soldadura por explosión (exw) explosion welding
TRANSCRIPT
Estudios de Posgrado e Investigación
Soldadura al estado sólido
Explosion Welding
Presenta: Ing. Rafael Antonio Pérez García
Profesor - Investigador Invitado: Dr. Victor Hugo López Cortez
Capítulo VII
Soldadura por explosión
(Explosion Welding EXW)
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
2/47
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Soldadura por explosión (EXW)
1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO
2. EQUIPO
3. MATERIALES SOLDADOS
4. APLICACIÓN
5. CALIDAD EN LA SOLDADURA
6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES3/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
La soldadura por explosion
es un proceso de soldadura
de estado solido que
produce una union soldada
por el impacto a alta
velocidad de las piezas de
trabajo como resultado de
una detonacion controlada.
La explosion acelera el
metal a una velocidad tal
que se forma una union
metalica entre las piezas
cuando chocan. La
soldadura se produce en
una fraccion de segundo sin
adicion de metal de aporte.
Soldadura por explosión (Explosion Welding EXW)
Animacíon 1.1 Soldadura por explosión
4/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Soldadura por explosión (EXW)
1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO
2. EQUIPO
3. MATERIALES SOLDADOS
4. APLICACIÓN
5. CALIDAD EN LA SOLDADURA
6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES5/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 1.1 Disposición típica de los componentes
para la soldadura por explosión.
Componente Base
Componente principal
Explosivo
COMPONENTES
6/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 1.2 Acción de los componentes durante la unión con soldadura por explosión.
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
7/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 1.3 Secuencia de operacion para la fabricacion de placas de revestimiento a
través de soldadura por explosion.8/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 1.4 Interfaz típica ondulada formada
entre dos componentes soldados por explosión,
Tantalio a Cobre.
Figura 1.5 Línea de microfusión en una soldadura por explosión en acero y titanio.9/47
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Soldadura por explosion (EXW)
FUNDAMENTOS DEL PROCESO1.
EQUIPO2.
MATERIALES SOLDADOS3.
APLICACI4. ÓN
CALIDAD EN LA SOLDADURA5.
EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES6.10/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
11/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura. 2.1 Fabricación mecanizada de soldadura por explosión en
placas de grandes longitudes.
Figura. 2.2 Caballete mecanico con amoladora húmeda usada en la
preparacion de las placas.12/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura. 2.4 Se utiliza GTAW para unir placas
del metal primario y fijarlo al metal base. 13/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura. 2.3 Cabina de soldadura de GTAW
automatico usado para obtener dimensiones
iguales entre placa de metal primario y base.
Figura 2.6 Prensa hidráulica utilizada para
aplanar placas soldadas por explosión.
14/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 2.5 Niveladores de rodillos utilizado para
aplanar las placas soldadas por explosión.
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Soldadura por explosión (EXW)
1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO
2. EQUIPO
3. MATERIALES SOLDADOS
4. APLICACIÓN
5. CALIDAD EN LA SOLDADURA
6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES15/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
MATERIALES SOLDADOS
• METAL BASE• ACEROS AL CARBONO
• ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS (Serie 300)
• ALUMINIO
• METAL PRIMARIO• ACERO INOXIDABLE (Austeníticos, martensíticos, ferríticos y dúplex)
• NIQUEL Y SUS ALEACIONES
• COBRE Y SUS ALEACIONES
• ALUMINIO Y SUS ALEACIONES
• TITANIO
• ZIRCONIO
• TANTALIO16/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Soldadura por explosión (EXW)
1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO
2. EQUIPO
3. MATERIALES SOLDADOS
4. APLICACÍON
5. CALIDAD EN LA SOLDADURA
6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES17/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
18/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Metal en bruto
Explosivos
Expandibles
Base
Primario
Explosivo granular
Detonador eléctrico
Explosivo de refuerzo
Cable de detonación
METALES SOLDADOS
MATERIALES
EXPLOSIVOS
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Soldadura por explosión (EXW)
1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO
2. EQUIPO
3. MATERIALES SOLDADOS
4. APLICACIÓN
5. CALIDAD EN LA SOLDADURA
6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES19/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
CALIDAD EN LA SOLDADURA
INSPECCIÓN NO DESTRUCTIVA
ULTRASONIDO
RADIOGRAFÍA
PRUEBAS DESTRUCTIVAS
CIZALLAMIENTO
TENSIÓN
EXAMEN METALOGRÁFICO
20/47
Figura 5.1 Sistema de barrido por ultrasonido montado en caballete.
21/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 5.2 Configuración típica de
una prueba de tensión de ariete.
Figura 5.3 Configuración de un ensayo
de cizallamiento se observa la falla en el
metal base.
22/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
ASTM A262 Detección de corrosión intergranular
ASTM A263 Acero inoxidable con recubrimiento de Cromo
ASTM A265 Placas de acero revestidas con Níquel
ASTM A578 Ultrasonido para revestimientos especiales en placas
ASTM B432 Placas de acero revestidas con Cobre
ASTM B898 Placas de acero revestido con metal refractario
Tabla 5.1 Normas ASTM para los ensayos de
placas revestidas.
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Soldadura por explosión (EXW)
1. FUNDAMENTOS DEL PROCESO
2. EQUIPO
3. MATERIALES SOLDADOS
4. APLICACIÓN
5. CALIDAD EN LA SOLDADURA
6. EJEMPLOS DE APLICACIONES INDUSTRIALES23/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
24/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 6.1 Placa de espesor grueso
revestida con acero inoxidable 304L.
Figura 6.2
Revestimiento
de Titanio por
explosión
usado para
condensador.
25/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 6.3 Reactor
columnar para
hidrotratamiento y
refinamiento de
petróleo.
Figura 6.4
Tapa para
recipiente de
presión por
Hot Spinning.Figura 6.5 Placas de acero
revestidas de Tantalio.
26/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 6.6 Revestimiento de Titanio
para un intercambiador de calor.
Figura 6.7 Ánodo de aluminio en
una junta de transición.
27/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 6.8 Ferry de alta velocidad.
Figura 6.10 Piezas fabricadas a partir
de placas soldadas por explosión.
Figura 6.11 Unión tubular de
acero y Al.
Figura 6.9 Tubos seccionados a partir de
placas soldadas por explosión de Inox y Al.
Artículo
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Soldadura por explosión
(Explosion Welding EXW) 28/47
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Artículo Soldadura por explosión (EXW)
1. ABSTRACT
2. INTRUDUCCÍON
3. DESARRO EXPERIMENTAL
4. RESULTADOS
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
6. CONCLUSIONES29/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Revestimiento de placa de titanio con una aleación de
magnesio a partir de energía controlada bajo el agua
mediante soldadura por explosión de tres capas
30/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Cladding of titanium and magnesium alloy plates using energy
controlled underwater three layer explosive welding
M. Ahasan Habib a,∗, Hiroki Keno a, Ryota Uchida a, Akihisa Mori b, Kazuyuki
Hokamoto c
a Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University, Kumamoto 860-8555, Japan
b Sojo University, Kumamoto 860-0082, Japan
c Institutes of Pulsed Power Science, Kumamoto University, Kumamoto 860-8555, Japan
Received 14 July 2014; Received in revised form 7 October 2014; Accepted 16 November 2014; Available
online 22 November 2014
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Artículo Soldadura por explosión (EXW)
1. ABSTRACT
2. INTRUDUCCÍON
3. DESARRO EXPERIMENTAL
4. RESULTADOS
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
6. CONCLUSIONES31/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Se realizo soldadura por explosión en placas de aleación AZ31 (Magnesio) con una placa de Titanio con la técnica de choque de ondas bajo el agua.
A través de los experimentos se investigaron los efectos del ángulo inicial inclinado del explosivo y el recocido de las placas de AZ31.
Caracterización de la interfaz soldada en diferentes condiciones experimentales para una zona fundida de manera excesiva, moderada y falta de penetración.
32/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Artículo Soldadura por explosión (EXW)
1. ABSTRACT
2. INTRUDUCCÍON
3. DESARRO EXPERIMENTAL
4. RESULTADOS
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
6. CONCLUSIONES33/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
34/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Ha
bib
(20
14
) Usando la técnica de EXW bajo el agua realizo una unión de titanio y magnesio el cual resulto con una zona fundida excesiva
Hab
ib(2
014) Se ha encontrado
que el uso de una placa intermedia fue eficaz en la mejora de las condiciones de soldadura no hubo una zona excesiva de unión. Sin embargo no se presento de igual manera a lo largo de la placa.
Ha
bib
(20
14
) Los resultados experimentales se comparan con los resultados numéricamente simulados. Se aclaran los efectos del ángulo del explosivo sobre la colisión que se presenta.
Man
ikan
dan
(2006) Investigo la EXW de
titanio y acero inoxidable con la insercion de una placa intermedia delgada para fines de controlar las condiciones energéticas
Gh
ad
eri
(20
08
) Para unir magnesio y titanio usando EXW convencional se ha encontrado con numerosos problemas como grietas, zona fundida de manera excesiva
Ok
am
oto
(20
09
) Propuso la EXWbajo el agua, lo que puede ofrecer una alternativa importante para disminuir la pérdidade energía cinética.
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Artículo Soldadura por explosión (EXW)
1. ABSTRACT
2. INTRUDUCCÍON
3. DESARRO EXPERIMENTAL
4. RESULTADOS
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
6. CONCLUSIONES35/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 3.1 Montaje experimental para la soldadura
por explosión de tres capas mediante la técnica de
choque de ondas bajo el agua.
36/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
El ángulo de inclinación inicial del explosivo () varió
de 20º y 30º
La distancia D entre el explosivo y el
centro de la muestrase fijó entre 35 mm y
45 mm
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Artículo Soldadura por explosión (EXW)
1. ABSTRACT
2. INTRUDUCCÍON
3. DESARRO EXPERIMENTAL
4. RESULTADOS
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
6. CONCLUSIONES37/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
38/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 4.1 Micrografía óptica del interfaz de soldadura obtenida del experimento No. 1,
donde = 20º, D= 35mm.
Figura 4.2 Micrografía óptica del interfaz de soldadura obtenida del experimento No. 2,
donde = 20º, D= 45mm.
39/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 4.3 Micrografía óptica del interfaz de soldadura obtenida del experimento No. 3,
donde = 30º, D= 35mm.
Figura 4.4 Micrografía óptica del interfaz de soldadura obtenida del experimento No. 4,
donde = 20º, D= 35mm.
Zona
fundida
40/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 4.5 Micrografía óptica del interfaz de soldadura obtenida del experimento No. 5,
donde = 20º, D= 45mm.
41/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 4.6 Dureza Vickers a través de dos interfaces diferentes obtenidas de la
muestra No 1 X= 5mm, (a) interfaz Ti-Mg, (b) interfaz Mg-Mg,
(c) perfil de dureza a través de las dos interfaces.
42/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Figura 4.7 Mapeo de elementos en la interfaz
soldada TP270-AZ31 usando EPMA,
datos obtenidos en at. %
Figura 4.8 Ensayo a flexión
obtenido para la muestra
soldada No. 2, donde = 20º,
D= 45 mm, sin ningún tipo de
fractura entre la interfaz
TP270-AZ31.
Elemento at. %
Ti 40.19
Mg 49.28
O 10.53
Total 100%
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Artículo Soldadura por explosión (EXW)
1. ABSTRACT
2. INTRUDUCCÍON
3. DESARRO EXPERIMENTAL
4. RESULTADOS
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
6. CONCLUSIONES43/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
44/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
La soldadura por explosiónes conocida por ser exitosasólo cuando ciertosparámetros en particular,están dentro de una regióndefinida como la "ventana desoldabilidad”
-Ángulo de choque
-Velocidad de colisión
-Distancia horizontal desdeel punto de detonación
Crossland (1981)
Figura 5.1 Ventana de soldabilidad usando placa intermedia
con ángulos de 20º y 30º y distancia de 35mm y 45mm.
CONTENIDO Soldadura al estado sólido
Artículo Soldadura por explosión (EXW)
1. ABSTRACT
2. INTRUDUCCÍON
3. DESARRO EXPERIMENTAL
4. RESULTADOS
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
6. CONCLUSIONES45/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
1) La morfología de la interfaz se controla cambiando los siguientesparámetros experimentales: ángulo de inclinación del explosivo, distanciaentre la muestra y el explosivo y el uso de la placa intermedia.
2) La microestructura en la interfaz soldada se caracterizó por microscopía óptica, examen de dureza, análisis EPMA, y ensayo de flexión.
3) Estas condiciones de soldadura se analizaron mediante simulación numérica, facilitando la realización de las condiciones optimas para obtener revestimientos aceptables.
46/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Artículo Soldadura por explosión (EXW)”
Con el fin de lograr la soldadura por explosion de TP270 (Titanio) y aleacion
AZ31 (Magnesio), una union complicada debido al exceso de la zona de
fundida, se empleo el uso de la EXW bajo el agua, y se uso una placa
intermedia AZ31 la cual fue eficaz para mejorar las condiciones de la
soldadura.
Los siguientes resultados fueron obtenidos.
BIBLIOGRAFÍA Soldadura al estado sólido
Soldadura por explosión (EXW)
1. O’Brien, Annette. (2007). Welding Handbook, Volume 3 - Welding Processes,
Part 2 (9th Edition). American Welding Society (AWS).
2. V.D, Linse. (1996). Welding Handbook, Tomo 3 Procesos de Soldadura Parte 3
(8va edición). American Welding society (AWS).
3. M. Ahasan Habib. (2014) Cladding of titanium and magnesium alloy plates
using energy controlled underwater three layer explosive welding. Journal
of Material Processing Technology.
47/47
Ing. Rafael Antonio Pérez García
Marzo| 2016
“PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura por explosión (EXW)”
