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Soldabilidad de las fundiciones
- 1. República Bolivariana De Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para La Educación Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Maturín Sección F SOLDABILIDAD DE LAS FUNDICIONES Profesor(a): Autor: Amalia Palma Regnault José CI: 23898501 Maturín-Estado-Monagas
- 2. Introducción El proceso de soldadura, a pesar de ser simple y metódico, representa un elemento que desenvuelve una gran cantidad de variaciones en cuanto a su aplicación, esto depende de los elementos a soldar, las herramientas utilizadas en el proceso y las propiedades físicas y químicas de los elementos a soldar. Las propiedades de los metales en forma individual pueden generar cambios en las propiedades de elemento unido y estas pueden afectar las características del proceso de soldado si no se tomas las consideraciones adecuadas. Las soldaduras por fundición, comprende los procesos de soldado de materiales constituidos por aleaciones de distintos elementos como lo son hierro, carbono, silicio, magnesio, fosforo, azufre, entre otros. La composición de estos materiales varía dependiendo de las reacciones a las cuales estuvieron sujetos durante el proceso de fundición, por ello, al momento de soldar, se debe tener en cuenta los métodos empleados para la soldabilidad de los elementos fundidos, para que las propiedades que se obtengan sean las requeridas y necesarias. En el presente trabajo de investigación, se describen diversos términos y conceptos referentes a la soldadura de materiales fundidos, así como las propiedades de estos, los elementos necesarios para fundición y el método de soldadura a aplicar para realizar la soldadura por fundición. Además, de describir en diferentes casos, dependiendo del resultado de la soldadura, las diferentes discontinuidades que se pueden presentar y las posibles soluciones que se pueden emplear en cada caso.
- 3. Soldabilidad de las fundiciones. Fundición. Proceso de obtener piezas a partir de licuación de metales (aleación) que luego pasara a un proceso de solidificación y tomara la forma deseada. Las fundiciones están constituidas por elementos como hierro, carbono, silicio, además de magnesio, fosforo, azufre, etc. Las fundiciones no son sometidas a procesos de deformación plásticas ya que no poseen propiedades dúctiles para que se produzca este cometido. Propiedades de las fundiciones. Buena resistencia a la compresión Baja resistencia a la tracción Resistencia a las vibraciones Fragilidad Moldeabilidad en caliente Resistencia al desgaste Fundición gris. El hierro fundido, hierro colado, más conocido como fundición gris, es un tipo de aleación cuyo tipo más común es el conocido como hierro fundido gris.El hierro gris es uno de los materiales ferrosos más empleados y su nombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleación ferrosa contiene en general más de 2 % de carbono y más de 1 % de silicio, además de manganeso, fósforo y azufre. Una característica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como “hojuelas”. Este grafito es el que da la coloración gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material.
- 4. Fundiciones. Como preámbulo cabe señalar que las fundiciones o hierros fundidos o las conocidas aleaciones “cast iron” generalmente son asociadas a fundiciones grises, pero en realidad identifican a un grupo grande de aleaciones ferrosas. El color de una superficie fracturada puede ser usado para identificarla de manera global, así, un color blanco identifica a una fundición blanca debido a su carburo e impurezas, y el hierro fundido gris tiene una variedad de composiciones, pero por lo general es tal que la estructura de la matriz es principalmente perlita con copos de grafito dispersos. El Hierro (Fe) representa más del 95% en peso del material de la aleación, mientras que el principal elemento de aleación es el carbono (C), seguido del silicio (Si). El hierro fundido tiende a ser frágil, con excepción de los hierros fundidos maleables. Gracias a su bajo punto de fusión, buena fluidez, colado, excelente maquinabilidad, resistencia a la deformación y resistencia al desgaste, las fundiciones de hierro se han convertido en un material de ingeniería con una amplia gama de aplicaciones, incluyendo tuberías, máquinas y partes de la industria automotriz, como cabezas de cilindros, bloques de cilindros, y los housing de cajas de cambios, housing de bombas, tambores de freno, entre otras. Es resistente a la destrucción y debilitamiento por corrosión. La fundición gris tiene una capacidad muy baja para doblar y baja ductibilidad. La ductilidad es baja debido a la presencia de los copos de grafito que actúan como discontinuidades. En la mayoría de los procesos de soldadura el ciclo de calentamiento y enfriamiento crea la expansión y contracción de la aleación, lo que crea tensiones de tracción durante el período de contracción. Por esta razón, la fundición gris es difícil de soldar sin precauciones especiales. Por otra parte, el hierro fundido dúctil como el hierro maleable, hierro dúctil y hierro nodular pueden ser exitosamente soldadas. Para obtener los mejores resultados, estos tipos de fundiciones de hierro, deberán estar soldadas en estado recocido.
- 5. Soldadura por arco con electrodo revestido En la preparación de la pieza de fundición para la soldadura es necesario eliminar todos los materiales extraños de la superficie, y limpiar completamente el área de la soldadura, esto significa quitar pintura, grasa, aceite y otros materiales indeseables de la zona de soldadura. Es conveniente calentar el área de soldadura por un corto tiempo para eliminar el gas atrapado en el defecto(s) o la zona de soldadura del metal base. Se recomienda biselar la zona afectada en V, con un ángulo entre 60-90° se debe utilizar soldaduras de penetración completa para que la grieta o defecto se elimine completamente, dado que el defecto puede volver a aparecer en condiciones de servicio. Biselado: La herramienta de biselado le permite crear esquinas chanfleadas o redondeadas. El biselado es un efecto que suaviza los bordes y las esquinas. Las aristas del mundo real son raramente perfectamente afiladas. Ni siquiera un cuchillo puede considerarse como perfectamente afilado. La mayoría de las aristas son biseladas intencionalmente por razones prácticas y mecánicas. Precalentamiento. El precalentamiento es conveniente para la soldadura con cualquiera de los procesos de soldadura. Esto puede ser reducido cuando se utiliza material de aporte muy dúctil. El Precalentamiento reducirá el gradiente térmico entre la soldadura y el resto de la pieza. Las temperaturas de precalentamiento están relacionadas con el proceso de soldadura, el tipo de metal de relleno, la masa y la complejidad de la fundición. Soldadura de fundiciones El proceso SMAW puede ser utilizado para la soldadura de hierro fundido. Hay cuatro tipos de metales de aportación que se pueden utilizar: Electrodos revestidos de hierro fundido,
- 6. Electrodo revestido con aleación base de cobre, Electrodos revestidos a base de níquel y Electrodos recubiertos de acero suave. Existen razones para emplear cada uno de los electrodos específicos de la siguiente manera: la maquinabilidad del depósito, la fuerza del depósito, y la ductilidad de la soldadura final y la disponibilidad de equipos. Cuando la soldadura por arco se hace con electrodos revestidos de hierro fundido, es necesario precalentar entre 120 ° y 425 °C, dependiendo del tamaño y la complejidad de la fundición y la necesidad de mecanizar el depósito y las áreas adyacentes. En general, es mejor utilizar electrodos de diámetro pequeño y ajustar la longitud de arco, y si es posible la soldadura se debe hacer en la posición plana. Aleaciones de aluminio El aluminio se alea principalmente con el Cobre (Cu), Magnesio (Mg), Silicio (Si), y Zinc (Zn). También se suelen añadir pequeñas cantidades de Cromo (Cr), Hierro (Fe), Níquel (Ni) y Titanio (Ti). Existen multitud de aleaciones de aluminio, con la ventaja de que cada una de ellas posee alguna característica superior a la del aluminio sin alear. Temperatura de fusión del aluminio El aluminio puro funde a unos 600ºC y las aleaciones de aluminio a unos 560ºC,temperaturas muy bajas en comparación con la del acero (1535ºC) y la del cobre (1082ºC). Sin embargo las aleaciones de aluminio no cambian de color durante el calentamiento, por lo que se corre el riesgo de perforar la pieza. Conductividad térmica Las aleaciones de aluminio conducen el calor tres veces más rápido que el acero, por lo que se requerirá un aporte térmico más elevado para soldar una pieza de aluminio que una de acero, aunque ambas tengan las mismas
- 7. dimensiones. Para conseguir una buena fusión cuando la pieza tenga gran espesor, es necesario realizar un precalentamiento. Procesos de soldeo El aluminio y sus aleaciones pueden soldarse mediante la mayoría de los procesos de soldeo por fusión, así como por soldeo blando, fuerte y soldeo en estado sólido. El soldeo por fusión se puede realizar mediante TIG, MIG, por resistencia, plasma, láser y haz de electrones. El soldeo con electrodos revestidos y oxigás sólo se emplea en reparaciones, o cuando no es posible utilizar otro proceso por carencia de medios. El proceso por arco sumergido no se realiza. Limpieza y preparación de las superficies antes del soldeo Para preparar las superficies se suele utilizar corte y chaflanado por plasma. Es de la mayor importancia realizar una limpieza de las piezas antes de proceder al soldeo, ya que cualquier resto de grasa, aceite u óxido puede empeorar la calidad de la soldadura. Se pueden utilizar disolventes alcalinos que no producen vapores tóxicos. Un método muy común es limpiar con un trapo empapado en un disolvente como alcohol o acetona. Las superficies deberán estar completamente secas antes de comenzar el soldeo, de lo contrario se producirán poros. Las capas de óxido se retirarán mediante cepillado ( cepillos con púas de acero inoxidable ) y mejor aún mediante rasqueteado .Cualquier piedra de esmeril, cepillo o lija que se utilice deberá emplearse exclusivamente para aluminio. No se deberá trabajar acero y aluminio en la misma zona ya que se pueden contaminar las piezas de aluminio. Defectos en Soldadura - Causa y Soluciones A. Grietas en la soldadura CAUSA SOLUCION Alta rigidez en la junta Precalentamiento: Usar golpeteo; cambie la
- 8. sucesión de la soldadura por retroceso o aumente la sección transversal del cordón Soldadura defectuosa Vea porosidades o inclusiones Electrodos defectuosos (excentricidad, humedad en el revestimiento, núcleo de alambre pobre) Cambie electrodos, controle la humedad por buen almacenaje Dilución pobre Reduzca la separación de raíz Cordón de escasa profundidad, a ancho Aumenta la sección transversal profundidad o ancho, del cordón, cambie el tipo del electrodo Excesivo carbón o aleación tomado del metal de base Reduzca penetración bajando la corriente y la velocidad de avance, cambie el tipo de electrodo Distorsión angular, causando tensión a la raíz del cordón Compense la soldadura en ambos lados, use martilleo o golpeteo precalentamiento Excesivo azufre en el metal base Use EXX15 16 electrodos Grietas en el cráter Rellene el cráter. Retroceda si es necesario retire B. Grietas en el metal base CAUSA SOLUCION Hidrógeno en la atmósfera del arco Use condiciones libres de hidrógeno. Use EXX15 16; arco sumergido o gas inerte o proceso de arco protegido; precalentamiento después de soldado haga en envejecimiento o recocido Alta Dureza (aceros) Precalentamiento, aumente el calor absorbido en la soldadura, postcalentamiento sin enfriar, después de soldada, suelde con electrodo austenítico
- 9. Alta resistencia, con baja ductilidad Use metal recocido o normal Alta temperatura de transición. Prioridadde tratamiento térmico para soldar dentro de sus condiciones de dureza o diferentes aleaciones. Fases frágiles Tratamiento térmico antes desoldar para poner las fases frágiles en solución. Excesivo esfuerzo. Rediseñe, cambie la sucesión o use recocidos intermedios. C. Porosidad CAUSA SOLUCION Excesivo H2, O2, N2 o humedad en la atmósfera Cambie el electrodo a EXX15 16 o use proceso de gas.Bajo Hidrógeno MIG-TIG (arco sumergido) Alta velocidad de enfriamiento de soldadura Aumente el calor absorbido, precalentamiento Mucho azufre en el metal base Use EXX16 16 o acero bajo en azufre Aceite, pintura o herrumbre en el acero Limpie las superficies de las juntas Longitud de arco inadecuada corriente o manipulación Use arco adecuado, controle la técnica de soldar Excesiva humedad en el electrodo o en la junta Use electrodos y materiales secos Revestimientos galvanizados Use E6010 para remover el Zn D. Inclusiones CAUSA SOLUCION Fracaso al remover la escoria de los depósitos previos Limpie las superficies y los cordones previos, prolijamente. Atmósfera oxidante en la Regule la llama de gas a neutra.
- 10. soldadura Deficiente diseño de junta Observe correcta la longitud de acero y manipulación. Insuficiente protección de arco. Provea la correcta protección y cubrimiento.
- 11. Conclusión. Los procesos de soldadura en las fundiciones, permiten realizar la unión de estos elementos en caso de rupturas o deformaciones que hallan producidos aberturas a la superficie de una aleación, este proceso es de gran importancia en la industria, ya que en la actualidad, la gran mayoría de los elementos o equipos empleados en la industria son conformados por aleaciones de metales fundidos y es necesaria la aplicación de la soldadura para mantener la continuidad de estos elementos o para la unión de ellos sin afectar sus propiedades físicas. Dependiendo de cada caso, es necesario aplicar las herramientas adecuadas y los métodos de soldadura óptimos para permitir que el proceso sea el más eficiente y que no se generen discontinuidades o imperfecciones en el elemento soldado.