Diseño de una práctica para la evaluación de soldaduras por arco eléctrico.

Resumen iii
DISEÑO DE UNA PRACTICA PARA LA EVALUACION DE SOLDADURAS POR ARCO ELECTRICO
PARA EL LABORATORIO DE CONFORMADO DE MATERIALES DE LA UNET
Universidad Nacional Experimental del Táchira
Vicerrectorado Académico
Decanato de Docencia
Departamento de Ingeniería Mecánica
Trabajo de Grado
Diseño de una Práctica para la Evaluación de Soldaduras por Arco
Eléctrico para el Laboratorio de Conformados de los Materiales de la
UNET
Autores: Martínez Cortés, Oscar José
Mejía Yuncoza, Rubén Darío
Tutor: Ing. Reinaldo Aguilera
San Cristóbal, Noviembre 2009
RESUMEN
El desarrollo de este trabajo de grado consiste en el diseño de una práctica para
la evaluación de soldaduras por arco eléctrico, para llevar a cabo la investigación se
siguieron etapas indispensables entre las que se encuentran la recopilación de
información, especificaciones técnicas de materiales, equipos y procedimientos. A
continuación se procedió al planteamiento de alternativas de solución, una vez
planteadas se lleva a cabo la selección de aquella que represente la mejor opción, este
análisis comparativo se hizo en base la forma geométrica de la probetas, facilidad de
operación, facilidad de mantenimiento y el proceso de doblado guiado. Posteriormente
se procedió la utilización de los datos reflejados en el ensayo de doblado como la
fuerza aplicada en cada tipo de probeta llevarlos seguidamente a simular el estado de
esfuerzos al que es sometido la probeta dentro de la matriz de forma con un programa
comercial de diseño (CAD) VISUAL NASTRAN-2006. En otro sentido se realizó un
análisis de resultados de todas las variables presente en la soldadura como son:
intensidad de corriente, manipulación del operario, beneficios de los electrodos y
preparación de las probetas con los biseles recomendados. De este modo se elaboró el
manual de operación, construcción y mantenimiento del dispositivo. Lo que permitió
alcanzar el objetivo propuesto en la investigación, diseñar, construir y simular una
matriz de forma para la elaboración del ensayo de doblado.
Palabras claves: Matriz de forma, ensayo de doblado guiado, punzones, probetas y
biseles.

Acta de nota vi

Agradecimientos ii
AGRADECIMIENTOS
A DIOS por darnos la fuerza y constancia en los momentos más críticos en
nuestras carreras.
Al Tutor Ing. Reinaldo Aguilera, por su valiosa colaboración y paciencia para el
desarrollo de este trabajo.
A nuestras familias, padres y hermanos, por tratar en todo momento de hacernos
el camino más fácil y darnos el aliento necesario para salir adelante.
Al Ing. Alejandro Uribe, Ing. José Fuentes, Ing. Omar Camargo, Ing. Yvan
Carrero, Ing. Yesica Uzcategui. Que de una u otra manera contribuyeron al desarrollo
del presente trabajo.
A los técnicos de los diferentes laboratorios; Cesar, Richard, Garavito, Gabriela,
que nos facilitaron la utilización de estos laboratorios y nos brindaron su colaboración
para la elaboración del presente trabajo.
A nuestros amigos, y a todos aquellos que de alguna u otra forma contribuyeron al
logro de ésta investigación.
A todos de verdad…
MUCHAS GRACIAS
Rubén Mejía Oscar Martínez

Dedicatorias i
DEDICATORIA
Dedico este Trabajo Especial de Grado a:
Dios Padre Omnipresente, por las bondades esenciales que me ha dado, por la
fortaleza que he recibido, y por estar presente en mi vida y en todas mis obras.
A mi Madre, por ser lo más grande y más valioso que tengo, por sus valores,
sencillez, caridad, comprensión y amor, que han hecho de mí la persona que soy, por su
amistad, apoyo y ejemplo diario de humanidad y buenos sentimientos.
A mi querida hermana Ale; a Jesús y Samantha; gracias por su apoyo, por su
anhelo de ver cumplidas mis metas, han sido un estímulo constante para lograrlas.
A Mary Paz, por su amor, nobleza, paciencia, comprensión; por sus palabras, por
motivarme a realizar mis logros que también son tuyos, y por estar aquí para celebrarlos
juntos.
A mis queridos amigos de siempre, Clerdy, Pepe, Nicolás, por estar conmigo
incondicionalmente, y por saber que cuento con ustedes cuando los necesito. Gracias
Amigos.
A la Sra. Ernestina, por su cariño e interés en ver en mí esta meta cumplida.
A nuestro Tutor, profesor Reinaldo Aguilera, por ser una gran persona y
permitirnos aportar un trabajo que será útil a nuestra Universidad, por sus consejos e
indicaciones para lograr que este trabajo se realizara.
A la memoria de nuestro querido Cesar Balmore González, por su ayuda,
consejos, ratos agradables; por su ejemplo, por hacernos reír durante el tiempo que nos
vimos. Por su estímulo e interés en que termináramos este trabajo. Gracias Amigo,
siempre te recordaré.
A los Técnicos, Garavito, Richard, Cristóbal, Gabriela; por ayudarnos con
cariño, por su paciencia y desprendida colaboración.
A los profesores Alejandro Uribe, Jessica Uzcátegui, Yvan Carrero, Omar
Camargo, por su buena disposición para ayudarnos.
Oscar José Martínez Cortés

Dedicatorias i
DEDICATORIA
Antes todo a DIOS todo poderoso por guiarme el camino para que este
triunfo se alcanzara.
A mis Padres José Z. Mejía y Ana Julia de Mejía Y., por permitirme la dicha de
contar con ustedes con su presencia, palabras de apoyo e infinita paciencia y por
siempre estar conmigo en todo momento. Lo logré por y para ustedes. Los Amo.
A mi Hermana Evelyn Mejía Yuncoza por su apoyo incondicional y que este logro
Sea de ejemplo para ti y te estimule a terminar todas tus metas.
A mis Tías María Elena, Eliodigna, Teodora por hacerme sentir cada momento que
contaba con ustedes, gracias.
A mis amigos Eulises, Víctor, Miguel, Dinora, Cesar Guerrero, Garavito, Richard y a
todos a aquellos que tal vez no recuerdo en estos momentos a todos muchas gracias.
A todos mis familiares y amigos que me ayudaron, un millón de gracias.
Rubén Mejía.

Glosario v
PARA EL LABORATORIO DE CONFORMADOS DE MATERIALES DE LA UNET
GLOSARIO
Aceros: Metales formados por hierro y carbono, normalmente con pequeñas cantidades
de otros elementos. El acero es el metal más común en la manufactura.
Agrietamiento: Fractura que se desarrolla en la soldadura después de completarse la
solidificación. Las soldaduras con alta dureza pueden causar agrietamiento.
Aleación: Metal que consiste de la mezcla de dos o más materiales. Uno de estos
materiales debe ser un metal.
Corriente alterna: es aquella cuyas cargas eléctricas dentro del conductor circulan en
uno u otro sentido, trayendo como consecuencia que la corriente cambie constantemente
de sentido.
Corriente continua: es aquella en la cual las cargas eléctricas dentro del conductor se
desplazan en un solo sentido.
Ductilidad: Capacidad de un metal para ser extendido, estirado o formado sin
romperse.
Dureza: Capacidad del material para resistir indentación, penetración y rayado. El calor
de la soldadura puede cambiar la dureza de un metal.
Electrodo: Dispositivo que conduce electricidad. En la soldadura por arco, el electrodo
también puede participar como metal de aporte.
Escoria: Óxidos e impurezas provenientes de las áreas expuestas a la soldadura.
Metal base: Uno de dos o más metales que se sueldan para formar una unión.
Metal de aporte: Metal que se agrega a la unión en la soldadura. Los metales de aporte
ayudan a la resistencia y a la masa de la unión soldada.
Puntos: Soldaduras hechas para sostener las piezas de una soldadura debidamente
alineadas antes de que se aplique la soldadura final. Los puntos también se usan para
ayudar en el precalentamiento.
Resistencia: Capacidad de un metal para resistir fuerzas que intentan romperlo o
deformarlo.
Soldabilidad: Capacidad de un material para ser soldado bajo ciertas condiciones
impuestas en una estructura específica y apropiada, la cual funciona eficientemente para
el uso que se le destina.
Temperatura de fusión: Temperatura que es necesaria para cambiar un metal de sólido
a líquido. También se le conoce como punto de fusión.

Introducción iv
INTRODUCCION
La Universidad Nacional Experimental del Táchira desde hace tiempo ha venido
implementando en el Laboratorio de Conformados de Materiales la práctica
correspondiente al ensayo de Soldadura de Arco Eléctrico, en la cual se evalúa
visualmente la capacidad del estudiante de realizar un cordón de soldadura uniforme,
sin tomar en cuenta las propiedades de éste, ni como varían las propiedades del metal
base, lo cual deja en evidencia las debilidades de la formación en este campo,
primordialmente para el desempeño en la industria
En la actualidad, gran parte de la industria metalmecánica venezolana ha ido
incrementando el uso de la Soldadura de Arco Eléctrico por la cantidad de propiedades
que aporta a las uniones hechas a través de la misma, además presenta facilidad de uso y
bajo costo. En innumerables procesos en los cuales se emplea la Soldadura de Arco
Eléctrico como modo de unión se debe aplicar un conjunto de pruebas y ensayos para
determinar si las propiedades del cordón de soldadura son las requeridas para tener el
factor de seguridad deseado.
El objeto de este planteamiento es subsanar las fallas presentes en la Práctica de
Soldadura de Arco Eléctrico en el Laboratorio de Conformados de los Materiales que
origina la necesidad de desarrollar una práctica más completa en la que se le den las
herramientas necesarias al estudiante, con el propósito de que tenga un mejor
desenvolvimiento en esta área cuando acceda al campo laboral. Este proyecto
involucrará el ensayo de Tracción y Dureza de las probetas unidas por Soldadura de
Arco Eléctrico (MIG, TIG y Electrodo recubierto), además el diseño, construcción y
pruebas de una matriz en la cual se va a realizar el Ensayo de Doblado Guiado.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TÁCHIRA
VICERRECTORADO ACADÉMICO
DECANATO DE DOCENCIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
TRABAJO DE APLICACIÓN PROFESIONAL
PROYECTO ESPECIAL DE GRADO
DISEÑO DE UNA PRÁCTICA PARA LA EVALUACIÓN DE SOLDADURAS POR
ARCO ELÉCTRICO PARA EL LABORATORIO DE CONFORMADO DE
MATERIALES DE LA UNET
Autores:
Br. Martínez Cortés, Oscar José
C.I. V- 14.667.458
ojmarco@hotmail.com
Br. Mejía Yuncoza, Rubén Darío
C.I. V- 14.371.645
rubendm80@hotmail.com
Tutor:
Ing. Aguilera, Reinaldo
C.I. 3.921.491
raaa@unet.edu.ve
San Cristóbal, Noviembre del 2009

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TÁCHIRA
VICERRECTORADO ACADÉMICO
DECANATO DE DOCENCIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO DE UNA PRÁCTICA PARA LA EVALUACIÓN DE SOLDADURAS POR
ARCO ELÉCTRICO PARA EL LABORATORIO DE CONFORMADO DE
MATERIALES DE LA UNET
Autores:
Br. Martínez Cortés, Oscar José
C.I. V-14.667.458
Br. Mejía Yuncoza, Rubén Darío
C.I. V-14.371.645
Tutor:
Ing. Reinaldo, Aguilera
San Cristóbal, Noviembre del 2009

Índice General
INDICE GENERAL
Contenido Página
DEDICATORIAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
AGRADECIMIENTOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii
RESUMEN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
GLOSARIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v
ACTA DE JURADO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi
1. CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1- Descripción del tema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2- Justificación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3- Objetivo general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
1.4- Objetivos específicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
1.5- Alcance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.6- Condiciones del diseño. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.7- Actividades a realizar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. CAPITULO II MARCO TEÓRICO
2.1- Soldadura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.1- Soldadura por arco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 9
2.2- Tipos de soldadura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.1- Soldadura por arco manual revestido (SMAW). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.2- Soldadura de arco con protección gaseosa (GMAW). . . . . . . . . . . . . . . . ..14
2.2.3- Soldadura por arco con tungsteno y gas de protección (GTAW). . . . . . . . . .16
2.2.4- Soldadura por arco sumergido (SAW). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3- Selección del electrodo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4- Proceso de doblado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
2.5- El doblado con matrices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.6- Proceso para la construcción de matrices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.7- Aceros para herramientas y matrices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
2.8- Tratamientos térmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
2.9- Evaluación de la soldadura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

Índice General
3. CAPITULO III GENERALIDADES
3.1- Método experimental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2- Generalidades de alternativas de diseño. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
3.2.1- Alternativa 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
3.2.2- Alternativa 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
3.2.3- Alternativa 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
3.3- Ventajas y desventajas de las alternativas de diseño. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
3.3.1- Alternativa 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
3.3.2- Alternativa 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
3.3.3- Alternativa 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
3.4- Selección de alternativa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
3.5- Matriz de evaluación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
4. CAPITULO IV DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LA MATRIZ DE
DOBLADO
4.1 -Descripción de la matriz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.2- Dimensiones y forma de la pieza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.3- Selección del material de la matriz de doblado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
4.4- Fuerza de doblado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
4.5- Simulación de esfuerzos al que es sometido la matriz de doblado. . . . . . . . . . . .75
4.6- Procedimiento para la evaluación de soldadura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
4.7- Análisis de resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.8- Conclusiones de análisis de resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5. CAPITULO V DISEÑO DE LA PRACTICA DEL LABORATORIO
5.1 -Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.2- Definiciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
5.3- Resumen del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.4- Criterios de aceptación para ensayos de doblado (AWS4.4.6.3.3). . . . . . . . . . . . 108
5.5- Equipos de ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
5.5.1- Seguridad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
5.5.2- Protección Personal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.5.3- Riesgos de incendio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Índice General
5.6- Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.7- Procedimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
5.8- Procedimiento para la ejecución de la soldadura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
5.9- Posición y desplazamiento del electrodo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
6. CAPITULO VI MANUALES
6.1- Manual general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135
6.2- Manual de construcción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
6.3- Manual de operación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
6.4- Manual de mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..153
7. CAPITULO VII ESTIMACION DE COSTOS
7.1- Estimación de costos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8. CONCLUSIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9. RECOMENDACIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
10. BIBLIOGRAFIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
11. ANEXOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166

Índice de Figuras
ÍNDICE DE FIGURAS
Contenido Pág.
CAPÍTULO I
Figura N° 1.1 Norma ASTM E 190 – 92 (2003) ……………………………………4
CAPÍTULO II
Figura Nº 2.1 Soldadura SMAW electrodo revestido..………………………………12
Figura Nº 2.2 Configuración de Equipos, Proceso SMAW …………………………13
Figura Nº 2.3 Principio Básico de Soldadura GMAW………………………………15
Figura Nº 2.4 Configuración de Equipos, Procesos GMAW………………………..16
Figura Nº 2.5 Principio Básico de la Soldadura GTAW…………………………….17
Figura Nº 2.6 Configuración de Equipos Soldadura GTAW………………………..18
Figura Nº 2.7 Principio Básico de Soldadura SAW…………………………………20
Figura Nº 2.8 Configuración de Equipos Soldadura SAW………………………….21
Figura Nº 2.9 Posición de la unión de soldadura……………………………………24
Figura Nº 2.10 Probetas del Ensayo de Doblado……………………………………26
Figura Nº 2.11 Dispositivo del Ensayo de Doblado…………………………………27
CAPÍTULO III
Figura N° 3.1 Diseño del dispositivo…………………………………………………41
Figura N° 3.2 Alternativa 1……………………………………………………………42
Figura N° 3.3 Probeta Ensayada……………………………………………………….43
Figura N° 3.5 Probeta ensayada………………………………………………………45
Figura N° 3.7 Probeta ensayada……….……………………………………………....47

Índice de Figuras
CAPITULO IV
Figura N° 4.1 Diseño de la matriz de doblado……………………………………..52
Figura N° 4.2 Placa base……………………………………………………………53
Figura N° 4.3 Cilindro de sujeción…………………………………………………53
Figura N° 4.4 Matriz de forma y punzones………………………..……………….54
Figura N° 4.5 Máquina multiensayos Tecnovate………………………..…………54
Figura N° 4.6 Esquema de la probeta soldadura transversal (1)……………..……55
Figura N° 4.7 Esquema de la probeta soldadura longitudinal (2)…………..……...55
Figura N° 4.8 Esquema de la probeta soldadura transversal (3)…………..……….56
Figura N° 4.9 Esquema de la probeta soldadura longitudinal (4)…………...…….56
Figura N° 4.10 Propiedades del Amutit S……………………………………..…….59
Figura N° 4.11 Punzón para probeta de 3,18mm (1/8”)…………………………….60
Figura N° 4.12 Punzón para probeta de 9,53mm (3/8”)…………………………….60
Figura N° 4.13 Matriz de forma……………………………………………………..60
Figura N° 4.14 Construcción placa base…………………………………………….61
Figura N° 4.15 Construcción cilindro de sujeción………………………………….61
Figura N° 4.16 Probetas A-36 de 9,53mm (3/8”)………………………………...…63
Figura N° 4.17 Probetas A-36 de3,18mm (1/8”)……………………………………63
Figura N° 4.18 Rejilla construida para temple de piezas……………………………64
Figura N° 4.19 Aceite para temple…………………………….……………………64
Figura N° 4.20 Termómetro del horno (820°C……………………………………..64
Figura N° 4.21 Inmersión de las piezas en aceite…………………………...……...65
Figura N° 4.22 Inmersión de las piezas en aceite moviéndolas…………………….65
Figura N° 4.23 Extracción de las piezas del aceite………………………...……….66
Figura N° 4.24 Horno utilizado para revenido (280°C)…………………………….66
Figura N° 4.25 Punzón con grietas………………………………...……..…………67
Figura N° 4.26 Dureza después del Temple………………………………...………67
Figura N° 4.27 Líquidos penetrantes y aplicación……………………...…………..68
Figura N° 4.28 Aplicación del revelador……...………………………...…………69
Figura N° 4.29 Detalle del bisel del punzón…...…………………..………………69
Figura N° 4.30 Bisel longitudinal del Punzón……………………………………...70
Figura N° 4.31 Punzón soldado……………………………………………………..71
Figura N° 4.30 Punzón soldado y rectificado………………………………………71
Figura N° 4.31 Punzón mecanizado de Acero AISI 4140…………………………..72
Figura N° 4.32 Doblado de la probeta…………………………………………….74
Figura N° 4.33 Medición de presión sobre una probeta, durante su doblado...…... 74
Figura N° 4.34 Elemento de análisis al momento de aplicar las cargas
y desplazamiento de la matriz……………………………………………...………..75
Figura N° 4.35 Análisis de esfuerzo Von Mises……………………...…………....76

Índice de Figuras
Figura N° 4.36 Factor de seguridad Von Mises……………………………………….76
Figura N° 4.37 Análisis de esfuerzo Von Mises (AISI 4140)……………………........77
Figura N° 4.38 Fuerza aplicada a la matriz…………………………………………...77
Figura N° 4.39 Análisis de esfuerzos en el Eje X……………………………………..78
Figura N° 4.40 Análisis de esfuerzos en el Eje Y……………………………………..78
Figura N° 4.41 Análisis de esfuerzos en el Eje Z…………………………………......79
Figura N° 4.42 Análisis de esfuerzos en el plano XY……………………………........79
Figura N° 4.43 Análisis de esfuerzos en el plano YZ…………………………………80
Figura N° 4.44 Análisis de esfuerzos en el plano ZX……………………………........80
Figura N° 4.45 Elemento de análisis al momento de aplicar las cargas y
desplazamiento de la matriz….………………………………………………………....81
Figura N° 4.46 Fuerza aplicada a la matriz…………………………………………...81
Figura N° 4.47 Análisis de esfuerzo Von Mises……………………………………...82
Figura N° 4.48 Factor de seguridad Von Mises………………….…………………....82
Figura N° 4.49 Análisis de esfuerzo en el Eje X………….……………………….......83
Figura N° 4.50 Análisis de esfuerzo en el Eje Y…………………………………........83
Figura N° 4.51 Análisis de esfuerzo en el Eje Z………………………………………84
Figura N° 4.52 Análisis de esfuerzo en el plano XY………………………………….84
Figura N° 4.53 Análisis de esfuerzo en el plano YZ………………………………….85
Figura N° 4.54 Análisis de esfuerzo en el plano ZX…………………………………..85
Figura N° 4.55 Doblado de Cara…………………………………………...………….89
Figura N° 4.56 Probeta soldada longitudinal………………………………………….90
Figura N° 4.57 Montaje de probeta longitudinal en la matriz de doblado…………….90
Figura N° 4.58 Proceso SMAW…………………………………………………....... 93
Figura N° 4.59 Falta de penetración…………………………………………………..94
Figura N° 4.60 Excesiva penetración……………………………………………….....94
Figura N° 4.61 Defectos de las soldaduras……...……………………………………94
Figura N° 4.62 Puntos iniciales de la soldaduras…...……………………………........95
Figura N° 4.63 Probeta N°4, cordón transversal de cara……………………………...96
Figura N° 4.64 Probeta N° 5, cordón transversal de cara…...…………………….…96
Figura N° 4.65 Probeta N°13, cordón longitudinal de cara…….…..………………..97
Figura N° 4.66 Probeta N°14, cordón transversal de cara….…..………………........98
Figura N° 4.67 Probeta N°23, cordón transversal de cara………...………………….98
Figura N° 4.68 Probeta N°25, cordón longitudinal de raíz…...……………………...99
Figura N° 4.69 Probeta N°44, cordón transversal de raíz………...………………....100
Figura N° 4.70 Probeta N°50, cordón transversal de raíz……………………………100
Figura N° 4.71 Probeta N°51, cordón transversal de cara………………………...…101

Índice de Figuras
CAPITULO V
Figura N° 5.1 Proceso de soldadura……………………………………………........106
Figura N° 5.2 Equipo de protección……………………………………………...….111
Figura N° 5.3 Riesgos en equipos de trabajo…………………………..…...……….112
Figura N° 5.4 Doblado de Cara y Raíz…………………….……….………...……..113
Figura N° 5.5 Doblado de Probetas…………………….…………..……………….114
Figura N° 5.6 Establecimiento del Arco…………...……………………...………...115
Figura N° 5.7 Angulo de trabajo……………..……………………………...………118
Figura N° 5.8 Angulo de avance……………….……………………………...…….118
Figura N° 5.9 Separación del electrodo………………………..………………...….118
Figura N° 5.10 Bisel de las probetas ( 60°)……………………………………...…...120
Figura N° 5.11 Posición del electrodo…………………………………………….….120
Figura N° 5.12 Encendido del arco dentro del bisel…………….……………………121
Figura N° 5.13 Inclinación del electrodo……………………..………………………122
Figura N° 5.14 Avance del electrodo……………………….….……………………...122
Figura N° 5.15 Deposición del los cordones……………….….………………………122
Figura N° 5.16 Movimiento del arco……………………………….…………………123
Figura N° 5.17 Alejamiento del Electrodo en el establecimiento del arco….………...123
Figura N° 5.18 Acercamiento del electrodo para comenzar a soldar………..………...124
Figura N° 5.19 Aspecto de un buen cordón de soldadura………………….….………125
Figura N° 5.20 Anacaladuras y penetración débil…………………………….………125
Figura N° 5.21 Penetración Profunda…………………………………………..……..126
Figura N° 5.22 Pulimiento de superficie……………………………………..………..127
Figura N° 5.23 Pasadas sucesivas…………………………………………….……….127
Figura N° 5.24 Cordones con diferentes intensidades de corrientes………….………128
Figura N° 5.25 Ejemplo de WPS……………………………………………..……….130
Figura N° 5.26 Ejemplo PQR…………………..……………………………..……...131
Figura N° 5.27 Ejemplo PQR…………………..……………………………..……....132
Figura N° 5.28 Ejemplo WPQ………………………………………………..…….…133

Índice de Tablas
DISEÑO DE UNA PRACTICA PARA LA EVALUACION DE SOLDADURAS POR ARCO ELECTRICO PARA
EL LABORATORIO DE CONFORMADO DE MATERIALES DE LA UNET
ÍNDICE DE TABLAS
Contenido Pág.
CAPÍTULO II
Tabla 2.1 Dificultades en la soldadura por arco eléctrico………………………........25
Tabla 2.2 Aplicaciones de los aceros para herramientas……………………….…….33
Tabla 2.3 Comparación de las características básicas de los aceros
empleados para herramientas……………………..…………………………………..34
CAPITULO III
Tabla 3.1 Evaluación de las alternativas………………………………………..…….50
CAPITULO IV
Tabla 4.1 Componentes del diseño de la matriz de doblado…………………..……...52
Tabla 4.2 Aceros sugeridos para distintas aplicaciones...…………………………..…57
Tabla 4.3 Aplicaciones de los aceros para herramientas y maquinarias………….....58
Tabla 4.4 Descripción de las probetas ensayadas y apreciación posterior al ensayo....92
Tabla 4.5 Intensidad de corriente para cada tipo de electrodos...……………………93
Tabla 5.1 Diámetros del electrodo e intensidad en función del grosor
del metal a soldar…………………………………………………………………….119
CAPITULO VII
Tabla 7.1 Costos de materiales de la matriz…………………………………………159
Tabla 7.2 Costos de materiales varios……………………………………………….160
Tabla 7.3 Costos de mano de obra…………………………………………………..160

CAPÍTULO I
Planteamiento del Problema

Planteamiento del Problema 2
1.1 DESCRIPCIÓN DEL TEMA
Por medio de la construcción de una matriz adaptada a una de las máquinas existentes
en el Laboratorio de Conformado de Materiales se pretende realizar ensayos de
laboratorio que permitan determinar la calidad de un cordón de soldadura en una probeta
de acero (ASTM A-36) de espesor 3,175mm (1/8 plg.) y 9,525mm (3/8 plg.), mediante el
doblado de las mismas, que permitan diseñar una práctica que pueda ser efectuada
regularmente y aporte al estudiante una experiencia que le provea la capacidad de decidir
si una soldadura es adecuada o si no lo es.
1.2 JUSTIFICACIÓN
Este Proyecto especial de grado pretende mejorar el aprendizaje directo sobre la
Soldadura por Arco Eléctrico en el Laboratorio de Conformado de Materiales de la
UNET, pretende también relacionar de una manera más directa al estudiante de dicho
laboratorio con la técnica de soldadura así como el proveer la capacidad de determinar la
calidad de una soldadura mediante el ensayo de doblado.
Pretende también dejar una herramienta al Laboratorio de Conformado de Materiales
II la cual va a permitir que se imparta una mayor enseñanza sobre las propiedades
correspondientes a la soldadura de Arco Eléctrico (MIG, TIG y Electrodo Recubierto).
Proponer un sistema más completo de evaluación de soldadura en los ensayos
realizados.
Elaborar una guía que le permita al estudiante y al profesor efectuar con mayor
facilidad la práctica.
Indicar y calificar los defectos visuales que se originan, y opcionalmente por medio de
la lupa estereoscópica cuando la probeta es sometida al ensayo de doblado de acuerdo con
las normas correspondientes (AWS ó ASME).

1.3 OBJETIVOS GENERAL
Diseñar una práctica para la evaluación de soldaduras por arco eléctrico para el
Laboratorio de Conformado de Materiales de la UNET.
1.4 OBJETIVOS ESPECIFICOS
1. Diseñar y construir una matriz o dispositivo que permita realizar el doblado de la
probeta y que se pueda acoplar a la máquina Multiensayos marca “Tecnovate”,
considerando los espesores de probeta diferente.
2. Realizar pruebas de funcionamiento de la matriz y evaluar los resultados
obtenidos.
3. Realizar las pruebas pertinentes para generar patrones de operación y patrones de
comportamiento de las probetas.
4. Elaborar una guía en la que se especifiquen los objetivos, el procedimiento, la
metodología y los resultados que se esperan de la práctica.
1.5 ALCANCE
El Diseño de la práctica de laboratorio para evaluar la soldadura por arco eléctrico de
placas de acero se realizará en el laboratorio de conformado de materiales de la UNET,
utilizando la máquina de marca TECNOVATE, mediante una matriz de acero y un
punzón adaptados a ésta, que permitirá la deformación plástica de la placa, doblándola.
Este ensayo de doblado, permitirá al evaluador determinar los defectos que se producen
en el cordón de soldadura si estos se presentan, a fin de poder calificar la soldadura y
procurar conocer las causas que originaron la aparición de los defectos.

El dispositivo de doblado, podría ser empleado también, no solo para determinar la
calidad de una soldadura (SMAW, TIG, MIG), sino también para probar la ductilidad de
una placa de acero.
1.6 CONDICIONES DE DISEÑO
La matriz y el punzón serán diseñados según la norma ASTM E 190-92, (2003)
(Standard Test Method for Guided Bend Test for Ductility of Welds), y serán construidos
para su adaptación a la máquina de ensayos TECNOVATE que se encuentra disponible
en el Laboratorio de Conformado de Materiales de la UNET).
Figura: 1.1 (ASTM E 190 -92, 2003)
Fuente: www. astm.org

Los pasos a seguir son:
Construcción de la matriz y de los punzones según las especificaciones de la
norma ASTM E 190- 92 (Standard Test Method for Guided Bend Test for
Ductility of Welds).
Construcción de la placa base, del cilindro roscado, y cilindros para la sujeción de
la placa, para la adaptación de la Matriz a la Máquina Multiensayos marca
Tecnovate.
Preparación de las probetas para el Ensayo de doblado guiado según la norma
ASTM E 190-92.
Doblado de las probetas en la Matriz construida para el ensayo de doblado guiado.
Recolección de datos de las probetas ensayadas.
Diseño de la práctica de Laboratorio para la evaluación de Soldaduras por Arco
Eléctrico.
1.7 ACTIVIDADES A REALIZAR
Etapa 1: Recopilación de información referente al diseño de la matriz y punzones, así
como a la realización del ensayo de doblado.
Etapa 2: Selección de la mejor opción para el diseño de la matriz, mediante análisis
comparativo basado en efectividad, costo, disponibilidad del mercado, etc.
Etapa 3: Diseño del dispositivo de doblado, selección de materiales.
Etapa 4: Ensayos preliminares, y análisis de resultados.

Etapa 5: Diseño de la práctica de laboratorio.
Etapa 6: Elaboración de los manuales del dispositivo de doblado.
Etapa 7: Redacción de las conclusiones y recomendaciones.
Etapa 8: Presentación y defensa de los resultados de la investigación ante el jurado
designado por el Departamento de Ingeniería Mecánica.

CAPÍTULO II
Marco Teórico

Marco Teórico 8
2.1 SOLDADURA
La soldadura es un método de trabajo que tiene por objeto unir los metales, a través de
técnicas razonables, económicas, para que esa unión tenga propiedades físicas y químicas
adecuadas al trabajo que desempeñará la pieza y compatibles con el metal base.
Es un proceso de unión que une de forma permanente a dos componentes separados
mediante el calor, la presión o la combinación de ambos para convertirlos en una nueva
pieza. La soldadura es una de las maneras más económicas de unir dos metales de forma
permanente.
Mientras que con frecuencia es un proceso industrial, la soldadura puede ser hecha en
muchos ambientes diferentes, incluyendo al aire libre, debajo del agua y en el espacio.
Sin importar la localización, sin embargo, la soldadura sigue siendo peligrosa, y se deben
tomar precauciones para evitar quemaduras, descarga eléctrica, humos venenosos, y la
sobre exposición a la luz ultravioleta.
La unión satisfactoria implica que debe pasar las pruebas mecánicas (tensión y
doblez). Las técnicas son los diferentes procesos (SMAW, SAW, GTAW, GMAW, etc.)
utilizados para la situación más conveniente y favorable, lo que hace que sea lo más
económico, sin dejar de lado la seguridad.
Dentro de los procesos de soldadura por arco eléctrico podemos mencionar entre los más
importantes, a saber son:
Soldadura manual al arco con electrodos revestidos (SMAW).
Soldadura por arco con electrodo desnudo y gas protector (GMAW).
Soldadura por arco con electrodo de tungsteno y gas protector (GTAW).
Soldadura por arco sumergido (SAW).

Marco Teórico 9
2.1.1 Soldadura por arco
El sistema de soldadura Arco Manual, se define como el proceso en que se unen dos
metales mediante una fusión localizada, producida por un arco eléctrico entre un
electrodo metálico y el metal base que se desea unir.
La soldadura al arco se conoce desde fines del siglo pasado. En esa época se utilizaba
una varilla metálica descubierta que servía de metal de aporte. Pronto se descubrió que el
oxígeno y el nitrógeno de la atmósfera eran causantes de fragilidad y poros en el metal
soldado, por lo que al núcleo metálico se le agregó un revestimiento que al quemarse se
gasificaba, actuando como atmósfera protectora, a la vez que contribuía a mejorar
notablemente otros aspectos del proceso.
El electrodo consiste en un núcleo o varilla metálica, rodeado por una capa de
revestimiento, donde el núcleo es transferido hacia el metal base a través de una zona
eléctrica generada por la corriente de soldadura.
El arco eléctrico es una de las mejores fuentes de calor para la soldadura, ya que
permite concentrar una gran cantidad de calor en un área pequeña.
La temperatura del arco para soldadura es de 6000°C aproximadamente.
La soldadura por arco usa la energía eléctrica para generar el calor necesario para
fundir y unir metales.
El objetivo fundamental en cualquier operación de soldadura es el de conseguir una
junta con la misma característica del metal base. Este resultado sólo puede obtenerse si el
baño de fusión está completamente aislado de la atmósfera durante toda la operación de
soldeo. De no ser así, tanto el oxígeno como el nitrógeno del aire serán absorbidos por el
metal en estado de fusión y la soldadura quedará porosa y frágil.

Marco Teórico 10
Estos procesos usan una fuente de alimentación, la cual puede ser generador,
rectificador y transformador que proporcionan la intensidad de corriente necesaria a un
relativo bajo voltaje para crear y mantener un arco eléctrico entre un electrodo y el
material base con el fin de derretir los metales en el punto de la soldadura. Pueden usar
tanto corriente continua (CC) como alterna (CA), y electrodos consumibles o no
consumibles. A veces, la región de la soldadura es protegida por un cierto tipo de gas
inerte o semi-inerte, conocido como gas de protección, y el material de relleno a veces es
usado también.
Para proveer la energía eléctrica necesaria para los procesos de la soldadura de arco,
pueden ser usadas un número diferentes de fuentes de alimentación. La clasificación más
común son las fuentes de alimentación de corriente constante y las fuentes de
alimentación de voltaje constante. En la soldadura de arco, la longitud del arco está
directamente relacionada con el voltaje, y la cantidad de entrada de calor está relacionada
con la corriente. Las fuentes de alimentación de corriente constante son usadas con más
frecuencia para los procesos manuales de soldadura.
El tipo de corriente usado en la soldadura de arco también juega un papel importante.
Los electrodos de proceso consumibles como los de la soldadura de arco de metal
blindado y la soldadura de arco metálico con gas generalmente usan corriente directa,
pero el electrodo puede ser cargado positiva o negativamente. En la soldadura, el ánodo
cargado positivamente tendrá una concentración mayor de calor, y como resultado,
cambiar la polaridad del electrodo tiene un impacto en las propiedades de la soldadura. Si
el electrodo es cargado negativamente, el metal base estará más caliente, incrementando
la penetración y la velocidad de la soldadura. Alternativamente, un electrodo
positivamente cargado resulta en soldaduras más superficiales. Los procesos de
electrodo no consumibles, tales como la soldadura de arco de gas tungsteno, pueden usar
cualquier tipo de corriente directa, así como también corriente alterna. Sin embargo,
con la corriente directa, debido a que el electrodo solo crea el arco y no proporciona el

Marco Teórico 11
material de relleno, un electrodo positivamente cargado causa soldaduras superficiales,
mientras que un electrodo negativamente cargado hace soldaduras más profundas. La
corriente alterna se mueve rápidamente entre estos dos, dando por resultado las
soldaduras de mediana penetración.
2.2 Tipos de Soldadura
2.2.1 SOLDADURA POR ARCO MANUAL REVESTIDO (SMAW)
Uno de los tipos más comunes de soldadura de arco es la soldadura manual con
electrodo revestido (SMAW, Shielded Metal Arc Welding), que también es conocida
como soldadura manual de arco metálico (MMA) o soldadura de electrodo. La corriente
eléctrica se usa para crear un arco entre el material base y la varilla de electrodo
consumible, que es de acero y está cubierto con un fundente que protege el área de la
soldadura contra la oxidación y la contaminación por medio de la producción del gas CO2
durante el proceso de la soldadura. El núcleo en sí mismo del electrodo actúa como
material de relleno, haciendo innecesario un material de relleno adicional.
El arco es creado entre el electrodo y la pieza de trabajo debido al flujo eléctrico; el
arco proporciona calor o energía para fundir el metal base, el metal de aporte y el
revestimiento del electrodo. A medida que avanza, va dejando un metal de soldadura que
solidifica y que está cubierto por una capa de fundente que ha solidificado, o escoria.
Esta escoria tiende a flotar hacia el exterior del metal a medida que va solidificando,
haciendo menos probable que existan atrapamientos dentro de la zona de soldadura;
evitando posteriores inclusiones de escoria.

Marco Teórico 12
Figura Nº 2.1 Soldadura SMAW electrodo revestido
Otra característica importante, es la presencia de gas de protección el cual es
producido cuando el revestimiento del electrodo es calentado y descompuesto, estos gases
asisten al fundente en la protección del metal fundido en la región del arco.
El principal elemento del proceso de soldadura por arco manual es el electrodo, que
consta de un núcleo metálico sólido revestido, con una capa de un fundente granular que
ha sido adherido mediante algún agente pegante.
El revestimiento tiene como funciones principales:
1) Protección. La descomposición genera un gas protector del charco metálico.
2) La desoxidación. La acción fundente remueve el oxígeno y otros gases atmosféricos.
3) La aleación. Proporciona elementos adicionales al metal depositado.
4) Ionización. Mejora las características eléctricas para fomentar la estabilidad de arco.
5) Protección por solidificación de la escoria. Proporciona la protección del metal
sólido y reduce la velocidad de enfriamiento del metal de soldadura.

Marco Teórico 13
Figura Nº 2.2 Configuración de Equipos, Proceso SMAW.
Existen muchas razones por las cuales el proceso sigue siendo muy popular, entre
ellas: el equipo es relativamente simple y barato, esto ayuda a que sea fácilmente
transportado, en efecto existen numerosos tipos de máquinas manejadas con gasolina o
con combustible diesel, los cuales no requieren de una entrada eléctrica, por lo tanto éste
proceso puede ser llevado a cabo en sitios muy remotos; también algunas fuentes de
potencia de diseños compactos ,son tan pequeñas y ligeras que el soldador puede llevarlas
fácilmente hasta el sitio de trabajo. Debido a la presencia de numerosos tipos de
electrodos el proceso es considerado bastante versátil. Finalmente, las mejoras en los
equipos y la variedad de electrodos disponibles hoy en día, hacen que la soldadura
obtenida sea de una alta calidad.
Una de las limitaciones del proceso de soldadura con electrodo manual es la velocidad
de trabajo. La velocidad está fundamentalmente afectada por el hecho que el soldador
debe periódicamente detener su proceso de soldeo y reemplazar el electrodo consumido
por uno nuevo ya que sus longitudes típicas son de solamente de 14 y 18 pulgadas. En
muchas de las aplicaciones ha sido reemplazado este proceso por otros de tipo
semiautomático, automático o mecanizado simplemente porque estas nuevas alternativas
incrementan la productividad.

Marco Teórico 14
Otra desventaja que también afecta la productividad es el hecho de que, una vez
realizada la soldadura, queda una capa de escoria solidificada que deberá ser removida.
Por otra parte, cuando se usan electrodos de tipo bajo hidrógeno éstos requieren de un
almacenamiento apropiado para mantener unos niveles bajos de humedad en su
revestimiento.
2.2.2 SOLDADURA DE ARCO CON PROTECCIÓN GASEOSA (GMAW) /
(MIG)
La soldadura de arco metálico con gas (GMAW), también conocida como soldadura
de gas de metal inerte o soldadura MIG, es un proceso semiautomático o automático que
usa una alimentación continua de alambre como electrodo y una mezcla de gas inerte o
semi-inerte para proteger la soldadura contra la contaminación. Como con la SMAW,
la habilidad razonable del operador puede ser alcanzada con entrenamiento modesto.
Puesto que el electrodo es continuo, las velocidades de soldado son mayores para la
GMAW que para la SMAW. También, el tamaño más pequeño del arco, comparado a los
procesos de soldadura de arco metálico protegido, hace más fácil hacer las soldaduras
fuera de posición.
El equipo requerido para realizar el proceso de GMAW es más complejo y costoso que
el requerido para la SMAW, y requiere un procedimiento más complejo de disposición.
Por lo tanto, la GMAW es menos portable y versátil, y debido al uso de un gas de blindaje
separado, no es particularmente adecuado para el trabajo al aire libre. Sin embargo,
debido a la velocidad media más alta en la que las soldaduras pueden ser terminadas, la
GMAW es adecuada para la soldadura de producción. El proceso puede ser aplicado a
una amplia variedad de metales, tanto ferrosos como no ferrosos.
De acuerdo a la designación de la AWS ésta es la denominación correcta, sin embargo
es más común oír el término de soldadura MIG/MAG; MIG cuando el gas de protección
es inerte y MAG cuando éste es activo. Sin embargo en el área de trabajo se conoce como
MIG indistintamente del gas de protección a usar y es empleado como proceso
semiautomático frecuentemente.

Marco Teórico 15
La soldadura MIG se caracteriza por la utilización de un electrodo desnudo, que es
alimentado continuamente a través de una pistola de soldadura, suministrado en carretes o
rollos de diferentes tamaños. El arco se produce entre este electrodo y la pieza de trabajo,
generándose el calor necesario para fundir, tanto al metal base como al metal de aporte.
Figura Nº 2.3 Principio Básico de Soldadura GMAW.
Un importante factor a destacar es el hecho de que la protección de la soldadura es
proporcionada mediante una atmósfera de gas que también resulta emitido desde la
pistola de soldadura mediante alguna fuente externa. Los gases utilizados son inertes o del
tipo reactivo. Los gases inertes más utilizados son el argón y el helio, que pueden ser
aplicados de forma independiente, combinados entre sí o mezclados con algún gas de tipo
reactivo tal como el oxígeno o el dióxido de carbono.
Muchas de las aplicaciones del proceso de soldadura con protección gaseosa utilizan el
dióxido de carbono (CO2) como única protección, por su bajo costo comparado con el de
los gases inertes, además de la alta penetración que ofrece.
El proceso de soldadura de MIG utiliza las fuentes de potencia conocidas como de
voltaje constante. Esto es debido a que la soldadura se realiza utilizando un valor de
voltaje prefijado, sobre un rango de corrientes de soldadura. Es aplicada mediante el uso
de corriente directa con electrodo positivo.

Marco Teórico 16
Una disposición completa incluye una fuente de potencia, un alimentador de alambre,
una fuente de gas y una pistola de soldadura que va atada al alimentador de alambre con
un cable flexible a través del cual viajan el electrodo y el gas.
Figura Nº 2.4 Configuración de Equipos, Procesos GMAW.
Puesto que no existe prácticamente ninguna necesidad de limpieza posterior a la
soldadura, la eficiencia global se incrementa bastante, siendo favorecida adicionalmente
por el hecho de que el nivel de desperdicios, generado por el proceso es verdaderamente
mínimo, por cuanto la continuidad del electrodo permite realizar cordones extensos con
reducidas, o ninguna parada.
2.2.3 SOLDADURA POR ARCO CON TUNGSTENO Y GAS DE
PROTECCIÓN (GTAW) / (TIG)
La soldadura TIG, es un proceso en el que se utiliza un electrodo de tungsteno, no
consumible. El electrodo, el arco y el área que rodea al baño de fusión, están protegidos
de la atmósfera por un gas inerte. Si es necesario aportar material de relleno, debe de
hacerse desde un lado del baño de fusión.

Marco Teórico 17
La soldadura TIG, proporciona unas soldaduras excepcionalmente limpias y de gran
calidad, debido a que no produce escoria. De este modo, se elimina la posibilidad de
inclusiones en el metal depositado y no necesita limpieza final. La soldadura TIG puede
ser utilizada para soldar casi todo tipo de metales y puede hacerse tanto de forma manual
como automática. La soldadura TIG, se utiliza principalmente para soldar aluminio, y
aceros inoxidables, donde lo más importante es una buena calidad de soldadura.
Principalmente, es utilizada en unión de juntas de alta calidad en centrales nucleares,
químicas, construcción aeronáutica e industrias de alimentación.
Este proceso comúnmente es llamado TIG (Tungsten Inert Gas) indistintamente del gas que
esté en uso. El elemento significante es que se pretende que el electrodo utilizado no sea
consumido durante el proceso de soldeo. El electrodo está fabricado de una aleación de tungsteno
o de tungsteno puro, el cual tiene la habilidad de soportar muy altas temperaturas aún en las que
se encuentran presentes en la soldadura de arco; por lo tanto cuando la corriente fluye se crea un
arco entre el electrodo de tungsteno y la pieza de trabajo. Si se llega a requerir cualquier tipo de
metal de aporte, éste deberá ser adicionado externamente, bien sea en forma manual o bien
mediante algún sistema mecánico de alimentación de alambre.
La protección tanto del arco como del metal es alcanzada a través del uso de un gas inerte, el
cual fluye a través de una boquilla que está rodeando el electrodo de tungsteno.
El metal depositado no va a tener escoria que se requiera remover, puesto que no hay ningún
tipo de fundente empleado.
Figura Nº 2.5 Principio Básico de la Soldadura GTAW.

Marco Teórico 18
La principal ventaja del proceso TIG recae en el hecho de que puede producir
soldaduras de una muy alta calidad de excelente apariencia visual, como desventajas: en
primer lugar es quizás el más lento de todos los procesos de soldadura disponibles. Si
bien es cierto que él produce un depósito de soldadura limpio, es también caracterizado
por tener una muy baja tolerancia a las contaminaciones, por lo tanto los metales de base
y de aporte deberán estar extremadamente limpios antes de ser utilizados en la soldadura.
Figura Nº 2.6 Configuración de Equipos Soldadura GTAW.
Cuando se utiliza el proceso en forma manual, la soldadura TIG requiere un alto nivel de
habilidad del soldador. Esto es parcialmente debido a la necesidad de emplear las dos manos, una
para manejar la antorcha y otra para alimentar el metal de aporte (si es necesario). Este proceso es
seleccionado con frecuencia en situaciones donde se requiere garantizar un alto nivel de calidad y
en donde un costo adicional es justificado para resolver los problemas aceptando las limitaciones
del proceso.
Otro problema inherente a este proceso y que es prácticamente exclusivo de él, son las
inclusiones de tungsteno. Las inclusiones de tungsteno pueden ocurrir debido a varias razones
incluyendo las siguientes:

Marco Teórico 19
1) Contacto de la punta del electrodo con el metal fundido;
2) Contacto del metal de aporte con la punta caliente del electrodo;
3) Contaminación de la punta del electrodo por chisporroteo;
4) Excesivo límite de corriente para un tipo de electrodo dado;
5) Extensión del electrodo mas allá de la distancia normal resultando en un sobre
calentamiento del mismo;
6) Una inadecuada sujeción del collarín que agarra el electrodo;
7) Un inadecuado flujo de gas o excesivo viento que pueda retirar el gas de protección
produciendo oxidación en la punta del electrodo;
8) Defectos superficiales tales como pequeñas astillas o grietas en el electrodo;
9) El uso de un gas inadecuado de protección;
10)Un inadecuado afilado de la punta del electrodo.
2.2.4 PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW)
La soldadura de arco sumergido (SAW) es un método de soldadura de alta
productividad en el cual el arco se pulsa bajo una capa de cubierta de flujo. Esto aumenta
la calidad del arco, puesto que los contaminantes en la atmósfera son bloqueados por el
flujo. La escoria que forma la soldadura generalmente sale por sí misma, y combinada
con el uso de una alimentación de alambre continua, la velocidad de deposición de la
soldadura es alta. Las condiciones de trabajo están muy mejoradas sobre otros procesos
de soldadura de arco, puesto que el flujo oculta el arco y casi no se produce ningún humo.
El proceso es usado comúnmente en la industria, especialmente para productos grandes y
en la fabricación de los recipientes de presión soldados. Otros procesos de soldadura de
arco incluyen la soldadura de hidrógeno atómico, la soldadura de arco de carbono, la
soldadura de electroescoria, la soldadura por electrogas, y la soldadura de arco de perno.
El alambre es alimentado a la zona de soldadura en forma similar que en el proceso
MIG o en el proceso con electrodo tubular. Sin embargo, es en el método de protección
en donde radica la diferencia. En la soldadura de arco sumergido un fundente granular es
proporcionado delante o alrededor del electrodo para facilitar la protección del metal

Marco Teórico 20
fundido. Al tiempo que el depósito de soldadura avanza, se crea una capa de escoria que
va formándose sobre la superficie del metal solidificado así como una cubierta del
fundente granular. La escoria deberá ser removida, sin embargo el fundente granular
puede ser recuperado y utilizado si se toman en cuenta cuidados para evitar su
contaminación. En algunos casos en donde el fundente debe proporcionar elementos de
aleación, la reutilización del fundente puede no ser muy aconsejable.
Figura Nº 2.7 Principio Básico de Soldadura SAW.
Debido a su alta rapidez de deposición, este proceso ha mostrado ser bastante efectivo
en caso de refuerzos o recubrimientos superficiales en los materiales. En situaciones
donde se necesita mejorar la resistencia a la corrosión o al desgaste, muchas veces resulta
más económico cubrir la zona susceptible del material base con una soldadura resistente a
éstos fenómenos. Si es necesario mecanizar dicha superficie, el proceso de arco
sumergido es una excelente elección.

Marco Teórico 21
Probablemente la mayor ventaja del SAW es su alta rapidez de deposición. Este
realiza depósitos típicos mucho más eficientemente que cualquier otro proceso, también
requiere de un operador especial; el operador no requiere de filtros ni ropa de protección
adicional para controlar el proceso de soldeo debido a que el arco no es visible. Otra
ventaja del proceso es que se generan menos gases que cualquier otro proceso, adicional
a su alta capacidad de penetración.
Figura Nº 2.8 Configuración de Equipos Soldadura SAW.
La mayor limitación de SAW es que sólo puede ser aplicado en una posición donde el
fundente pueda ser soportado por la junta a soldar, en su mayoría en posición plana. Por
otra parte el fundente, a pesar de que realiza un buen trabajo de protección del arco,
también limita que el soldador pueda ver las características del arco y su posición con
respecto a la junta.

Marco Teórico 22
2.3 Selección del Electrodo
Hay varios factores vitales para seleccionar un electrodo para soldar. La posición de
soldar es especialmente significante.
Como una regla práctica, nunca use un electrodo que tenga un diámetro más grande
que el grosor del metal por soldar. Algunos operadores prefieren electrodos más grandes
porque éstos permiten trabajos más grandes porque éstos permiten trabajo más rápido a lo
largo de la junta y así aceleran la soldadura, pero esto requiere mucha destreza.
La posición y el tipo de la junta también son factores que deben considerarse al
determinar el tamaño del electrodo. Por ejemplo, en una sección de metal gruesa con una
“V” estrecha, un electrodo con diámetro pequeño siempre es utilizado para hacer el
primer paso. Esto se hace para asegurar plena penetración en el fondo de la soldadura.
Los paso siguientes entonces son hechos con electrodos más grandes.
Para soldadura vertical y de sobre cabeza, un electrodo con diámetro de 0.2 mm es el
más grande que se deberá utilizar, no obstante el grosor de la plancha. Los electrodos
más grandes lo hacen demasiado difícil de controlar el metal depositado.
Para economía, siempre use el electrodo más grande que sea práctico para el trabajo.
Se requiere más o menos la mitad del tiempo para depositar una cantidad de metal de
soldar de un electrodo revestido con acero suave con diámetro de 6.4 mm de lo que se
requiere para hacerlo con un electrodo del mismo tipo con diámetro de 4.8 mm. Los
tamaños más grandes no solo permiten el uso de corrientes más altas sino también
requieren menos paradas para cambiar el electrodo.
La velocidad de deposición y la preparación de la junta también son factores
importantes que influyen la selección de electrodos. Los electrodos para soldar acero
suave a veces son clasificados como del tipo de adhesión rápida, rellenar-adherir, y
relleno rápido. Los electrodos de adhesión rápida producen un arco de penetración
profunda y depósitos de adhesión rápida. Son llamados muchas veces electrodos de

Marco Teórico 23
polaridad inversa, aunque algunos de estos pueden utilizarse con C.A. Estos electrodos
tienen poca escoria y producen cordones planos.
Son ampliamente utilizados para soldadura en cualquier posición para ambos, la
fabricación y trabajos de reparación.
Los electrodos del tipo de relleno-adhesión tienen un arco moderadamente fuerte y una
velocidad de depósito entre aquellas de los electrodos de adhesión rápida y relleno rápido.
Comúnmente, se llaman electrodos de “polaridad directa” aunque pueden utilizarse con
CA. Estos electrodos tienen cobertura completa de escorias y depósitos de soldadura con
ondas distintas y uniformes. Estos son los electrodos para uso general en talleres de
producción y además son utilizadas para reparaciones. Se pueden utilizar en toda
posición, aunque los electrodos de adhesión rápida son preferidos para soldadura vertical
y de sobre cabeza.
El grupo de relleno rápido incluye los electrodos revestidos pesados de hierro en polvo
con un arco suave y velocidad alta de depósito. Estos electrodos tienen escorias pesadas
y producen depósitos de soldadura excepcionalmente suaves. Generalmente son
utilizados para soldadura de producción donde todo el trabajo puede colocarse en
posición para soldadura plana.
Otro grupo de electrodos es el tipo de bajo hidrógeno que contiene poco hidrógeno,
sea en forma de humedad o de producto químico. Estos electrodos tienen una resistencia
sobresaliente a las grietas, poca o ninguna porosidad, y depósitos de alta calidad bajo
inspección por rayos X.
El soldar en acero inoxidable requiere un electrodo que contiene cromo y níquel.
Todos los aceros inoxidables tienen conductividad térmica baja. En los electrodos, esto
causa sobrecalentamiento y acción incorrecta del arco cuando se usen corrientes altas.
En el metal por soldar, esto causa grandes diferencias de temperatura entre la soldadura y
el resto del trabajo, lo que alabea la plancha.

Marco Teórico 24
Una regla básica para soldar el acero inoxidable es la de evitar corrientes altas y calor
alto en la soldadura. Otra razón para mantener enfriada a la soldadura es la de evitar
corrosión de carbón.
Además, hay muchos electrodos para uso especial para revestimiento, y para soldadura
de cobre y aleaciones de cobre, aluminio, hierro fundido, manganeso, aleaciones de
níquel, y aceros de níquel-manganeso. Las composiciones de estos electrodos
generalmente están diseñadas para complementar el metal básico por soldar.
La regla básica en la selección de electrodos es la de escoger el electrodo que sea más
parecido al metal por soldar.
Figura Nº 2.9 Posición de la unión de soldadura

Marco Teórico 25
Dificultades en la soldadura por Arco Eléctrico.
Síntomas Causas Remedios
1. Arco inestable, se
mueve, el arco se apaga.
Salpicadura distribuida
sobre el trabajo
1. Arco demasiado largo. 1. Acorte el arco para
penetración correcta.
2. La soldadura no
penetra. El arco se
apaga con frecuencia.
2. Insuficiente corriente
para el tamaño del
electrodo.
2. Aumentar corriente.
Use electrodo más
pequeño.
3. Sonido fuerte de
disparo del arco. El
fundente se derrite
rápidamente. Cordón
ancho y delgado.
Salpicadura en gotas
grandes.
3. Demasiada corriente
para tamaño del
electrodo.
También podría haber
humedad en
revestimiento del
electrodo.
3. Reducir corriente.
Use electrodo más
grande.
4. La soldadura se queda
en bolas. Soldadura
pobre.
4. Electrodo incorrecto
para el trabajo.
4. Use el electrodo
correcto para el metal por
soldar.
5. Es difícil establecer el
arco. Penetración, dando
una soldadura
inadecuada.
5. Polaridad incorrecta
en porta electrodo. Metal
no limpiado. Corriente
insuficiente.
5. Cambie polaridad o
use corriente CA en vez
de CD. O, aumente la
corriente.
6. Soldadura débil. Es
difícil hacer el arco. El
arco se rompe mucho.
6. El metal por soldar no
está limpio.
6. Limpie el metal por
soldar. Quite toda
escoria de soldadura
previa.
7. Arco intermitente.
Puede que cause arcos
en grapa para puesta a
tierra.
7. Puesta a tierra
inadecuada.
7. Corrija la puesta a
tierra. Mueva el
electrodo más
lentamente.
Tabla Nº 2.1 Dificultades en la soldadura por arco eléctrico

Marco Teórico 26
2.4 PROCESO DE DOBLADO
Doblado: Es el método por el cual bajo la acción de una fuerza aplicada a través de un
punzón, una probeta es doblada de forma tal que su radio interno alcance un valor
especificado.
El ensayo de doblado consiste en doblar una probeta de un material hasta que
aparezcan grietas o fisuras, midiéndose el ángulo donde tales alteraciones se han
producido. Es un ensayo que su objetivo básico es determinar la calidad y ductilidad de
la soldadura.se realiza doblando una probeta en forma de U para luego evaluar la
superficie doblada (ver Figura 2.10).Este ensayo es requerido para calificar
procedimientos de soldaduras, soldadores y operadores de maquinas de soldar.
Figura Nº 2.10 Probetas del Ensayo de Doblado

Marco Teórico 27
Este ensayo es solicitado para la calificación de procedimientos de soldadura y de
soldadores, por las especificaciones en la recepción de aceros en barras y perfiles, para la
comprobación de la tenacidad de los mismos y después de haber sido sometido al
tratamiento térmico de recocido. El material se coloca entre los soportes cilíndricos,
aplicando la carga lentamente hasta obtener el ángulo de plegado especificado para el
mismo, o bien cuando se observa la aparición de las primeras fisuras en la cara inferior o
la sometida a tracción.
Figura Nº 2.11 Dispositivo del Ensayo de Doblado
Este tipo de ensayo proporciona conocer la acritud (deformación mecánica de un
material a temperaturas relativamente bajas) de los diferentes materiales y como
consecuencia conocer la forma en que se puede trabajar con ellos.

Marco Teórico 28
2.5 EL DOBLADO CON MATRICES
Las operaciones más comunes en el conformado con matrices o troqueles son el corte,
doblado, y estampado. Para deformar una probeta plana, frecuentemente es necesario
utilizar el proceso de doblado.
Para diseñar una matriz que será utilizada para la realización del ensayo de doblado se
deben considerar los siguientes factores:
1. El espesor de las probetas: dependiendo del espesor de la probeta, se encuentran
las dimensiones de la matriz y de los punzones, de aquí, que existan matrices
ajustables para diferentes espesores de probeta.
2. La dureza del material de las probetas: según la dureza de las probetas, también
existen consideraciones en cuanto a las dimensiones de la matriz, que debe estar
diseñada para resistir el esfuerzo durante el proceso de doblado.
Se deben tener en cuenta estos factores durante el proceso de doblado:
1. La pieza no debe sufrir ningún movimiento durante el doblado.
2. Los radios de doblado serán como mínimo igual al espesor de la chapa.
3. Las superficies en contacto con la chapa estarán lisas y pulidas.
2.6 PROCESO PARA LA CONSTRUCCION DE MATRICES
Las valoraciones iniciales, previas al diseño de la matriz comprenden:
1. Planos y documentación de la pieza.
2. Selección del material.
3. Dimensionado General
4. Tolerancias, recubrimientos, dureza, tratamientos térmicos.
5. Tipo de Matriz a construir (manual o progresiva).
6. Numero de matrices necesarias.
7. Tamaño aproximado de la matriz.

Marco Teórico 29
8. Consumos de materia prima.
9. Cálculos técnicos.
10. Normas.
Algunas de las características constructivas que se deben tener en cuenta en el proceso
para la fabricación de matrices son las siguientes:
1. Resistencia al desgaste.
2. Anchura de guiado suficiente.
3. Altura según la pieza a transformar.
4. Facilidad de construcción y mantenimiento.
5. Acabados de calidad.
Los pasos a seguir en el proceso de conformado de matrices son:
1. Diseño de la Pieza.
2. Diseño de la Matriz.
3. Mecanizado de componentes para la Matriz.
4. Cepillado, fresado o erosionado.
5. Ajuste.
6. Limado.
7. Pulido.
8. Armado del conjunto.
9. Prueba.
10. Aprobación de las muestras.
11. Temple.
12. Ajuste.
2.7 ACEROS PARA HERRAMIENTAS Y MATRICES
En este grupo se incluyen teóricamente todos los aceros que pueden emplearse para la
fabricación de herramientas. Sin embargo, en la práctica, la aplicación de este término

Marco Teórico 30
queda limitada a los aceros especiales de gran calidad utilizados en la fabricación de
útiles o herramientas destinados a trabajar los materiales por corte o por presión.
En la mayoría de los casos nos encontramos con que son varios los tipos e incluso las
familias de aceros que resolverían satisfactoriamente un determinado problema de
herramientas, lo que hace que la selección se base en otros factores, tales como
productividad prevista, facilidad de fabricación, disponibilidad y costo. En última
instancia es el costo de las herramientas por unidad de producto fabricado el que
determina la selección de un determinado acero.
Los aceros de herramientas, además de utilizarse para la fabricación de elementos de
máquinas, se emplean para la fabricación de útiles destinados a modificar la forma,
tamaño y dimensiones de los materiales por arranque de viruta, cortadura, conformado,
embutición, extrusión, laminación y choque.
De todo esto se deduce que, en la mayoría de los casos, la dureza, tenacidad,
resistencia al desgaste y dureza en caliente constituyen los factores más importantes a
considerar en la elección de los aceros de herramientas. No obstante, en cada caso en
particular hay que considerar también otros muchos factores, tales como la deformación
máxima que puede admitirse en la herramienta; la descarburización superficial tolerable;
la templabilidad o penetración de la dureza que se puede obtener; las condiciones en que
tiene que efectuarse el tratamiento térmico, así como las temperaturas, atmósferas e
instalaciones que requiere dicho tratamiento; y, finalmente, la maquinabilidad.
Habitualmente las matrices están formadas por un gran número de elementos que
requieren ser construidos y mecanizados con unos materiales y herramientas adecuadas a
su función, no obstante, también se da el caso en que estos materiales o herramientas no
sean los más adecuados para otros trabajos de similares características, por todo ello
conviene saber que cada matriz o componente de la misma debe ser estudiado y tratado
de forma independiente sin tener en cuenta casos similares.

Marco Teórico 31
Una parte sustancial del costo de una matriz está relacionado con el mecanizado de sus
componentes, hay que tener presente, que la mayoría de sus piezas están sometidas a
largos y costosos procesos de mecanizado que implican muchas horas de trabajo.
Los materiales de construcción deben reunir las siguientes propiedades:
Dureza superficial (para resistir el desgaste y la adherencia de partículas).
Alto contenido de Carburos. (para resistir el desgaste por abrasión).
Tenacidad y ductilidad. (para resistir la rotura y los desprendimientos).
Los aceros de herramientas más comúnmente utilizados han sido clasificados en
seis grupos principales, y dentro de ellos en subgrupos, todos los cuales se identifican
por una letra en la forma siguiente:
Estos aceros son:
Acero para herramienta de temple en agua, W: Este grupo incluye los
tipos al carbono W1 y al carbono Vanadio W2. Son de bajo costo, resistente a la abrasión
y al choque y son fáciles de maquinar.
Acero para herramienta de temple en aceite, O: Los tipos O1 y O2 son
aceros para herramientas al manganeso de fácil adquisición y bajo costo, son resistentes a
la deformación al temple más que los aceros de temple en agua.
Aceros para troqueles de temple en agua, A: El tipo A2 es el principal
acero para herramientas templables al aire. Tiene una deformación mínima durante el
temple y posee una tenacidad mayor que los aceros para troqueles de temple en aceite.
Aceros para troqueles, alto carbono y alto cromo, D: El tipo D2 es el
acero principal en esta clase. Este acero es de alta aplicación en troqueles para lotes
grandes, es de temple profundo, tenacidad regular y tiene buena resistencia al desgaste.

Marco Teórico 32
Aceros para herramientas resistentes al choque, S: Estos aceros poseen
menos carbono y poseen mayor tenacidad, se le aplica donde se requieren cortes gruesos
y operaciones de conformado, y donde la ruptura sea un problema serio.
Aceros para troqueles trabajo en frío, H: Estos aceros deben combinar la
dureza en caliente con la buena resistencia al desgaste y resistencia al choque, son de
temple al aire y en ocasiones se utiliza para aplicaciones del trabajo en frío.
Acero para corte rápido, al tungsteno y al molibdeno, T y M: Los aceros
T1 y M2 son equivalentes en funcionamiento y poseen buena resistencia al rojo y
resistencia a la abrasión, los M3, M4 y T15 tienen mayor habilidad cortante y resistencia
al desgaste, son más difíciles de maquinar.
Aceros para herramienta baja aleación, L: Los aceros L3 y L6 se utilizan
para aplicaciones especiales de troqueles. Otros aceros L encuentran aplicación donde la
fatiga y la tenacidad son consideraciones importantes, tales como en las matrices de
acuñar o de estampar.
Aceros acabadores, F: El acero F2 es de empleo limitado pero se aplica
ocasionalmente donde se desee alta resistencia al desgaste y un acero de temple poco
profundo.
Hierro Fundido: Es esencialmente una aleación de hierro y carbono conteniendo
un 2 a 4% de carbono, 0.5 a 3% de silicio, de 0.4 a 1% de magnesio aproximadamente,
mas fósforo y azufre. La elevada resistencia a la compresión y facilidad de fundición de
los hierros grises los hace útiles en troqueles para conformar y embutir de gran tamaño.

Marco Teórico 33
Las siguientes tablas sirven como referencia para la selección del material de la matriz.
Tabla 2.2 Aplicaciones de los aceros para herramientas.
Fuente: American Society of Tools and Manufacturing Engineers. Principios
fundamentales para el diseño de herramientas.

Marco Teórico 34
Tabla 2.3 Comparación de las características básicas de los aceros empleados
para herramientas.
Fuente: American Society of tool and manufacturing Engineers. Principios
fundamentales para el diseño de herramientas.
Acero
ALSI
N°
Propiedades
antideformantes
Seguridad
en el
temple
Tenacidad
Resistencia al
efecto de
ablandamiento
por calor
Resistencia
el desgaste
Maquinabilidad
W1 Malas Regular Buena Mala Regular Mejor
W2 Malas Regular Buena Mala Regular Mejor
O1 Buenas Buena Regular Mala Regular Buena
A2 Mejores Mejor Regular Regular Buena Regular
A4 Mejores Mejor Regular Mala Regular Regular
D2 Mejores Mejor Regular Regular Buena Mala
D3 Buenas Buena Mala Regular Mejor Mala
D4 Mejores Mejor Mala Regular Mejor Mala
D6 Buenas Buena Mala Regular Mejor Mala
S1 Regular Buena Buena Regular Regular Regular
S2 Malas Regular Mejor Regular Regular Regular
S4 Malas Regular Mejor Regular Regular Regular
S5 Regular Buena Mejor Regular Regular Regular
H11 Mejores Mejor Mejor Buena Regular Regular
H21 Buenas Buena Buena Buena Regular Regular
H26 Buenas Buena Buena Mejor Buena Regular
T1 Buenas Buena Regular Mejor Buena Regular
T15 Buenas Regular Mala Mejor Mejor Mala
M2 Buenas Regular Regular Mejor Buena Regular
M3 Buenas Regular Regular Mejor Buena Regular
M4 Buenas Regular Regular Mejor Mejor Mala
L2 Regular Regular Buena Mala Regular Regular
L3 Regular Mala Regular Mala Regular Buena
L6 Buenas Buena Buena Mala Regular Regular
F2 Malas Mala Mala Regular Mejor Regular

Marco Teórico 35
2.8 TRATAMIENTOS TERMICOS.
Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales u otros
sólidos con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la
resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son,
básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono.
Las características mecánicas de un material dependen tanto de su composición
química como de la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos térmicos modifican
esa estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los materiales unas
características mecánicas concretas, mediante un proceso de calentamientos y
enfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina deseada.
Entre estas características están:
Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar
cuando está en contacto de fricción con otro material.
Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir
fisuras (resistencia al impacto).
Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de
mecanizado por arranque de viruta.
Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en
unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante el test del
mismo nombre.
Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el
tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior
dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen
en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el
proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos
establecido.

Marco Teórico 36
Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un
tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como
el de hierro–hierro–carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en
las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los
materiales diluidos.
Los principales tratamientos térmicos son:
Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se
calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior
Ac (entre 900-950ºC) y se enfría luego más o menos rápidamente (según
características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera.
Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir
ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la
tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros
templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad,
dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del
temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.
Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de
autenticación (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento
se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También
facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano
y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las
tensiones internas.
Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir,
ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se
suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

Marco Teórico 37
2.9 EVALUACION DE LA SOLDADURA
Una explicación detallada por escrito de cómo una soldadura va a ser ejecutada, se
denomina: Especificación de Procedimiento de Soldadura (referida en el futuro como
EPS, en Ingles WPS), y debe incluir variables tales como:
Numero del procedimiento.
Fechas de ensayo y aprobación.
Tipo(s) de proceso(s) utilizado(s) en su ejecución.
Especificación de material(es) base(s).
Especificación de material(es) de respaldo.
Grupo(s) P al cual pertenece(n) el material base y de respaldo.
Espesor(es).
Necesidades de precalentamiento.
Necesidades de tratamiento térmico posterior.
Tipos de limpieza e inspección requerida.
Especificación de material(es) de relleno y grupos(s) f al cual
pertenece(n).
Tipos de protección a utilizar.
Posición.
Técnica.
Identificación del soldador calificante.
Identificación del responsable de la preparación de la EPS.
El propósito de la especificación del procedimiento de soldadura (EPS) y el registro de
calificación del procedimiento (RCP) es el de determinar que las soldaduras propuestas
para la construcción son capaces de proporcionar las propiedades requeridas para la
aplicación que se persigue. Eso presupone que el soldador o el operador de soldadura que
realiza la prueba de calificación del procedimiento de soldadura, es un trabajador
experimentado. Esto es, la prueba de calificación del procedimiento de soldadura

Marco Teórico 38
establece las propiedades de la soldadura, no las habilidades del soldador u operador de
soldadura. La EPS tiene el propósito de proveer directrices para los soldadores u
operadores de soldadura. El RCP enlista lo que fue usado en la calificación de las EPS y
los resultados de los ensayos.
En la calificación de las habilidades de los soldadores, el criterio básico es determinar
la habilidad de depositar soldaduras de buena calidad. En la calificación de las
habilidades de los operadores, el criterio es determinar la habilidad mecánica del operador
en manejar el equipo de soldar.
Mediante la calificación de un procedimiento de soldadura se persiguen los siguientes
objetivos:
Mantener las dimensiones mediante el control de la distorsión.
Productividad y reducción de costos.
Reducir esfuerzos residuales.
Controlar las propiedades mecánicas, químicas y de resistencia a la
corrosión de la soldadura y zona afectada por el calor.
Minimizar cambios metalúrgicos desfavorables.
Cumplir con los requerimientos de ciertas especificaciones o
normas.
Si un procedimiento de soldadura escrito ha sido ejecutado adecuadamente y cumple
con los requerimientos de una norma o especificación en cuanto a las pruebas realizadas a
la soldadura, éste se convierte en un procedimiento de soldadura calificado según la
norma aplicada para su calificación.
El propósito de las pruebas de calificación de la especificación de procedimiento de
soldadura (EPS), es demostrar que los materiales y métodos descritos producirán juntas
de soldadura que cumplen con los requerimientos de servicio y códigos aplicables.

Marco Teórico 39
Estas pruebas comprenden los siguientes ensayos, que serán o no aplicables, total o
parcialmente, según sea el caso.
Pruebas Mecánicas o Destructivas:
Ensayo de tracción.
Ensayo de doblado.
Ensayo de dureza.
Ensayo de impacto.
Ensayo de torque.
Pruebas Químicas:
Análisis químico de depósito(s).
Contaminación de depósito(s).
Pruebas no Destructivas:
Radiografías.
Ultrasonido.
Líquidos penetrantes.
Mediante este Trabajo Especial de Grado, el lector podrá identificar los defectos más
comunes en los cordones de soldadura, como lo son:
-Porosidades.
-Escoria.
-Fusión Incompleta.
-Penetración Incompleta.
-Socavación.
-Grietas.
-Desvío de Arco.
-Salpicadura.
-Distorsión.

CAPÍTULO III
Generalidades

Generalidades 41
3.1 Método experimental
En el estudio y análisis correspondientes al desarrollo del proyecto, se
mantuvieron en observación ciertas variables con el fin de describir de qué modo o
por que causa se producen las fallas en las soldaduras, permitiendo con esto el
diagnóstico operacional de la soldadura. Este tipo de método permite conocer a
modo propio las características de algunos parámetros relacionados con el
Proyecto.
3.2 Generación de alternativas de diseño
A fin de cumplir con todos los objetivos planteados para el desarrollo del
presente proyecto de grado, se tomaron en cuenta los siguientes parámetros como:
economía, fabricación, fácil manejo y sencillo para mecanizar y que la extracción de la
pieza soldada se realice de forma sencilla y que le brinde a los estudiantes del laboratorio
de conformado de materiales la oportunidad de observar el proceso de doblado de la
pletina. A continuación se muestran las consideraciones tomadas en cuenta para la
generación del diseño, son las siguientes:
El proceso de doblado se realiza gradualmente en posición vertical.
La forma geométrica de la pieza.
Facilidad de ensamblaje en el dispositivo.
Figura N° 3.1 Diseño del dispositivo

Generalidades 42
3.2.1 Alternativa 1:
En la figura 3.2 se puede apreciar el dispositivo de doblez guiado por un mandril
y rodillos para el ensayo de la probeta soldada.
Figura N° 3.2 Alternativa 1
Fuente: Autor
3.2.1.1 Componentes del dispositivo de doblado
1.-Penetrador
2.-Mandril
3.-Probeta
4.-Rodillo
5.-Soportes
Para el doblado de la probeta con este dispositivo se toma en cuenta lo
siguiente:
Deberán usarse ya sean hombros endurecidos y engrasados ó roles
endurecidos libres para girar.
1
2
3
4
5

Generalidades 43
Los hombros ó los roles deberán tener una superficie de contacto mínima de
50,8 mm (2”) para colocar la probeta.
El penetrador deberá estar provisto con una base apropiada para acoplarse a la
máquina de prueba y deberá estar diseñado para evitar la deflexión y desalinea -
miento.
Los soportes de los roles deberán estar provisto con una base apropiada para
mantener los roles centrados en el punto medio y alineados con respecto al
penetrador.
Pieza Obtenida:
Figura N° 3.3 Probeta Ensayada
Fuente: Autor
En la figura 3.4 se puede apreciar el dispositivo de doblez guiado por un rodillo
exterior girando alrededor de la probeta soldada.
CARA
RAIZ

Generalidades 44
Fuente: Autor
1.-Probeta
2.-Rodillo Exterior
3.-Mandril
4.- Mordazas
siguiente:
Las dimensiones de este dispositivo deberán estar de acuerdo a los espesores de
las probetas.
La probeta debe sujetarse firmemente en un extremo por las mordazas de manera
que no haya deslizamiento durante la operación de doblado.
Las probetas de prueba deberán sacarse del dispositivo cuando el rodillo exterior
haya recorrido 180° desde el punto de origen.
1
23
4
PTO. DE ORIGEN

Generalidades 45
Pieza Obtenida:
Figura N° 3.5 Probeta ensayada
Fuente: Autor
En la figura 3.6 se puede apreciar el dispositivo de doblez guiado con curva
controlada alrededor de la probeta soldada.
CARA
RAIZ

Generalidades 46
Fuente: Autor
1.-Penetrador ó punzón
2.-Tope de apoyo
3.-Probeta
4.- Matriz
siguiente:
Las dimensiones de este dispositivo deberán estar de acuerdo a los espesores de
las probetas.
1
2
4
3

Generalidades 47
Se debe colocar la probeta tocando el tope de apoyo y centrándola en el eje de la
matriz.
Se alinea el punzón con respecto al eje vertical de la matriz.
Aplicar aceite en las zonas de contacto entre la matriz y la probeta para disminuir
el roce.
Pieza Obtenida:
Figura N° 3.7 Probeta ensayada
Fuente: Autor
3.3 Ventajas y desventajas de las alternativas de diseño
Ventajas
1. Es de fácil operación y manejo.
2. No se necesita muchos pasos para el doblado de la probeta.
3. El proceso de fabricación es menos compleja.
4. No se requiere elevadas cantidades de material.
5. La extracción de la probeta es expulsada por el punzón.
CARA
RAIZ

Generalidades 48
Desventajas
1. No se garantiza la alineación entre los rodillos y el punzón.
2. Se necesita mayor recorrido del punzón para pasar la probeta completa.
3. Los soportes de los rodillos tienen que ser robustos para evitar la deflexión.
4. Existe la posibilidad de salirse de la guía el mandril con la probeta.
Ventajas
1. Es de fácil operación.
2. Fácil mantenimiento, no se requiere un mantenimiento riguroso.
3. El costo de fabricación es relativamente bajo.
4. No se requiere elevadas cantidades de material.
5. Se puede hacer ensayos con diferentes espesores de probetas.
Desventajas
1. Se requiere mayor rigidez en el dispositivo.
2. Se necesita mayor sujeción y firmeza en el extremo de la probeta para que no
haya deslizamiento.
3. No se garantiza un buen acabado en la probeta debido a que los rodillos por su
rigidez no se adaptan por completo al ángulo deseado.
4. Poca estabilidad del rodillo con el mandril al momento de doblar la probeta por
su forma redondeada.
Ventajas
1. Es de fácil operación.
2. Fácil mantenimiento, no se requiere un mantenimiento riguroso.
3. Se garantiza los ángulos deseados con más exactitud para hacer una
evaluación minuciosa de la soldadura.
4. No se requiere de un recorrido largo para el doblado de la probeta.
5. Es de fácil alineación sin producirse deslizamientos.

Generalidades 49
Desventajas
1. Se requiere mayor rigidez en el dispositivo.
2. El costo de fabricación es relativamente elevado.
3. Se limita solo a las probetas de máximo espesor de 3/8” (9,53) mm.
4. La expulsión de la probeta se hace manual.
3.4 Selección de la Alternativa
Se procederá a seleccionar la alternativa de diseño que más se ajuste a las
necesidades del proyecto.
El proceso de selección se hará por medio de una matriz de evaluación. Se
tomará en cuenta los siguientes parámetros, teniendo como base la probeta a doblar y
el cordón de soldadura.
En cuanto a la adaptación del equipo de prueba disponible:
Facilidad de ensamblaje al tecnovate.
En cuanto a la matriz de doblado:
Facilidad de operación.
Facilidad de mantenimiento.
Facilidad de construcción.
Menor costo.
3.5 Matriz de evaluación
Para la selección de la mejor alternativa se dará una ponderación cuantitativa a cada
uno de los siguientes parámetros: facilidad de operación, facilidad de mantenimiento,
facilidad de construcción, menor costo, adaptación al equipo de prueba utilizando una
escala de valorización del uno al diez, donde el valor de uno corresponde al de menor
importancia y al número diez al más importante (Análisis morfológico) (Ver Tabla 3.1).

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