los mtodos analticos utilizados fueron: Los mtodo A y B de la EN101-2 [6], el mtodo de control de hidrogeno del cdigo AWS D1.1 [7] y el mtodo denominado CEN [8].
El mtodo A de la EN 1011-2 tiene su origen en la norma BS 5135 y predice la necesidad de precalen-tamiento seleccionando un grfico que relaciona el carbono equivalente (CEQ) del acero determinado por la ecuacin dada por el IIW (CEIIW ecuacin 1), el nivel de hidrogeno difusible y los espesores involucra-dos en la unin.
En el mtodo del control de hidro-geno del AWS D1.1 el efecto de la composicin qumica se determina mediante un parmetro denomi-nado PCM, ecuacin 2, con el cual
se determina un ndice de sensibi-lidad (SI, ecuacin 3), que permite mediante el uso de tablas determi-nar la temperatura de precalenta-miento. Este mtodo no considera la influencia del aporte trmico.
El mtodo B de la EN 1011-2 pre-dice la temperatura de precalen-tamiento mediante una frmula en funcin del CET, el espesor, el nivel de hidrgeno en el metal de solda-dura y el aporte trmico, ecuaciones 4 y 5.
El mtodo CEN fue resultado de datos experimentales y ensayos de fisuracin en fro y permite hacer correcciones del valor de CEN, ecuacin 6, en funcin del nivel de hidrogeno difusible y del aporte trmico.
Se utilizarn las tablas dadas por los cdigos: ASME B31.3 [9] para la construccin de caeras de planta y ASME VIII [10] para recipientes a presin. Material analizadoLa tabla 1 muestra la composicin qumica, propiedades mecnicas, espesores y valores de CEQ de los materiales a ensayar.Se elijen distintas familias de acero, un acero para construcciones metlicas
Figura 1| Esquema de la probeta utilizada y vista de la misma (escala mm) ensayo de Tekken.
Siendo: HD: Nivel de hidrogeno difusible en el metal de soldadura (ml/100gr).d: Espesor (mm). Q: Aporte trmico (KJ/mm)
200
60 80 60
A
A
B
B
Soldadura ensayo
A - A60
1 21 2
g
B - B
-
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endurecible por tratamiento trmico y de baja aleacin, acero AISI 4140, cuatro aceros microaleados que responden a la Norma API 5L y un acero de uso estructural de resis-tencia mecnica templado y reve-nido, acero ASTM A 514 GrB.
Resultados y discusinLos resultados obtenidos se mues-tran en forma grfica. Los valores de hidrgeno difusible en el metal de soldadura utilizados en los clculos fueron de: 30 y 7 ml/100gr para el
proceso SMAW con electrodo celu-lsico y bsico respectivamente, 2 ml/100gr para el proceso GMAW y 7 ml/100gr para el proceso FCAW. El aporte trmico utilizado, se selec-ciona en base a los parmetros experimentales y fue de 1.5 KJ/mm.La figura 3 muestra los resultados de la temperatura de precalentamiento en funcin del nivel de hidrogeno difusible en el metal de soldadura comparando los resultados de los mtodos analticos y el ensayo de Tekken.
Para el acero AISI 4140, como vemos en la figura 3a, el mtodo EN 1011-2 B (mtodo CET) presenta los valo-res ms conservativos comparados con el ensayo de Tekken, los otros mtodos dieron valores mnimos y la composicin qumica result fuera de la escala de los mismos.
% C
% Mn
% Si
% P
% S
% Al
% Nb
% V
% Cr
% Ti
% Cu
% Mo
% Ni
CEQIIW
Pcm
CEN
CEt
RT (MPa)
LF (MPa)
A (%)
Espesor (mm)
Acero 1:
AISI 4140
Acero 2: API
5LX60
Acero 3: API
5LX65
0,13
1,21
0,16
0,011
0,003
0,0038
0,029
0,068
0,0028
0,016
0,35
0,20
0,31
0,25
530
448
18
4,8
Acero 4-5:ASTM
A514 GrB
0,17
0,86
0,28
0,022
0,004
0,035
0,0003
0,041
0,022
0,53
0,21
0,02
0,47
0,27
0,46
0,30
837
773
20
25 y 19
Acero 6: API
5LX70-H
0,05
1,00
0,21
0,013
0,002
0,036
0,042
0,003
0,019
0,021
0,18
0,006
0,16
0,25
0,12
0,15
0,16
582
537
40
6,35
Acero 7: API 5L
X70-N
0,12
1,27
0,18
0,008
0,003
0,045
0,037
0,075
0,024
0,021
0,018
0,01
0,019
0,36
0,20
0,31
0,25
664
564
37
8,7
0,41
0,88
0,26
0,024
0,012
0,01
0,001
1,1
0,06
0,18
0,03
0,82
0,53
0,82
0,57
1052
734
11
12,7
0,11
1,33
0,14
0,025
0,003
0,02
0,05
0,01
0,05
0,01
0,01
0,04
0,35
0,19
0,29
0,25
517
413
25
6,4
Tabla 1. Composicin qumica y propiedades de los metales base.
Figura 2| Ensayo BBP a) Dispositivo de fijacin, b) Sec-tor de extraccin de la probeta y c) probeta ensayada.
ab
c
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N 134 2011 9
Para los aceros microaleados API 5LX, figura 3b, 3c, 3f y 3g, vemos que el Cdigo ASME B31.3 recomienda una temperatura de precalenta-miento de 79C que permitira una soldadura libre de fisuras, indepen-dientemente del nivel de hidrogeno difusible. El cdigo ASME B31.3 establece tal temperatura cuando la resistencia a la traccin del acero es mayor que 490 MPa, independiente-mente del espesor a soldar.
El ensayo Tekken muestra, en estos aceros, que la temperatura de preca-lentamiento se incrementa conforme aumenta el nivel de hidrgeno difu-sible. El mtodo propuesto por AWS D1.1 (mtodo PCM) recin indica la necesidad de precalentamiento para espesores mayores que 10 mm e ndices de sensitividad mayores que 4,1. Para todos los otros casos la temperatura de precalentamiento recomendada es menor que 20 C.
En estos aceros el cdigo ASME VIII determina la temperatura de preca-lentamiento en funcin de CEQ y del espesor. Cuando el CEQ (CEIIW) es superior a 0,30% y el espesor mayor que 25 mm la temperatura de pre-calentamiento es de 79 C para los otros casos es de 10 C.
El acero estructural ASTM A514 Gr B muestra, para los dos espeso-res ensayados, que al mtodo CEN le corresponden los valores ms conservativos.
El ensayo BBP se realiz en las sol-daduras donde se observaron fisu-ras en el metal de soldadura tal es el caso de los aceros 4, 6 y 7. Para los mismos el valor de CEQ se cal-cul con la composicin qumica del metal de soldadura medida sobre la probeta soldada.
El ensayo BBT permite calcular, para los electrodos celulsicos, la temperatura entre pasadas (IPT) de acuerdo a la ecuacin 7.
La tabla 2 muestra la composicin qumica de los metales de solda-dura y la IPT calculada.
Siendo: wt: espesor del metal de soldadura (mm) y RMS: Tensin de fluencia del metal de soldadura (MPa).Para el clculo de la temperatura de precalentamiento se utiliz el mtodo de AWS D1.1 (mtodo PCM), el mtodo EN 1011-2 B (mtodo CET) y el mtodo CEN.
La tabla 3 muestra los resultados obtenidos. Para cada metal base se presentan los resultados en funcin del metal de aporte utilizado y se indica la temperatura determinada mediante el ensayo BBT.Vemos que el mtodo EN 1011-2 B (mtodo CET) presenta valores de temperatura de precalentamiento
Figura 3| Determinacin de la temperatura de precalen-tamiento en funcin del nivel de hidrogeno difusible en el metal de soldadura.
Acero 1: AISI 4140 - t=12,5mm
0
100
200
300
400
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Hidrgeno difusibel en el metal de soldadura (ml/100g)
Tempe
ratura de
Prec
alen
tamiento (C
)
CEIIWPCMCETCENTEKKEN
a
Acero 2: API 5L X60- t=6,4mm
0
20
4060
80
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Hidrgeno difusibel en el metal de soldadura (ml/100g)
Tempe
ratura de
Prec
alen
tamiento (C
) CEIIWPCMCETCENTEKKENASME VIIIASME B31.3
b
Acero 3: API 5L X65- t=4,8mm
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Hidrgeno difusibel en el metal de soldadura (ml/100g)
Tempe
ratura de
Prec
alen
tamiento (C
) CEIIWPCMCETCENTEKKENASME VIIIASME B31.3
c
Acero 4: ASTM A514 GrB - t=25mm
0
50
100150
200
250
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Hidrgeno difusibel en el metal de soldadura (ml/100g)
Tempe
ratura de
Precalen
tamiento (C
)
CEIIW
PCM
CET
CEN
TEKKEN
ASME VII -ASEM B31.3
d
Acero 5: ASTM A514 GrB - t=19mm
0
50
100
150
200
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Hidrgeno difusibel en el metal de soldadura (ml/100g)
Tempe
ratura de
Precalen
tamiento (C
) CEIIW
PCM
CET
CEN
TEKKEN
ASME VIII-ASME B31.3
e
Acero 6: API 5L X70-H - t=6,35mm
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Hidrgeno difusibel en el metal de soldadura (ml/100g)
Tempe
ratura de
Prec
alen
tamiento (C
) CEIIWPCMCETCENTEKKENASME VIIIASME B31.3
f
Acero 7: API 5L X70-N - t=8,7mm
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Hidrgeno difusibel en el metal de soldadura (ml/100g)
Tempe
ratura de
Prec
alen
tamiento (C
) CEIIWPCMCETCENTEKKENASME VIIIASME B31.3
g
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N 134 201110
que muestran buena correlacin con los datos experimentales, principal-mente en el acero estructural ASTM A514 GrB.
En los aceros microaleados API 5LX70 se aprecia que los resultados analticos obtenidos son inferiores a los que se obtuvieron por el ensayo BBT.
ConclusionesPara la eleccin de la temperatura de precalentamiento en aceros de alta resistencia se debern considerar distintos mtodos analticos y de ser posible aplicar mtodos experimen-tales que involucren ensayos de fisu-racin en fro.Los metales de aporte de elevada resistencia tienen una composicin qumica y microestructura que los hace ms susceptibles a fisuras en
% C
% Mn
% Si
% P
% S
% Al
% Nb
% V
% Ti
% Cr
% Cu
% Mo
% Ni
CEQIIW
Pcm
CEN
CEt
Espesor (mm)
RMS (Mpa)
IPT (C)
MS- Acero
4-AWS A5.5
E11018
MS- Acero
4- AWS 5.29
E110T5-K4
MS- Acero
6-AWS A5.5
E8010-G
0,13
0,74
0,14
0,006
0,009
0,01
0,01
0,01
0,09
0,05
0,006
0,62
0,32
0,19
0,27
0,23
6,35
630
42
MS- Acero
7- AWS 5.5
E8010-G
0,13
0,74
0,14
0,006
0,009
0,01
0,01
0,01
0,09
0,05
0,006
0,62
0,32
0,19
0,27
0,23
6,35
630
42
MS- Acero
6-AWS A5.29
E91T-8
0,13
0,76
0,14
0,009
0,006
0,01
0,01
0,01
0,1
0,03
0,06
0,63
0,33
0,19
0,29
0,23
8,7
630
48
MS- Acero
7- AWS 5.29
E91T-8
0,04
1,98
0,29
0,009
0,006
0,31
0,01
0,01
0,05
0,08
0,01
0,65
0,43
0,17
0,24
0,26
6,35
550
35
0,064
1,72
0,46
0,001
0,009
0,004
0,003
0,014
0,009
0,3
0,04
0,27
1,63
0,58
0,23
0,34
0,32
25
750
75
0,12
1,74
0,56
0,018
0,006
0,01
0,42
0,44
0,58
0,28
0,49
0,36
25
780
76
Tabla 2. Composicin qumica del metal de soldadura y temperatura entre pasadas.
relacin con el metal base (incluso en bajos espesores de soldadura).Los mtodos experimentales como el ensayo Tekken, en aceros de alta resistencia, permiten establecer una temperatura mnima de precalenta-miento adecuada tanto para evitar la fisuracin en ZAC como en el metal de soldadura.
Para los aceros microaleados se evi-dencia que el ensayo BBT permite determinar una temperatura de pre-calentamiento ms realista que los mtodos analticos predictivos en relacin a minimizar el riesgo de fisu-racin en fro, particularmente en el metal de soldadura.Las ecuaciones predictivas para calcular la temperatura de precalen-tamiento en el metal de soldadura requieren del uso de la tensin de fluencia del mismo.
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AWS A 5.5 E11018
TP (C)
AWS 5.29 E110T5-K4
TP (C)
AWS A5.5. E8010-G
TP (C)
AWS A5.29 E91T8
TP (C)
AWS A5.5. E8010-G
TP (C)
AWS A5.29 E91T8
TP (C)
MS- Acero 4- ASTM A 514 GRB
MS- Acero 6- API 5LX70-H
MS- Acero 7- API 5LX70-N
Pcm
0,23
75
0,28
110
Pcm
0,19
20
0,17
20
Pcm
0,19
20
0,20
20
CEN
0,34
25
0,49
125
CEN
0,27
20
0,24
20
CEN
0,29
20
0,29
20
CET
0,32
92
0,36
125
CET
0,23
42
0,26
20
CET
0,23
52
0,30
20
BBP
90
150
BBP
75
25
BBP
100
25
Tabla 3. Resultados obtenidos en la determinacin de la temperatura de precalentamiento para el metal de soldadura.
Referencias1.H. Quesada, M. Zalazar Mto-dos para calcular el precalen-tamiento en uniones soldadas (2002)- (Cuaderno de Facultad de Ingeniera )2.J. Quesada. Evaluacin de la susceptibilidad a la fisuracin en fro en soldaduras de aceros de alta resistencia.. Universidad Nacional del Comahue, ( 2002) (Tesis de Maestria)3.N. Yurioka. Comparision of pre-heat predictive methods IIW Doc. 2135-04 (paper)4.Method of Y-groove weld crac-king test, JIS Z 3158 (1993). (Norma)5.M. Fiedler, H. Knigshofer, J. Fis-cher, G. Posch, W. Berger. Inves-tigation of HAC- susceptibility of multi- layer welds with the BEAD BEND TEST Procedure and examples.. Doc. IIW N II-1566 2005 (paper).6.DIN EN 1011-2:2001-05 Im DIN-Anzeiger fr technische Regeln 3/2004 wurden folgende Berichti-
gungen verffentl (Norma)7.AWS D1.1. Structural Welding Code (2006). (Norma).8.ht tp:/homepage3.n i f t y.com/Yurioka/index.html9.ASME VIII DIV 1 - Section VIII - Division 1 - Rules for Construc-tion of Pressure Vessels- (2005) (Norma)10.ASME B 31.3 Process Piping ( 2006) (Norma)11.Asta E., Zalazar M., Quesada H. Efecto de la Temperatura de pre-calentamiento en la Soldabilidad de un Acero ASTM A 514 Gr B. Jor-nadas SAM/CONAMET/Simposio Materia, 2003. (Anales Congreso).12.R. Del Negro, M. Zalazar y E. Asta Caracterizacin de juntas soldadas en acero de uso estruc-tural de alta resistencia, Anales Anales SAM/CONAMET, 2009. (artculo en acta de congreso).13.D. Codega. Anlisis de la sol-dabilidad en chapas de aceros API 5LX70 y API 5L X70 HIC (2006) - Universidad Nacional del Coma-hue. (Tesis de grado).
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N 134 201112
Objetivos
D esarrollo de cliente en proceso MCAW para cambio de proceso pro-ductivo (GMAW). Soldadura de enganche de arrastre para pick-up Amarok de Wolskwagen.
IntroduccinLos procesos de soldadura FCAW y MCAW han sido desarrollados para obtener soldaduras con cali-dad radiogrfica con una veloci-dad de deposicin de hasta 4,5 kg/h, lo cual comparado con la deposicin horaria de cualquier alambre macizo (de hasta 2,0 kg/h) brinda una sustancial ven-taja al disminuir los tiempos de soldadura hasta un 50%.
Otras ventajas de estos procesos es la elevada eficiencia de depo-sicin, una alta tolerancia a xi-dos superficiales y suciedad, alta penetracin con buena forma del cordn de soldadura y utilizacin en toda posicin.
Dentro de la familia de los alam-bres tubulares podemos realizar una subdivisin: 1. Alambres tubulares con protec-cin gaseosa2. Alambres tubulares autoprotegidos
3. Alambres tubulares del tipo Metal cored (MC)
La diferencia entre estas distintas familias es que el primero utilizada gas de proteccin, ya sea CO2 puro o mezcla Ar-CO2, el segundo fue diseado para trabajar sin gas de proteccin externo ya que genera su propio gas de protec-cin (trabajo en campo donde es difcil trasladar los tubos de gas) y la tercer familia es del tipo con proteccin externa de gas al igual que la primera familia, pero con el agregado de polvo de hie-rro el cual aumenta la deposicin horaria. Por ltimo y muy impor-tante es que los metal cored no producen escoria, con lo cual aumentan el factor de operacin.
Dentro del segmento automotriz los alambres de soldadura ms utilizados son los alambres maci-zos, esto se debe a que los espe-sores de los materiales bases nunca superan los 2 mm y tratar de soldar dichos espesores con proceso FCAW es casi imposible debido a las elevadas corrientes de soldadura utilizadas. Dicho proceso se vuelve muy conve-niente cuando los espesores superan los 3 mm.Hoy en da en Europa [1] algunas
COMPARACION TCNICA EN LA SOLDADURA DE COMPONENTES
PARA LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ MEDIANTE LOS PROCESOS GMAW Y MCAW
Ing. Leandro Bombaci | Asistente Tcnico ESAB Argentina Ing. Hernn Ghibaudo | Responsable Customer Service, Process Development and Training (Welding School), Process Centre Argentina
Figura 1, 2 y3 | se muestra el enganche de arrastre
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N 134 2011 13
empresas ligadas a la industria automotriz estn empezando a uti-lizar los alambres tubulares MC, los cuales son diseados con dime-tros cada vez ms pequeos (1,0 y 0,9 mm). La aplicacin se limita a celdas robotizadas donde las velo-cidades de soldadura son elevadas y muy bien controladas.
Trabajo de campoEn conjunto con personal de MP Equipamientos se procede a reali-zar pruebas con alambres tubula-res en soldaduras de sistemas de enganche de arrastre. Las soldadu-ras siempre fueron realizadas por proceso GMAW (MIG-MAG), pero debido a especificaciones internas del cliente las nuevas soldadu-ras deben realizarse por proceso GMAW en modo MAG.
Con este cambio se quiere lograr una muy buena penetracin ya que el sistema ha ser soldado se consi-dera de seguridad.
En la tabla 1 se muestran los datos del metal base y de las exigencias de la norma.
El cambio de proceso de soldadura GMAW-MAG a MCAW se pre-senta como una ventaja debido a sus diferencias en las velocidades de deposicin de metal de solda-dura, arco ms suave y reduccin de proyecciones; las cuales evitan re-trabajos que elevan los costos
PROBETAS CORRIENTE(A) VOLTAJE (V)
N 1 a 5
N 6
GAS PROTECCION
230 - 240
200 - 210
25 - 26
21 - 22
80 - 20 AR/CO2
80 - 20 AR/CO2
de produccin.Segn trabajos realizados por el departamento tcnico de ESAB Brasil, se pueden evaluar las dife-rencias de costos y productividad entre un alambre macizo y un alam-bre tubular [2].
Dentro de la familia de alambres tubulares se eligi el proceso MCAW debido a que no deja esco-ria aumentando an ms el factor de operacin y disminuyendo los tiempos de limpieza de metal de soldadura (sin escoria).
Mediante el uso de una fuente de poder ESAB (Mig 400t con cabe-zal Aristo feed 304 y torcha PSF 405) se realizaron probetas en filete para poder evaluar la operatividad y penetracin del consumible.
Se realizaron seis (6) probetas en total, cinco con alambre tubular y una con alambre macizo. Debe tenerse en cuenta que los solda-dores nunca haban soldado con alambres del tipo MC, por lo cual la tcnica de soldadura puede mejo-rar sensiblemente con el tiempo de uso (mayor experiencia) y con capacitacin en dicho proceso. Los parmetros utilizados son los indicados en la tabla 2.
En las figuras 4 y 5 se muestran las pruebas realizadas en el pro-pio taller de MP equipamientos. El acero base fue un ASTM A36 de
Figura 4 y 5 | pruebas realizadas en el taller de MP equipamientos
METAL BASE ESPESORES (mm) TIPO DE JUNTA
SAE 1020
NORMA VW
01106-3
12,5 - 25,4 FILETE 0,7t
Donde t es el espesor del metal base.
Tabla 1
Tabla 2
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N 134 201114
10 mm de espesor, el mismo fue utilizado sin limpieza previa. Se utiliz Ar-20%CO2 como gas de proteccin con un caudal de 16 l/min para ambos consumibles.
En la inspeccin visual realizada se pudo observar que las solda-duras con proceso MCAW mues-tran un perfil superficial ms plano con una solidificacin de aguas ms pareja y con muy pocas proyecciones. En ninguna de las probetas se observa socavado o
fisuracin.En las figuras 6, 7, 8 y 9 se mues-tran las soldaduras realizadas antes y despus de la limpieza manual con cepillo de acero.
En las figuras 10 y 11 se evidencia la suavidad superficial del alambre tubular MC y la cantidad y tamao de las proyecciones obtenidas.
En las figuras 13 y 14 se muestran los perfiles de soldadura antes de realizar las macrografas. En una
Figura 6, 7, 8 y 9 | soldaduras realizadas antes y despus de la limpieza manual con cepillo de acero
Figura 10 y 11 | suavidad superficial del alambre tubular MC y las proyecciones obtenidas
Figura 12 | Esquema de medicin de catetos
COTA PROBETA DESCRIPCIN
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
DETERMINACIONES (mm)
Cateto
Penetracin V
Cateto
Penetracin L
Penetracin raz
Penetracin V
Cateto
Cateto
Penetracin L
Penetracin raz
8,14
2,35
8,20
2,45
1,70
1,35
8,10
6,70
2,60
1,60
6,0
2,05
9,10
1,45
0,70
2,25
6,00
10,00
1,15
0,10
MP1
MP2
Tabla 2: valores de medicin en macrografas
a b f g
h
jed
c
Esquema 2x
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N 134 2011 15
Figura 13 y 14| soldaduras realizadas antes y des-pus de la limpieza manual con cepillo de acero
Figura 15 y 16 | soldaduras realizadas antes y des-pus de la limpieza manual con cepillo de acero
primera inspeccin visual puede notarse que la soldadura realizada con MC es plana con una relacin de catetos ms homognea.
De todas las probetas obteni-das dos de ellas fueron cortadas transversalmente para su estudio macrogrfico y medicin de los catetos obtenidos [3].
La preparacin de las macrogra-fas fue realizada segn ASTM E3 y atacada segn ASTM E340.En las figuras 15 y 16 se mues-tran las probetas atacadas donde se puede observar la penetracin, forma del cordn de soldadura y la zona afectada por el calor (zac).
Dichas metalografas muestran las siguientes diferencias: O Mayor ZAC en la pieza soldada
con alambre macizo. Se produce porque para poder obtener cate-tos de igual medida, con ambos consumibles, la velocidad de sol-dadura con alambres macizos es menor, por lo se modifica el calor aportado. O Mejor perfil superficial en la
soldadura realizada con alam-bre tubular. Esto es debido a los
compuestos introducidos dentro del fundente, los cuales modifican la tensin superficial obteniendo soldaduras ms planas. O Mejor relacin de catetos y
penetracin en la raz en la sol-dadura realizada con MC. Estas medidas son de suma importan-cia para asegurar el cumplimiento de las normas, ya sean internas o externas (cdigo AWS D1.1).
En la tabla 2 se muestran los valo-res obtenidos y en la figura 12 el esquema de medicin utilizado.
En la tabla 3 se pueden obser-var los valores obtenidos de las mediciones realizadas de la gar-ganta efectiva y sobre espesores. Se debe recordar que por norma interna VW 01106-03 y por AWS D1.1 la garganta efectiva debe ser como mnimo de 0,7t.
Dicha medicin prueba el perfil ms plano de la soldadura reali-zada con alambre MC y la obten-cin de una garganta efectiva mayor que con alambre macizo.
En la tabla 4 se muestran las dife-rencias en las medidas de los
Macrografa Sector izq Sector der
MP1 (E70C-6M)
MP2 (ER70S-6)
Sobre espesor Promedio
5,68
5,30
5,10
4,60
0,35
1,35
5,39
4,95
Tabla 3
Consumibles Lugar Cotas Prom. Prom.Penetrac.
E70C-6M
ER70S-6
E70C-6M
ER70S-6
E70C-6M
ER70S-6
dif
Catetos
Catetos
Raz
a
g
c
h
e
j
7,07
7,05
8,65
8,35
1,20
0,90
2,2
1,8
1,95
1,87
b
f
d
i
0,02
0,02
0,02
dif
0.40
0.08
Tabla 4: variacin de las mediciones en catetos con consumibles ER70S-6 y E70T-6M
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N 134 201116
valores obtenidos.Segn la tabla 4 las diferencias ms importantes son:
O 4 mm de diferencia (b y f) en la penetracin obtenida en las caras de la junta. O Importante diferencia en la
penetracin de raz y de uno de los catetos.
Todas las diferencias se encuen-tran a favor del alambre tubular.
Debe tenerse en cuenta que de las medidas obtenidas se realiz un promedio el cual reduce las diferencias obtenidas al comparar dos mediciones en la misma pro-beta y de la misma cota. Como ejemplo puede mencionarse la diferencia entre los catetos (punto h) obtenidos con alambre macizo, los cuales tienen una diferencia de ms de 3 mm, mientras que para el alambre tubular la diferen-cia es de 2,15 mm mximo.
ObservacionesPor ultimo es importante mencio-nar que para poder cumplir con la mnima garganta (0,7t) debe aumentarse la corriente a valo-res elevados; aumentando de esta forma el calor aportado en la pieza, lo que puede traducirse en deformaciones.
Los alambres del tipo MC pueden ser soldados con arco pulsado, lo cual disminuye el calor aportado disminuyendo las deformaciones. ESAB cuenta con dicha tecnolo-ga en sus fuentes de poder Aris-toMig U5000i con controladores Aristo Pendant U82. Conclusiones O El alambre tubular MC utilizado
es ms rpido (32%), con lo cual aumenta la productividad en la fabricacin de los componentes. O Se obtuvieron buenos perfiles
de filete, libres de indicaciones y
con buena penetracin. O Muy buena terminacin de sol-
dadura sin proyecciones, evitando retrabajos posteriores. O Mayor penetracin y mayor
espesor de garganta efectiva. O Para la obtencin de catetos
de 8 mm se aconseja realizar nue-vas pruebas con alambres tubula-res metal cored de 1,6 mm
Referencias y agradecimientos1. Svetsaren. Vol 64 No 1 2009.2. Comparativos custos e produ-tividade entre arames slidos e tubulares. Joo Paulo Andrade. Process Centre Brasil.3. Informe de ensayos 306gj10i del sector ingeniera de la Fundacin Latinoamericana de Soldadura.
A los soldadores de MP Equipa-mientos por su excelente predis-posicin para realizar todas las pruebas necesarias y al cambio de proceso de produccin. A Hora-cio por su esmerada atencin y su confianza en este cambio.
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N 134 2011 17
Introduccin al Sistema ARISTO SUPERPULSE
El sistema ARISTO SUPER-PULSE fue introducido por ESAB en el desarrollo tecno-lgico de la soldadura, maximiza la productividad en espesores finos y gruesos de aceros inoxidables y aleaciones de aluminio (Figura 1)
ESAB es reconocida mundialmente por ser lder del mercado en la pro-visin de tecnologa en equipamien-tos de soldadura de alta calidad.
El sistema ARISTO de ESAB es un ejemplo de inversin en desarrollo, proyecto y fabricacin de productos de tecnologa avanzada.
Por su sistema modular ARISTO ofrece un altsimo rendimiento.
El sistema ARISTO es un sistema completo de componentes que per-mite la mecanizacin de soldadura MIG-MAG.
El proceso MIG-MAG es confiable, basado en la fuente de alimentacin ARISTO y alimentadores de alam-bre ARISTOFEED, el comando col-gante ARISTOPENDANT U8 U82 permite que el equipo de solda-dura se conecte con su aplicacin especfica.
Instalaciones normales incluyen estaciones robticas, aunque el sis-tema ARISTO tambin es apropiado para aplicaciones generales.
Los sistemas de automatizacin de soldadura ARISTO ofrecen resul-tados de alta calidad y un nivel de productividad mucho ms alto.
ARISTO SUPER PULSE es un nuevo proceso de soldadura en sustitucin del proceso TIG para atender la demanda de productivi-dad cuando es esencial el control de aporte de calor.
Si su aplicacin demanda pasadas de raz eficientes o soldaduras en posicin, abarcando todos los espe-sores ARISTO SUPER PULSE es la mejor solucin.
El control preciso del calor aportado combinado con la accin del pulso elimina la distorsin y la terminacin perfecta.
ARISTO SUPER PULSE permite elegir entre las combinaciones PUL-SADO/PULSADO, PULSADO /COR-TOCIRCUITO y SPRAY/PULSADO.Lo que da como resultado ms fcil soldar en posicin, transferencias de calor y penetraciones uniformes minimizan los defectos de las varia-ciones en la preparacin de la raz,
SOLDADURA EN SISTEMAS DE ESCAPES DE AUTOMVILES
con proceso mig mag aristo superpulse
Por: Eduardo Radici , Asistencia Tcnica, Regin Centro, ESAB-CONARCO
Figura 1| Equipo ARISTO SUPERPULSE
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N 134 201118
combinable con sistemas automati-zados y robotizados.Extiende el rango de aplicaciones de los dimetros ms grandes de alambre.
Con su fuente de alimentacin basada en la tecnologa inversora, ofrece un Equipamiento confiable con excelentes caractersticas de soldadura, el sistema ARISTO de ESAB es una nueva generacin de productos inteligentes de soldadura proyectados para obtener las nece-sidades de un ambiente industrial en constante evolucin.
El sistema de comunicacin y comando CAN-bus reduce la can-tidad de cables necesarios, lo que aumenta la confiabilidad operativa.Los tableros de comando son fci-les de entender y operar. En pocas palabras, ellos son parte de una tecnologa que permiti la crea-cin de una mquina de alta perfu-mance, altamente fiable y confiable, ofreciendo al usuario una gama de inmejorables opciones.
La posicin angular del panel fron-tal tiene ventajas tanto ergonmicas como prcticas.El tablero fue diseado para poder usarlo sin necesidad de sacarse los guantes.Su superficie aislada, recubierta de siliconas resistente, repela la sucie-dad y fcil de limpiar.
ARISTO PENDANT U8 - U82 es la ultima palabra en comunica-cin hombre-mquina y admite un acceso rpido a ambientes sinrgi-cos a todas las opciones del equipo, figura 2.
Un gran nmero de lneas sinrgi-cas pre-programadas para soldar materiales de diferentes espesores reduce al mnimo la preparacin y o testeo en nuevos materiales.Simplemente seleccione en la memoria una lnea sinrgica apro-
piada y la velocidad de alimentacin de alambre y comience a soldar.
La memoria ofrece tambin otras funciones y dentro ellas la capaci-dad de almacenar hasta 99 par-metros de soldadura que pueden ser recuperados siempre que sea necesario.Estos parmetros pueden ser trans-feridos a todas las mquinas equi-padas con ARISTOPENDANT U8 U82 .
Los datos sinrgicos estn disponi-bles para una amplia gama de mate-riales, desde baja aleacin hasta las ltimas aleaciones desarrolladas. Adems es posible crear lneas sinrgicas personalizadas para cualquier combinacin de material y de gas de proteccin.ESAB est constantemente desa-rrollando nuevos datos sinrgicos para combinaciones de materiales y gases de proteccin y se pueden actualizar en su equipo.
La funcin Q le permite calcular el calor aportado a fin de cumplir con el procedimiento de soldadura.La estadstica de produccin es otra caracterstica ofrecidas por la funcin Q, grabando esa informa-cin como tiempo de arco y uso de consumible.
HOT START RELLENO DE CRA-TER, adems de pulsacin. ARISTOPENDAT cuenta con una gran pantalla auto explicativa en diferentes idiomas.Mediante cables de prolongacin permite controlar los parmetros desde el mismo lugar donde se est soldando.Mediante las caractersticas MODO RAPIDO se pueden programar hasta 5 funciones de parmetros de soldadura y variar entre ellas rpida-mente con la ayuda de los botones de MODO RAPIDO o con el control remoto.
Figura 2| Aristo Pendant
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N 134 2011 19
ARISTO PENDANT es la ltima palabra para quienes quieran estar preparados para los futuros desa-fos en soldadura. Un mecanismo de alimentacin con tacmetro en el motor ofrece una alimentacin de alambre segura y constante.
ARISTOFEED ofrece utilizar todo los tipos de alambre con dimensiones entre 0,6 mm hasta 1,6 mm con rodillos de arrastre de 30 mm con traccin en los 4 rodillos.Proteccin del alambre de la sucie-dad y el polvo, para bobinas de 300 mm de dimetroEl proceso MIG-MAG con ARISTO SUPER PULSO le permite elegir entre cuatro mtodos de soldadura seleccionados TIPOS DE ARCO: CORTOCIRCUITO - ARCO PUL-SADO - SUPER PULSE o Q SET, figura 3.
Parmetros del men de ajuste de datos de soldaduraLa Tabla 1 muestra los parmetros tpicos para la Soldadura MIG MAG con arco CORTO/SPRAY
La Tabla 2 muestra los parmetros tpicos para soldadura MIG MAG con arco PULSADO
La Tabla 3 muestra los tpicos valo-res para la soldadura MIG MAG con SUPER PULSE fase primaria/ secundaria, ARCO CORTO/SPRAY / PULSADO.
Ventajas del Sistema SUPER PULSEMenos sensibilidad a variaciones en la separacin de la raz. O Mejor control del bao de sol-
dadura durante la soldadura sobre plano. O Mejor control de la penetracin y
del perfil de la penetracin.
Figura 3| Esquema del sistema Pulso- Pulso
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N 134 201120
O Menor sensibilidad a la conduc-cin desigual del calor. O Control total sobre el calor
aportado.
SUPER PULSE se puede consi-derar una alternancia programada entre dos ajuste.
Los intervalos de tiempo se determi-nan mediante los ajustes efectuados en los parmetros de tiempo de fase primario / secundario.
La soldadura siempre comienza con la fase primario. Si se selecciona arranque en caliente, se utiliza los datos del primario durante todo el tiempo de arranque en caliente. El relleno de crateres siempre se basa en los datos de la fase secundaria.
Cuando se activa un comando de parada durante el tipo de fase pri-maria, el proceso pasa inmediata-mente a los datos secundarios. El final de la soldadura se basa en los datos de la fase secundaria.
Diferentes tipos de arco pulsadosA continuacin en la figura 4 se indi-can los tipos de arco pulsado que se pueden usar dependiendo del espesor de las chapas a soldar.
Alimentacin del AlambreSe utiliza el alimentador FEED 3004 para la soldadura de SUPER PULSE.
Medidas de precaucinCuando se utiliza SUPERPULSE, el alimentador de alambre soporta una
Tensin
Velocidad de alimentacin hilo**
Inductancia
Tipo de regulador
sinergia*
Preflujo de gas
Arranque suave
Hot start
Tiempo de Hot start
Velocidad hilo en Hot start
Touch sense*
Relleno de carcteres
Duracin del relleno de carcteres
Alim. Hilo durante el relleno de carct. final
Tensin durante el relleno de carct. final
Release pulse**
Tiempo de postquemado
Postflujo de gas
Lmites
Lmites de medida
Soldadura por puntos
Tiempo de soldadura por puntos
Rango de ajuste En pasos de Dependiente de
sinergia
x
x
x
-
-
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
-
-
x
x
Ajustable en
sinergia
x
x
x
-
x
-
-
Parmetro
8 -60V
0,8 - 30,0 m/min
0 - 100%
1 - 12
ON U OFF
0,1 - 25 s
ON U OFF
ON U OFF
0,10 s
Todo el rango de alim. hilo
0 - 20 A
ON U OFF
0 - 10 s
1,5 m/min a vel. alim. actual
8 - 24,7 V
ON U OFF
0 - 1 s
0,1 - 25 s
1 - 50
1 - 50
ON u OFF
0 - 25 s
0,25 V (se muestra con un decimal)
0,1 m/min
1%
1
-
0,1 s
-
-
0,1 s
0,1 m/min
-
0,1s
0,1 m/min
0,01 s
0,1 s
-
-
-
0,1 s
Tabla 1. Parmetros con arco corto/ spray
-
N 134 2011 21
Tensin
Velocidad de alimentacin hilo**
Corriente pulsada
Tiempo de pulso
Frecuencia de pulso
Corriente de baja
Slope
Sinergia***
Ka
Ki
Preflujo de gas
Arranque suave
Hot start
Tiempo de Hot start
Velocidad hilo en Hot start
Touch sense*
Relleno de crteres (pulsado no pulsado)
Duracin del relleno de crcteres
Alim. Hilo durante el relleno de crt. final
Tensin durante el relleno de crt. final
Corriente pulsada final
Corriente de baja final
Frecuencia final
Release pulse**
Tiempo de postquemado
Postflujo de gas
Lmites
Lmites de medida
Soldadura por puntos
Tiempo de soldadura por puntos
Rango de ajuste En pasos de Dependiente de
sinergia
x
x
-
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
-
-
x
x
Ajustable en
sinergia
x
x
x
x
x
x
-
x
x
x
x
x
x
-
-
Parmetro
10 - 50 V
0,8 - 30,0 m/min
100 - 650A
1,7 - 25,5 ms
16 - 312 Hz
4 - 300 A
1 - 9
ON u OFF
0 - 100%
0 - 100%
0,1 - 25 s
ON u OFF
ON u OFF
0 - 10 s
Todo el rango de alim. hilo
0 -20 A
ON u OFF
0 - 10 s
1,5 m/min a vel. alim. actual
8 - 33,2 V
100 - mx. A
12 - 50 A
20 - 270 Hz
ON u OFF
0 - 1 s
0,1 - 25 s
1 - 50
1 - 50
ON u OFF
0 - 25 s
0,25 V (se muestra con un decimal)
0,1 m/min
4 A
0,1 ms
2 Hz
1 A
1
-
1%
1%
0,1 s
-
-
0,1 s
0,1 m/min
-
0,1 s
0,1 m/min
0,01 s
0,1 s
-
-
-
0,1 s
Tabla 2| Parmetros con arco pulsado
Figura 4| Combinaciones de arco pulsado
-
N 134 201122
carga considerable.Con el fin de que la seguridad de funcionamiento del alimentador de alambre no se vea comprometida, se deben aplicar valores lmites como los indicados en grfico de la figura 5.
Las curvas de la figura 5 corres-ponden a 15 m/min y 20 m/min se refiere a la velocidad de alimenta-cin de alambre de la fase primaria. El tiempo de ciclo es la suma del tiempo de fase primaria y de fase secundaria.
Fase
Tipo de arco
Tensin
Velocidad de alimentacin hilo*
Inductancia
Corriente pulsada**
Tiempo de pulso
Frecuencia de pulso
Corriente de baja
Slope
Ka
Ki
Tipo de regulador
Sinergia***
Tiempo de soldadura
Preflujo de gas
Arranque suave
Hot start
Tiempo de Hot start
Velocidad hilo en Hot start
Tensin de Hot start
Touch sense*
Relleno de crteres (pulsado no pulsado)
Duracin del relleno de crcteres
Alim. Hilo durante el relleno de crt. final
Tensin durante el relleno de crt. final
Corriente pulsada final
Corriente de baja final
Frecuencia final
Release pulse**
Tiempo de postquemado
Postflujo de gas
Lmites
Rango de ajuste En pasos de Dependiente de
sinergia
x
x
x
x
x
-
x
x
x
x
x
x
-
x
x
x
x
x
x
-
Ajustable en
sinergia
x
x
x
x
x
x
x
x
x
-
x
x
x
x
x
-
Parmetro
Primario o secundario
Corto/spray o pulsado
10-50 V
0,8 30,0 m/min
0 100%
100 650 A
1,7 25,5 ms
16 312 Hz
4 300 A
1 9
0 100%
0 100%
ON u OFF
0 2,50 s
0,1 25 s
ON u OFF
ON u OFF
0 10 s
Todo el rango de alim.hilo
-14 - +27 V
0 100 A
ON u OFF
0 10 s
1,5 m/min a vel. alim. Actual
8 33,2 V
100 mx. A
12 50 A
20 270 Hz
%
0 1 s
0,1 25 s
1 50
-
-
0,25 V (se muestra con un decimal)
0,1 m/min
1%
4
0,1 ms
2Hz
1
1
1%
1%
1
-
0,01 s
0,1 s
-
-
0,1 s
0,1 m/min
-
0,1 s
0,1 m/min
0,01 s
0,1 s
-
Tabla 3| Parmetros con arco corto/ spray/pulsado
Diferencias en la velocidad de alimentacin de hilom/min
20m/min15m/min
8
7
6
5
4
3
20,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 Tiempo(s) de ciclo
Figura 5| Alimentacin del alambre
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La diferencia entre la velocidad de alimentacin del alambre de fases primaria y secundaria no debe supe-rar la velocidad indicada en la Figura 5 para la velocidad de alimentacin del alambre de fase primaria.
Ejemplo: Si el tiempo de ciclo es de 0,25 s y la velocidad de alimen-tacin del alambre de fase primaria es de 15 m/min, la diferencia entre la velocidad de alambre primaria y secundaria no debe superar a los 6 m/min.
Informacin sobre los parme-tros para su ajusteTensinCuando mayor es la tensin, mayor es el largo de arco, ms ancho la pileta lquida y ms elevada la tem-peratura a la que se realiza.
El ajuste de la tensin difiere segn sea el modo sinrgico y no sinr-gico. En el modo sinrgico la tensin se ajusta como una desviacin posi-tiva o negativa respecto de la lnea sinrgica de la tensin.En el modo no sinrgico, el valor de la tensin se ajusta como un valor absoluto.
Velocidad de aporte del alambrePermite fijar la velocidad de aporte del alambre en m/min.
InductanciaCuando la inductancia es elevada, el bao de soldadura es mas ancho y se produce menos salpicaduras, cuando la inductancia en reducida, se produce un ruido ms estridente pero el arco es ms concentrado e inestable.Solo es aplicable a la soldadura MIG MAG con arco corto/spray.Tipo de reguladorAfecta a la transferencia en corto circuito y al calor en la zona de la soldaduraEste parmetro no debe modificarse.
Arco pulsadoEl arco pulsado o la transferencia pulsada tienen una corriente de pico y una corriente de base.
Tiempo de pulsoTiempo durante el cual la corriente pulsada est activada durante un periodo de pulso.
Frecuencia de pulsoDuracin de la corriente de baja que junto con la duracin de la corriente pulsada, determina el periodo de pulso.
Corriente de bajaSi la corriente de baja est acti-vada, es la menor de los valores de corriente.
RampaEl parmetro de rampa hace que la corriente pulsada aumente o dismi-nuya lentamente hasta el valor con-figurado. La rampa (slope) se puede ajustar en nueve intervalos cada uno de los cuales equivale a 100 ms.
La rampa es importante para el ruido. Si es acusada, genera un ruido ms elevado y agudo. Si es demasiado suave llega a afectar, en el peor de los casos a la capacidad del pulso de interrumpir el goteo.
KaKa un elemento de proporcionalidad que corresponde a la amplificacin del regulador. Un valor bajo hace difcil mantener una tensin cons-tante precisa.
KiKi es el elemento de integracin, cuya funcin en el largo plazo es eli-minar un fallo.Tambin en este caso, un valor bajo disminuye el efecto regulador.SinergiaCon el fin de obtener un arco esta-ble, cada combinacin de tipo de alambre y dimetro as como la mez-cla de gas, se requiere una relacin
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especifica entre velocidad de ali-mentacin del alambre y tensin de arco (largo del arco). La tensin se ajusta automticamente con arreglo a la lnea sinrgica seleccionada, lo cual hace mucho ms sencillo cali-brar los parmetros de soldadura correctos con rapidez. La relacin entre velocidad de alimentacin del alambre y otros parmetros se conocen como lnea sinrgica.
FaseEn esta funcin se elige entre fase primaria y la fase secundaria.Los valores altos se ajustan en la primaria y los valores bajos en la secundaria.
Preflujo de gasControla el tiempo durante el cual fluye gas de proteccin antes de que se forme el arco.
Arranque lentoEl arranque lento aporta alambre al 50 % de la velocidad configurada hasta que se establece el contacto elctrico con la pieza a soldar
Inicio calienteEl inicio caliente (hot start) aumenta la velocidad de alambre aplicada, se puede incrementar durante un periodo concreto para aumentar la energa al inicio de la soldadura. El propsito principal de esta funcin es suministrar ms energa al inicio de la soldadura, lo que reduce el riesgo de que la fusin no sea ade-cuada al principio de la junta.
Hot Start alimentacin del alambreLa velocidad de alimentacin del alambre aplicada se puede incre-mentar durante un periodo de tiempo concreto para aumentar la energa al inicio de la soldadura y garantizar la penetracin. La veloci-dad se ajusta respecto de la veloci-dad de la alimentacin de alambre normal.El tiempo comienza a contar desde
que se forma el arco y la duracin coincide con el tiempo de hot start configurado. La sinergia produce un aumento de 2 m/min en la velocidad de alimentacin del alambre.
Hot Start tensinLa tensin aumenta 2 V que se suma a la contribucin de la rampa de la lnea sinrgica y a los 2 m/min adicionales en la velocidad de ali-mentacin del alambre.En el modo no sinrgico, la tensin ser configurada y no depender de la sinergia
Deteccin de contacto (touch sense)El sistema detecta el momento en que el alambre entra en contacto con la pieza a ser soldada.
Relleno de crateresEl relleno de crteres produce una reduccin controlada del calor y el tamao del bao de soldadura al final de la soldadura. As contribuye a evitar que se formen poros, fisu-ras trmicas o crateres en la junta soldada.En la soldadura con arco pulsado se puede elegir entre relleno de crate-res pulsado y no pulsado El relleno de crteres no pulsado es ms rpido. El relleno de crateres pulsado tarda un poco ms, pero evita que se produzca salpicaduras si se utilizan los valores adecuados.
Pulso de corteEl pulso de corte es un pulso que se aplica para garantizar que no se formen sobre dimetros o bolas en el extremo del alambre cuando se detenga la soldadura.Solo es aplicable a la soldadura MIG MAG con arco corto/spray. El final de la soldadura est sincronizado con un pulso de acabado.
Tiempo de postquemadoEl tiempo de postquemado es el tiempo que transcurre desde que la velocidad de aporte del alam-
Figura 6. Empresa Mageti Marelli em la Provincia de Crdoba, Argentina
Figura 7| Charla tcnica en Magneti- Marelli
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bre empieza a disminuir hasta que la fuente de alimentacin elctrica deja de suministrar tensin. Si este periodo es demasiado breve, queda demasiado alambre al terminar la soldadura y existe el riesgo de que el mismo quede atrapado en el bao de soldadura al solidificarse ste. En cambio, si la duracin del posquemado es excesiva sobra menos alambre, pero aumenta el riesgo de que el arco salte a la punta del electrodo.
Liberacin del pulso (release pulse)Si el alambre se engancha en la pieza a soldar, el sistema lo detecta y genera un pulso que libera el aporte de la superficie.Esta funcin esta pensada sobre todo para la soldadura mecaniza-das u automatizadas, auque tam-bin se puede usar con la soldadura manual. Se activa al seleccionar el tiempo de postquemado.
Postflujo de gasControla el tiempo durante el cual fluye gas de proteccin despus de que se extinga el arco.
Desarrollo de ARISTO SUPER PULSE en la firma MAGNETI MARELLI
En el ao 2009 le propusimos a la firma MAGNETI MARELLI (figura 6) presentar en su planta de Crdoba las nuevas tecnologas de ESAB para ser aplicada en la renovacin de sus equipos actuales o para futu-ras ampliaciones y nuevos desarro-llos de la empresa.
Con este objetivo de ESAB y la pre-disposicin de MAGNETI MARELLI se organizo un evento en su fbrica que consisti en una charla tcnica del proceso MIG-MAG, figura 7, pre-sentacin de las nuevas tecnologas SUPER PULSE y luego se reali-zaron ensayos de soldadura en las lneas de produccin.
En colaboracin con el Ing. Pablo Caponi, de la Sucursal Centro de ESAB-CONARCO, se desarrollaron varios temas y se intercambiaron valiosas experiencias con los opera-dores y los soldadores.
La capacitacin en la lnea de fabri-cacin se realiz con la presenta-cin del equipo ESAB ORIGO MIG 5000i devanador ORIGO FEED y ARISTOPENDANT U8, figura 8.Los participantes observaron la pre-sentacin del equipo y la aplicacin del SUPER PULSE en la solda-dura de los caos de escapes.
Un ao mas tarde, a comienzo del ao 2010 FIAT confa a MAGNETI MARELLI la fabricacin de un nuevo conjunto de escape, denominado Colector Tubular. Este conjunto se encuentra ligado al motor y cumple una doble funcin colectar los gases y convertir el monxido de carbono a travs de una monolita cermica.ESAB particip en el pedido de cotizacin por siete nuevos equipos que formaran parte de esta nueva lnea de produccin compitiendo
Figura 8| Capacitacin y demostracin en planta
Figura 9| Equipos ESAB en Magneti- Marelli
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con FRONIOUS -KEMPI Y MILLER entre otros. Finalmente y despues de algunas negociaciones se logra la orden de compra para la entrega de los equipos. Aqu comienza un nuevo desafi: la implementacin de este nuevo sistema de solda-dura propuesto por ESAB (figura 9)
La construccin de dispositivos y automatizaciones estn a cargo de la firma COMAU junto con el departa-mento desarrollo e ingeniera de Mag-neti Marelli, siendo los encargados de disear y construir todos los dispositi-vos necesarios para la fabricacin de este escape para vehculos. Se trabaj y se disearon los equi-pos automatizados para cada ope-racin del proceso de construccin del escape con la ms alta tecno-
loga en PLC, micros, censores, cmaras digitales que detectan por cdigo de barras o por inscripciones en la pieza y si no estn las piezas correctas en el montaje la mquina no funciona (figura 10)
La fabricacin del escape comienza con la construccin del catalizador, compuesto de una pieza monolta cermica envuelta en una manta trmica y a su vez dentro de un tubo metlico de acero inoxidable AISI 409 (figura 11) que luego de confor-marse y llegar al dimetro requerido es soldado con un equipo ARISTO 5000i ARISTO FEED y U82.Se utiliza un alambre de aporte inoxidable ER 307 de dimetro 1 mm y proteccin gaseosa de 98 % de argn ms 2 % de oxigeno (tabla 4).
Figura 10. Equipo automatizado para la fabricacin de los sistemas de escape
Figura 12| Celda triple
Figura 11| Tubo de acero inoxidable para el catalizador
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La soldadura contina con la opera-cin ISO en una celda triple en donde de manera semiautomtica se sueldan las virolas para las sondas lambda en los tubos de salida y a la entrada del cuerpo monoltico (figura 12).
Posteriormente el catalizador soldado y rotulado se llev a una prensa que en dos etapas, figura 13, dende se conforma el cierre.
Tabla 4| Procedimiento de soldadura en tubos de acero Alsi 409 para sistemas de escape
Figura 13. Cierre del catalizador
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Siguiendo el proceso en la ope-racin 160, se suelda el cono de entrada con un subconjunto denominado cabezote. Este subconjunto es el encargado de tomar los gases de cada cilindro para encausarlos hacia el cuerpo catalizador.
Esta operacin es muy compleja por varias razones: la primera, por el diseo del dispositivo es casi imposible colocar la torcha en una condicin de soldadura en revo-lucin aceptable, la segunda es porque esta soldadura tiene exi-gencia de penetracin en todo el permetro y tercera, quizs la mas grave, una depresin en el dime-tro por la unin de los caos, lo que hace mas difcil obtener un cordn de soldadura armnico y con penetracin adecuada.
La solucin implementada ha sido la utilizacin de una fuente ESAB ORIGO 5000i con U82 aplicando
el proceso MIG-MAG con SUPER-PULSE configurado en el modo PULSADO/CORTO (figura 14) En la operacin 170, denominada bitorcha, se realiza una solda-dura doble con dos equipos ESAB y dos torchas simultneamente en revolucin, figura 15.
Llegando casi al final del proceso de montaje, un equipo automtico (operacin 180) suelda el subcon-junto de la operacin 170 con un tubo de salida. Este equipo per-mite diferenciar a travs de un sistema de levas y el cdigo gra-bado en el cuerpo fabricar las dos variantes geomtricas de colector (figura 16).
La ltima operacin de soldadura (operacin 190) un dispositivo de armado manual permite al opera-dor la soldadura de los soportes para su fijacin. Los movimientos del dispositivo aseguran la acce-
Figura 16| Soldadura del cao de escape de salida
Figura 14. Implementacin de soldadura SUPERPULSE en la unin del catalizador con el sistema de escape
Figura 15. Soldadura con dos torchas trabajando simultneamente
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Figura 17| Soldadura de los soportes Figura 18| Conjunto de escape terminado
sibilidad y la correcta ergonoma del soldador (figura 17).
El 100% de los colectores ya ter-minados (figura 18) son colocados en un dispositivo, donde se les realiza una prueba de estanquei-dad, que se encarga de validar la continuidad y posicin de la sol-dadura, a partir de la no existen-cia de prdidas en los diferentes cordones.
Si posee algn poro, o tiene alguna falla en la soldadura, se repara la pieza en un puesto de retrabajo empleando un equipo ESAB ORIGO 2200i con proceso TIG, para ser nuevamente contro-lado en el dispositivo de vaco.Esta operacin (operacin 200) da por terminado el proceso.
ConclusinesESAB-CONARCO trabajando en conjunto con MAGNETI MARELLI lograron una adecuada parame-trizacin de los equipos, asegu-rando una correcta calidad de la soldadura, dentro de los exigen-tes parmetros determinados por el Scio. de Calidad de MAGNETI MARELLI y tambin de FIAT.Despus de varias semanas de trabajo, todo el equipo de ESAB y MAGNETI MARELLI pudo festejar el xito del trabajo conjunto con la aprobacin final de FIAT y la liberacin en la provisin de este conjunto para el 100% de la pro-duccin de automviles realizada en Crdoba.Con el sistema ARISTO SUPER PULSO se le brinda al cliente una solucin tecnolgica de avan-zada que controla el aporte de calor, las diferencias de espesores y la calidad de la unin soldada.
Todo esto a expensas de disponer de condiciones operativas (posi-cionamiento de torcha) no ade-cuado. Demostrando as que con el proceso MIG-MAG convencio-nal hubiese resultado mucho mas complicado realizarlo y obtener el 100% de los resultados.
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Resumen
La reparacin y reconstruc-cin de rieles ferroviarios es realizada desde que se ins-talaron los ferrocarriles en nuestro pas. Dicha reparacin es de suma importancia debido a la seguridad y cuidado de los componentes rodan-tes (ruedas de vagones y maquinas) con el agregado de la sensacin de comodidad si el transporte es exclu-sivamente de pasajeros. En este trabajo se analizaron distintos proce-dimientos de soldadura aplicables a la reconstruccin y reparacin de rie-les ferroviarios desgastados, ya sea por su intensivo uso o por acciden-tes provocados por descarrilamien-tos o colisiones de formaciones. El proceso de soldadura empleado fue FCAW-G, el cual brinda una elevada tasa de deposicin horaria sin la necesidad de la utilizacin de gases de proteccin. Dos procedimientos de soldadura fueron empleados, si bien el material de aporte final es el mismo en ambos, la diferencia se encuentra en el uso de consumibles de acero inoxidable como capa cojn.
De los cupones obtenidos se reali-zaron metalografas de las interfaces de referencia y pruebas de traccin y flexin en tres puntos. Para la obtencin de la dureza, relacionada directamente con las propiedades
del desgaste por abrasin, se rea-lizaron perfiles de dureza en distin-tas direcciones geomtricas. Los resultados obtenidos muestran que las reparaciones empleando solda-duras por proceso FCAW-G pue-den utilizarse sin ninguna dificultad en campo, disminuyendo los tiem-pos de reparacin y la cantidad de mano de obra involucrada sin agre-gar pasos especiales en las espe-cificaciones de procedimientos de soldadura.
IntroduccinPartiendo de la frase de que Todo elemento que se usa se desgasta podemos empezar a definir el por-que de las continuas y necesarias reparaciones que deben ser resuel-tas en cualquier equipo utilizado en produccin. En particular, la repara-cin y reconstruccin de rieles ferro-viarios es muy importante debido a su fuerte impacto y/o consecuencias provocadas en otros componentes ferroviarios, como ser ruedas y tre-nes de suspensin de locomotoras y vagones. La figura 1 muestra distin-tos ejemplos de desgastes produci-dos en rieles de ferrocarril.
Considerando que la red de trans-porte en Argentina asciende ha los 34000 km[1] y que debido a las dis-tintas polticas publicas adoptadas, malas inversiones, falta de controles,
ESTUDIO DE LA REPARACION Y RECONSTRUCCION
DE RIELES FERROVIARIOS MEDIANTE PROCESO DE SOLDADURA FCAW-G
Hernn Maria Ghibaudo | Responsible Customer Service/ Process Development and Training (Welding School) Process Centre. ESAB ArgentinaDario Gaston Jorge | Responsable de laboratorio. Fundacin Latinoamericana de Soldadura
Figura 1| Ejemplos de tres tipos de desgastes: fatiga por rodadura, desgaste en punta de riel y quemado por frenado de ruedas
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etc.; el mantenimiento de toda la red se encuentra seriamente afec-tada trayendo como consecuencia la nulidad de servicios, descarrila-mientos y disminucin de las fre-cuencias y velocidades cruceros de las formaciones.
Por lo general la mayora de las reparaciones realizadas en campo se efectan mediante el proceso SMAW, el cual brinda una muy buena versatilidad y adems no presenta inconvenientes en las soldaduras rea-lizadas en condiciones desfavorables (viento).
Con el pasar de los aos se intento suplantar este proceso por proce-sos con mayor productividad (hasta un 60% mayor), como ser GMAW y FCAW, no pudiendo solucionar las desviaciones provocadas por los vientos en los gases de proteccin utilizados.
Una alternativa fue realizar soldadu-ras resguardadas del viento mediante carpas, pero la idea no prosper debido a la perdida de versatilidad de este proceso (armado de carpas y uso de gases de proteccin).Con el desarrollo de alambres tubula-res autoprotegidos se ha logrado que el fundente contuviera elementos for-madores de atmsferas protectoras, con lo cual eliminaron la proteccin externa mediante gases.
Este avance facilit el uso de alam-bres tubulares autoprotegidos en aquellas condiciones ambientales donde antes no podan ser utiliza-dos y adems simplific el proceso de soldadura eliminando un compo-nente (gas de proteccin externo).
Hoy en da estos alambres no solo son utilizados en reparaciones de equipos, sino tambin en la cons-truccin de caeras (pipelines) en campo sin ningn inconveniente y a una tasa de deposicin horaria de hasta un 50% mayor comparado
con el proceso SMAW. Otro factor importante que debe ser tenido en cuenta es la fabricacin de disposi-tivos especiales, los cuales automa-tizan los procesos FCAW o GMAW logrando soldaduras de elevadas calidades. En la figura 2 se muestra un dispositivo, el cual fue diseado especficamente para poder fun-cionar automticamente cuando se requiere la reconstruccin de rieles de vas.
Por ultimo debe mencionarse que dentro de las desventajas del pro-ceso FCAW-G se encuentran la regulacin fina de los parmetros de soldadura (corriente, voltaje y stick-out), los cuales deben realizarse con equipos confiables. Hasta hace algu-nos aos los dimetros de alambre era un impedimento, ya que poda conseguirse en dimetros mayores que 1,6 mm.
Hoy en da con las nuevas tecnologas de fabricacin pueden obtenerse con un dimetro de hasta 0,9 mm siendo de gran utilidad para la soldadura en espesores finos.
Por todo lo expuesto y por la nece-sidad de poder realizar trabajos de mantenimiento de forma segura, rpida, eficaz y a un menor costo, en este trabajo se estudia el comporta-miento de un tipo de alambre tubular autoprotegido para la soldadura de reparacin de rieles ferroviarios in-situ o en campo.
Procedimiento ExperimentalSe efectuaron soldaduras sobre rieles del tipo UIC 860 900A[2], los cuales mostraban un uso intensivo en campo. Para poder simular con mayor precisin un desgaste severo sobre el hongo del riel se realiz una entalla mediante mecanizado. Las figuras 3 y 4 muestran la forma del riel y de la entalla generada. La tabla 1 muestra el anlisis de composicin qumica, tanto del metal base como de los consumibles utilizados.
Figura 2| Equipo automtico programable utilizado para la reparacin y reconstruccin de rieles por proceso FCAW
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Debido al elevado contenido de carbono equivalente (C.E) del metal base se realiz un anlisis predic-tivo de soldabilidad mediante el diagrama de Graville[3] el cual deter-mina que el acero base es soldable pero con limitaciones. El control para evitar problemas de fisuracin se realiz con un riguroso control de temperatura de precalentamiento, temperatura interpasada y control del hidrogeno difusible.La temperatura de precalentamiento fue calculada mediante los mtodos predictivos de control de hidrgeno y Nomograma de Coe[4].En la tabla 2 se muestran los valo-res ideales segn cdigo AWS D1.1 y WTIA ha tener en cuenta con res-pecto a las temperaturas de preca-lentamiento y el control de hidrogeno para evitar fisuracin en fri.
Observando la prediccin de las temperaturas de precalentamiento, para evitar problemas de fisuracin por hidrogeno y considerando que en campo las temperaturas reco-mendadas son difciles de alcanzar, se realizaron dos procedimientos de soldadura diferentes. La diferen-cia es el uso de una capa cojn de acero inoxidable austentico (EPS-1) que tiene por objetivo disminuir la fisuracin en fri al aumentar la dilu-
cin del hidrogeno en fase austen-tica, adems de absorber distintos tipos de inclusiones provenientes del metal base y actuar como una capa dctil con mayor tenacidad. El revestimiento duro utilizado fue el mismo en ambos procedimientos, el cual es una aleacin con conteni-dos de cromo, nquel y manganeso con una muy buena resistencia al desgaste compresivo y metal-metal y buena.
En la tabla 3 se presentan las dife-rencias entre las dos especificacio-nes de procedimiento realizados.Con respecto a los consumibles puede mencionarse que tanto la capa base como el relleno fueron realizados con consumibles con bajos contenidos de hidrogeno (Hf < 8 ml/100 g de metal depositado).Las tcnicas de soldadura para la aplicacin del material al Cr-Ni-Mo empleadas fueron las aconsejadas segn WTIA[5], en las cuales se realiza una serie de cordones trans-versales al eje del riel en el inicio de la depresin. Luego se continua, realizando una pasada longitudinal demarcando los bordes ha ser repa-rados. Por ultimo la secuencia de llenado es utilizar cordones cortos y en forma transversal desde las pun-tas hacia el centro de la depresin
Norma Grado %C
UIC 860
EN 14700
AWS A5.4
%Si %Mn %Cr %Ni %Mo %Al
900 A
T Z Fe3
E312-15
0,40
0,5
0,75
0,65
0,15
0,11
0,85
1,1
0,90
-
1,0
29,5
-
2,3
9,3
-
0,5
-
1,4
Tabla 1 | Composicin qumica metal base y metales de aportes empleados.
WPS Consumibles Temperaturas de precalentamiento
EPS-1
EPS-2
E312-15 + T Z Fe3
T Z Fe3
120 C
300 C
Tabla 3 | Diferencias entre los procedimientos de soldadura empleados
Material base C.E (IIW) Pcm
UIC 900 A
WTIA Control de Hidrogeno Nomograma de COE
0,7 300 C0,68 280 C > 200 C
Tabla 2.
30 mm
90 mm
Figura 4| Entalla realizada sobre el perfil del riel
Figura 3| Corte transversal riel.
Figura 6| Vista superior del riel donde se indican las secuencias de pesadas realizadas.
Figura 5| Corte del riel donde se realizan los primeros tres cordones transversales a la depresin generada.
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alternando el inicio y fin de cada uno de ellos. Esencialmente esta tcnica tiende a balancear y mejorar la dis-tribucin del calor aportado y de las tensiones residuales.La tcnica de soldadura empleada para realizar la base o capa cojn fue con arco corto sin oscilacin y en el rango inferior de las corrientes acon-sejadas por el fabricante.En las figuras 5 y 6 se muestra la tcnica utilizada.
En las figuras 7 y 8 se puede obser-van una muestra de la soldadura realizada sobre los rieles.Para todas las soldaduras se utilizo una fuente de poder multiproceso (SMAW, GMAW, FCAW, TIG), los parmetros de soldadura fueron verificados con pinza amperom-
trica (tabla 4). El precalentamiento se efectu con sopln sobre el patn y los costados del riel tratando de no direccional la llama sobre el hongo para evitar contaminaciones de car-bono (llama neutra).Las temperaturas de precalenta-miento propuestas fueron controla-das con pirmetro de contacto.
ResultadosSobre las probetas obtenidas se prepararon secciones transversa-les (figuras 9 y 10) para su anlisis macroscpico, microscpico y an-lisis de perfiles de dureza.Para revelar la macroestructura, se utiliz una solucin de Nital al 10% y Nital al 2% para las microestructu-ras, recomendada para el ataque de aceros al carbono [6].
Consumibles Corrientes (A) Voltajes (v)
E312-15
T Z Fe3
95 98
200 240
21,5 23
23 25
Tabla 4 | Valores de corriente y voltaje de los consumibles empleados
Dureza (HRc) Probeta EPS-1 Transversal
Probeta EPS-2 Transversal
Probeta EPS-1 Longitudinal
Superficie
1
2
3
4
5
6
7
8
31,8
36,1
33,2
37,5
23,2
23,1
22,0
22,5
22,0
31,2
31,2
33,3
31,6
32,3
23,9
23,9
19,1
18,1
31
31,2
31,3
31,1
31,2
31,1
31,2
31,3
31,2
31,2
Probeta EPS-2 Longitudinal
Tabla 5 | Valores de dureza longitudinal y transversal
Figura 11| Macrografa EPS-2 Figura 12 | Macrografa EPS-1
Figuras 7 y 8 | Soldadura de alambre autoprotegido sobre entalla de riel
Figura 10 | cortes transversales riel
Figura 9 | seccin transversal riel
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En el anlisis de las caractersticas de fusin, definidas por: penetra-cin, interfases y microestructuras, se utiliz microscopa ptica y ana-lizador de imgenesPor ultimo se realizaron perfiles de dureza longitudinal y transversal (HRc), los puntos fueron tomados desde la superficial del riel a interva-los de 3 mm cada uno en la direccin transversal; y con el mismo intervalo sobre la soldadura realizada en la direccin longitudinal. En la tabla 5 se muestran los perfiles de dureza obtenidos de metal base, ZAC y metales de soldadura.
En las figuras 11 y 12 se muestran las macrografas obtenidas donde se pueden observar los diferentes materiales aportados.
En la figuras 13 y 14 se muestran dos metalografas en las interfaces metal base aporte duro y metal de capa base aporte duro a 400x.
En la figura 15 se muestra un perfil de las microestructuras obtenidas en un corte perpendicular al riel, empezando desde el metal base y terminando en la superficie, donde se realizo la reparacin.
DiscusinDe los resultados obtenidos se puede observar que la dureza sobre los materiales aportados se mantiene constante en toda la superficie y en el perfil transversal del riel (tabla 5). No se observan discontinuidades en las interfases metal base-inoxidable-aporte duro y metal base-aporte duro.Las ZAC en ambos procedimientos y con los distintos materiales utili-zados no presentan un crecimiento de grano desmedido o microestruc-turas susceptibles al fenmeno de fisuracin en fri.Los cordones logrados muestran una buena simetra con penetracin y sin escoria atrapada.
Las interfaces se encuentran libres de carburos agrupados con una buena transicin del metal base al metal aportado.
ConclusionesLas soldaduras realizadas sobre rieles con proceso FCAW-G mues-tran una dureza uniforme sobre toda la superficie con una velocidad de deposicin muy superior a la obte-nida con electrodos revestidos. Son de arco muy estable y suave cuando es controlada la tensin de trabajo.Si bien ambas especificaciones de procedimiento cumplen con la obtencin de interfaces libres de defectos y ZAC sin microestructuras frgiles, la diferencia se encuentra en las temperaturas de precalenta-miento utilizadas, las cuales difie-ren en un 60%. Este aspecto es no menor cuando las reparaciones deben realizarse in-situ y en donde realizar precalentamientos cercanos a los 300 C es una tarea difcil que consume tiempo extra.En consecuencia, el procedimiento de soldadura que utiliza capa base como intermediaria entre el metal base y el metal duro aportado (EPS-01), presenta la dureza deseada sin indicaciones en las interfaces y con un precalentamiento menor; lo cual lo convierte en el procedimiento ms recomendable cuando se deban realizar reparaciones en campo.
Referencias:[1] CNRT[2] DIN 536/1991[3] B.A. Graville, B.A. Welding of HSLA (microalloyed) structural ste-els, Proceeding of International Conference, American Society for Metals, 1976, p 85-101.[4] Graville, B.A survey review of weld metal hydrogen cracking, Welding in the World, 24 (19863), p 190-198.[5] WTIA[6] ASM Handbook Volume 6: Wel-ding, brazing and soldering, Ameri-can Society of Metals, 1994
Figura 15.a| perfil microestructural tomado desde el material base hasta el metal de aporte duro. 100xFigura 15.b| microestructura en interface y superficie a 400x.
Figura 14| interface capa base aporte duro
Figura 13| interface metal base aporte duro
a
c
b