C608 Soldadura Manual, GMAW, MIG-MAG

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA

Departamento de Ingeniería Mecánica

Área de Procesos Mecánicos

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INGENIERÍA CIVIL EN MECÁNICA

PLAN 2012

GUÍA DE LABORATORIO SOLDADURA Manual Proceso GMAW

ASIGNATURA: LABORATORIO DE PROCESOS MECANICOS

CODIGO 15160

EXPERIENCIA C608

“PROCESOS DE SOLDADURA INDUSTRIAL MANUAL, GMAW (MIG/MAG)

PROFESOR: MAURIZIO EDWARDS ACKROYD




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PROCESOS DE SOLDADURA INDUSTRIAL

1. OBJETIVO GENERAL: Que el alumno internalice y comprenda los conceptos técnicos y parámetros de ajuste y control de

las variables eléctricas que gobiernan el proceso de soldadura al arco eléctrico, manual

MIG/MAG (Metal Inerte Gas/Metal Activo Gas), cuyo acrónimo en ingles más conocido es

GMAW (Gas Metal Arc Welding).

Una buena soldabilidad es función de factores de interacción tales como:

- Tipo de proceso

- Medio Ambiente

- Composición del material

- Diseño y tamaño de la unión o junta.

2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS a) Identificar las ventajas y desventajas de un proceso de Tensión o Voltaje constante (VC)

b) Entregar al alumno la capacidad de cuantificar el aporte calórico del proceso.

c) Entregar al alumno la capacidad de cuantificar el aporte calórico neto.

d) Entregar al alumno la capacidad de cuantificar la tasa de depósito típica, de cada proceso de

soldadura.

e) Que el alumno adquiera la capacidad de comparar las capacidades y nivel de aporte calórico

asociado a los proceso de soldadura industriales.

f) El alumno deberá ser capaz de determinar la dilución presente en las uniones típicas.

g) Que el alumno adquiera la capacidad de armar y ajustar variables claves de los proceso de

soldeo, de modo de asegurar resultados adecuados.




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Figura N° 1 Torchas proceso GMAW/MIG/MAG.




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Figura N°2 Velocidad de alimentación de alambre.




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Figura N°3 Altura libre del alambre respecto a la torcha.




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Figura N°4 Configuración de una torcha típica.

Tabla N°1 Composición química de los alambres según AWS D5.18




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Figura N° 5 Velocidad del alambre corriente v7s tasa de depósito para diferentes diámetros.




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Figura N°6 Diámetro de alambre según corriente y posición de soldeo.




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3.- INTRODUCCIÓN TEÓRICA

Para calcular el costo de las uniones soldadas en nuestro medio donde la soldadura manual es el procedimiento más utilizado, existe una forma rápida de realizar y es en función de la cantidad de electrodos consumidos, permitiendo así tener una idea parcial del costo real de las uniones soldadas. Los factores que intervienen son: Tf: tiempo de fusión de un kilogramo de material depositado (kg.m.d) en (hr) Te: tiempos específicos del procedimiento (hr) Ta: tiempos auxiliares del procedimiento (hr) Ct: costo de una hora del soldador ($/hr) Cc: costo de consumibles ($/hr) Cm: amortización de la máquina de soldar ($/kg) Ce: costo de energía consumida ($/kw.hr) Para calcular el costo por 1 kg/ml de soldadura debemos aplicar la siguiente fórmula: Ckg = (Tf+Te+Ta) Ct +Cc+Cm+Ce

Optimización de la soldadura, Determinado el costo del kilogramo de metal depositado, podemos medir la productividad de la soldadura y en base a estos datos cada empresa puede tomar las medidas necesarias para aumentar la productividad de la soldadura.

3.1 GENERALIDADES

10 ≤ I < 2000 Amper

10 ≤ E < 50 Volts

d = Diámetro del electrodo o alambre en [mm]

I = Corriente eléctrica en [Coulomb/s] = [Amper]

E = Tensión eléctrica o voltaje en [Trabajo/Coulomb]=[N·m/Coulomb]=[Volts]




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Como proceso eléctrico, es claro que rige la ley de ohm, donde:

Hneto = Aporte Calórico Neto [W/mm] W = Potencia Eléctrica en Watts [W] η = Rendimiento del proceso de soldeo [ - ] E = Tensión o voltaje eléctrico utilizado [Volts] I = Corriente eléctrica utilizada [Amper] V = Velocidad de avance o soldeo [mm/s]

; si I < 200 Amper

; si I > 200 Amper Donde: p = Penetración en [mm] t = Espesor de plancha en [mm]




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V = Velocidad de soldeo en [cm/min]

Donde:

%Col = Porcentaje de colilla final o perdida por colilla

Lo = Longitud del electrodo inicial antes de ser usado

Lf = Longitud final del electrodo después de ser usado, conocido como colilla final o residual.

Figura N°7 Formulas básicas de cálculo.

CE = Costo electrodo [$/m]

Wmd = Tasa de depósito por metro lineal [kg/m]




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Pel = Precio del electrodo [$/kg]

η dep = Eficiencia deposito [ - ]

CDE = Costo del aporte [$/m³]

Cmo y gg = Costo de mano de obra y gastos generales [$/m]

Tmo y gg = Tarifa de mano de obra y gastos generales [$/h]

Vdep = Velocidad de depósito [kg/h]

FO = Factor de operación [ - ]

CDMO = Costo de mano de obra [$/m³]

Td = Tasa de depósito [kg/h]

CG = Costo del gas [$/m]

FG = Flujo del gas [m³/h]

PG = Precio del gas [$/m³]




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Cgas = Costo de la utilización del gas en [$/m³]

Cee = Costo de la energía eléctrica [$/kg]

E = Tensión eléctrica o voltaje utilizado [Volts]

I = Corriente eléctrica utilizada [Amper]

Ckwh = Costo de le energía eléctrica inyectada [$/kwh]

Tabla N°3 Eficiencia de deposito según proceso.

Tabla N°4 Factor de operación según proceso.




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CD = Costo directo de la operación de soldeo [$]

Donde: Precio del electrodo (Pel): Es el precio por unidad de masa que cuesta el aporte, se expresa, por ejemplo en [$/kg] o [US$/lb] Eficiencia de depósito (η dep): Es la razón de la masa de material utilizado y la masa de material depositado; esta varía de acuerdo a cada proceso y tipo de electrodo; se le expresa en tanto por uno o bien en porcentaje [ - ] o [ % ]. Tasa de depósito (Td): Es la razón de masa de electrodo consumido por unidad de tiempo; esta varía de acuerdo a cada proceso y parámetros de soldadura; se puede expresar por ejemplo en [kg/h] o [kg/min]. Factor de operación (FO): Corresponde a la razón de tiempo que esta el operario realizando el proceso de soldadura sobre el tiempo total transcurrido; varia con los distintos procesos y con la pericia del soldador; se le expresa en tanto por uno o porcentual [ - ] o [%]. Densidad del metal de aporte (D): Corresponde al peso (masa) por unidad de volumen de cada aporte; se puede expresar, en [kg/l], [g/cm³] o [ton/m³]. Costo de Mano de Obra (Cmo): Corresponde al costo unitario de la mano de obra que realiza la operación, en este caso la soldadura, por lo que nos estaríamos refiriendo al soldador; se le puede expresar en [$/h]. Volumen de depósito (Vol): Es el volumen expresado en [cm³], [dm³] o [m³] que se va a rellenar con soldadura; es necesario considerar en el caso de biseles, la sobre monta o refuerzo que deja el cordón en el último pase. Costo de Energía Eléctrica (Cee): Es el costo de la utilización de la energía eléctrica, se expresa en [$/m³]




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Tabla N°5 Comparación entre procesos de soldadura.

Tabla N°6 Dilución y observaciones de algunos procesos de soldadura.




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Figura N°8 Determinación de dilución según geometría de junta o unión.




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Figura N°9 Calculo peso de metal depositado en una unión de bisel simple en acero al carbono.

Tabla N°7 Datos operacionales según proceso de soldadura.

Tabla N°8 Perdidas típicas según proceso de soldadura.




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Tabla N°9 Peso del metal depositado según ancho del cordón.

Tabla N°10 Peso material depositado en zona B de la figura N°9




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Tabla N°11 Peso material depositado en zona C de la figura N°9




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Tabla N°12 Peso material depositado en zona D de la figura N°9




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4. METODO A SEGUIR 4.1 En primer término, el profesor explica al alumno los equipos empleados en el

laboratorio, con especial detenimiento en los instrumentos a usar en la medición del aporte calórico eléctrico y neto.

4.2 Para el soldeo, el alumno debe proponer las condiciones eléctricas a usar según

sea el tipo y diámetro del aporte o alambre a usar en la experiencia basado en las mejores prácticas o bien de referencias o recomendaciones de catálogos o códigos.

4.3 Realizar la toma de datos de la corriente, tensión y velocidad de soldeo o avance para cada proceso y tipo de electrodo.

4.4 Controlar dimensiones y geométrica de las placas y uniones realizadas, de modo de lograr medir dimensiones finales en las mismas.

4.5 Tener presente y respetar las medidas de seguridad indicadas por el profesor.

5.- VARIABLES A CONSIDERAR 5.1. Procesos de soldeo usados en el laboratorio, (VC de tensión o voltaje constante/ CC

de corriente constante). 5.3 Parámetros de soldeo (CC/AC, Corriente, Voltaje, Velocidad de avance, diâmetro Del

alambre o electrodo).

5.4 Condiciones límites de los procesos de soldeo utilizados (Posición, técnica de avance de arrastre o empuje), tipo de polaridad en el caso de usar corriente constante DC.

6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN 6.1 Tipos de sistemas de medición usados para medir el aporte de calor neto, corriente y

tensión, en un proceso de soldadura eléctrica. 6.2 Capacidades de medición de estos instrumentos. 6.3 Criterios de cálculo de las condiciones de aporte para los procesos ya citados. 6.4 Selección del aporte, alambre o electrodo.




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7.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR 7.1 Pié de metro universal. 7.2 Amperímetro de tenaza en CC/AC. 7.3 Voltímetro en CC/AC 7.4 Fuente de poder del tipo inversor, multipropósito LINCOLN Electric 350 PRO 7.5 Aportes para el proceso GMAW del tipo ER70S2 en diámetro de 1,6 mm, según

AWS A5.18 7.6 Placas o probetas de 100x300x8 en ASTM A36, (A42-27ES) cantidad 4 por ensayo. 8. LO QUE SE PIDE EN EL INFORME 8.1 Las características técnicas de los proceso de soldeo. 8.2 Descripción del método seguido. 8.3 Para cada proceso de soldadura ensayado, presentar los resultados procesados mediante gráficos y compararlos con los obtenidos mediante los modelos propuestos En catálogos y/o códigos de referencia (AWS, ASME, IIW, otros) 8.4 Análisis de los resultados obtenidos, comentarios y conclusiones personales. 8.5 La referencia bibliográfica. 8.6 El apéndice con:

a.1. Fotografías o esquemas de los procesos de soldadura utilizados o experimentados y su interacción entre las variables eléctricas y el diámetro del aporte o electrodo.

a.2 Desarrollo de los cálculos correspondientes a cada proceso ensayado. a.2. Presentación de resultados. a.3. Gráficos. a.4. Resultado de la investigación al tema propuesto por el profesor




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Figura N°10 Formato seguimiento Laboratorio, proceso GMAW. 9.- BIBLIOGRAFÍA 9.1 Welding Handbook, Volume I, Seventh Edition, AWS, 1976 9.2 Apunte : Soldadura Toda una Experiencia, Maurizio Edwards Ackroyd 9.3 Código ASME II Parte C 9.4 Soldadura Aplicaciones y Practica, Horwitz, Editorial Alfaomega, 1997 9.5 Manual de Soldadura, INDURA.

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