Careta de soldar

automática

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CARETA DE SOLDAR AUTOMATICA

Fredy Salvador Morales López (11510548)

Reynaldo Tinoco Martínez (11510584)

Arturo Ziga Torres (11510597)

Felipe de Jesús Méndez García (11510541)

Leonardo de Jesús Martínez de la Cruz (11510533)

Mauricio de Jesús Martínez de la Cruz (11510661)

INSTITUTO TECNOLOGICO DE TAPACHULA

Presentación de proyecto innovación en la soldadura

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Tapachula Chiapas 11 de enero de 2015

CONTENIDO

1. Introducción..........................................................................................4

2. resumen.....................................................................................................5

Careta automática......................................................................................5

3. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA.........................................................6

3.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...................................................10

4. OBJETIVO GENERAL.............................................................................13

5. OBJETIVOS ESPECIFICOS:...................................................................13

6. Hipótesis..................................................................................................14

3

7. Justificación.............................................................................................14

8. Marco teórico...........................................................................................15

8.1. Soldadura.........................................................................................15

8.2. Diseño...............................................................................................15

8.3. Que lo hace inteligente......................................................................17

8.3.1. MATERIALES:...................................................................................18

8.3.2. Datasheet de L293.........................................................................19

8.3.3. Configuración del servomotor........................................................20

8.3.4. Configuración de la microcontrolador PICAXE..............................22

8.3.5. Construcción de la mascareta para soldar inteligente....................24

8.3.6. Construcción de los circuitos para la programación y uso de la

picaxe.................................................................................................................25

Fotorresistencia (LDR).................................................................................26

9. impacto....................................................................................................27

4

10. Cronograma...........................................................................................28

11. Presupuestos.........................................................................................29

1. INTRODUCCIÓN

El siguiente documento es creado para la presentación de la careta de

soldar automática, fue creada siguiendo las normas del formato APA:

Papel: El tamaño del papel que se debe usar bajo la norma APA es de

21,59×27,94 centímetros. Equivalentes a 8 ½ x 11 pulgadas.

El interlineado debe ser con el formato 2.0 y el texto debe estar alineado

hacia la izquierda, sin que esté justificado.

No se deben utilizar espacios entre párrafos.

Márgenes: Todos los márgenes deben ser con un espacio de 2,54 cm/1.

La forma correcta de usar sangrías para documentos son 5 espacios en el

comienzo de cada párrafo.

5

Las tablas no deben tener ningún tipo de línea que separen las celdas.

Todo esto para la mejor comprensión y mejoramiento de estética en

documentos de nivel superior, así como también la aplicación de los métodos de

investigación y presentación de estos mismos.

2. RESUMEN

Careta automática

En el área de la soldadura ya se de balconeria – herrería o en estructuras

las caretas son indispensables para la protección de los ojos y piel del rostro, pero

en el uso de esta herramienta la incomodidad es uno de los factores de la calidad

del trabajo, por ello hemos empleado la tecnología de la programación para crear

una careta ergonómica, que permita trabajar al soldador de la forma más cómoda

posible, para lograr esta innovación se utilizó el método de investigación científica,

observando minuciosamente de qué forma se podría mejorar esta herramienta, la

careta, con las implementaciones tecnológicas, fue puesta a prueba por

soldadores de prueba y su comodidad les permitía trabajar de forma más rápida,

ya que no tenían que soltar la pieza trabajada para bajarse o acomodarse la

careta, ya que esta se hace automáticamente.

6

3. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA

La soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de

dos piezas de un material, (generalmente metales o termoplásticos), usualmente

logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas

fundiéndose, se puede agregar un material de aporte (metal o plástico), que al

fundirse forma un charco de material fundido entre las piezas a soldar (el baño de

soldadura), al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le denomina

cordón. A veces se utiliza conjuntamente presión y calor, o solo presión por sí

misma, para producir la soldadura. Esto está en contraste con la soldadura blanda

(en inglés soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing), que implican el

derretimiento de un material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para

formar un enlace entre ellos, sin fundir las piezas de trabajo.

7

La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios, con los

primeros ejemplos de soldadura desde la edad de bronce y la edad de hierro en

Europa y el Oriente Medio. La soldadura fue usada en la construcción del Pilar de

hierro de Delhi, en la India, erigido cerca del año 310 y pesando 5.4 toneladas

métricas.1 La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que los

herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la

unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó a De la pirotechnia, que incluye

descripciones de la operación de forjado. Los artesanos del Renacimiento eran

habilidosos en el proceso, y la industria continuó creciendo durante los siglos

siguientes.2 Sin embargo, la soldadura fue transformada durante el siglo XIX. En

1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico, y los avances en la soldadura

por arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por un ruso,

Nikolai Slavyanov, y un norteamericano, C. L. Coffin a finales de los años 1800,

incluso como la soldadura por arco de carbón, que usaba un electrodo de carbón,

ganó popularidad. Alrededor de 1900, A. P. Strohmenger lanzó un electrodo de

metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco más estable, y en 1919, la

soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag, pero no llegó a ser

popular por otra década.3

La soldadura por resistencia también fue desarrollada durante las décadas

finales del siglo XIX, con las primeras patentes yendo a Elihu Thomson en 1885,

quien produjo posteriores avances durante los siguientes 15 años. La soldadura

de termita fue inventada en 1893, y alrededor de ese tiempo, se estableció otro

8

proceso, la soldadura a gas. El acetileno fue descubierto en 1836 por Edmund

Davy, pero su uso en la soldadura no fue práctico hasta cerca de 1900, cuando

fue desarrollado un soplete conveniente.4 Al principio, la soldadura de gas fue uno

de los más populares métodos de soldadura debido a su portabilidad y costo

relativamente bajo. Sin embargo, a medida que progresaba el siglo 20, bajó en las

preferencias para las aplicaciones industriales. En gran parte fue sustituida por la

soldadura de arco, en la medida que continuaron siendo desarrolladas las

cubiertas de metal para el electrodo (conocidas como fundente), que estabilizan el

arco y blindaban el material base de las impurezas.5

La Primera Guerra Mundial causó un repunte importante en el uso de los

procesos de soldadura, con las diferentes fuerzas militares procurando determinar

cuáles de los varios procesos nuevos de soldadura serían los mejores. Los

británicos usaron primariamente la soldadura por arco, incluso construyendo una

nave, el Fulagar, con un casco enteramente soldado. Los estadounidenses eran

más vacilantes, pero comenzaron a reconocer los beneficios de la soldadura de

arco cuando el proceso les permitió reparar rápidamente sus naves después de

los ataques alemanes en el puerto de Nueva York al principio de la guerra.

También la soldadura de arco fue aplicada primero a los aviones durante la

guerra, pues algunos fuselajes de aeroplanos alemanes fueron construidos

usando el proceso.6

9

Durante los años 1920, importantes avances fueron hechos en la tecnología

de la soldadura, incluyendo la introducción de la soldadura automática en 1920, en

la que el alambre del electrodo era alimentado continuamente. El gas de

protección se convirtió en un tema recibiendo mucha atención, mientras que los

científicos procuraban proteger las soldaduras contra los efectos del oxígeno y el

nitrógeno en la atmósfera. La porosidad y la fragilidad eran los problemas

primarios, y las soluciones que desarrollaron incluyeron el uso del hidrógeno,

argón, y helio como atmósferas de soldadura.7 Durante la siguiente década,

posteriores avances permitieron la soldadura de metales reactivos como el

aluminio y el magnesio. Esto, conjuntamente con desarrollos en la soldadura

automática, la corriente alterna, y los fundentes alimentaron una importante

extensión de la soldadura de arco durante los años 1930 y entonces durante la

Segunda Guerra Mundial.8

A mediados del siglo XX, fueron inventados muchos métodos nuevos de

soldadura. 1930 vio el lanzamiento de la soldadura de perno, que pronto llegó a

ser popular en la fabricación de naves y la construcción. La soldadura de arco

sumergido fue inventada el mismo año, y continúa siendo popular hoy en día. En

1941, después de décadas de desarrollo, la soldadura de arco de gas tungsteno

fue finalmente perfeccionada, seguida en 1948 por la soldadura por arco metálico

con gas, permitiendo la soldadura rápida de materiales no ferrosos pero

requiriendo costosos gases de blindaje. La soldadura de arco metálico blindado

fue desarrollada durante los años 1950, usando un fundente de electrodo

10

consumible cubierto, y se convirtió rápidamente en el más popular proceso de

soldadura de arco metálico. En 1957, debutó el proceso de soldadura por arco con

núcleo fundente, en el que el electrodo de alambre auto blindado podía ser usado

con un equipo automático, resultando en velocidades de soldadura altamente

incrementadas, y ése mismo año fue inventada la soldadura de arco de plasma.

La soldadura por electro escoria fue introducida en 1958, y fue seguida en 1961

por su prima, la soldadura por electrogas.9

Otros desarrollos recientes en la soldadura incluyen en 1958 el importante

logro de la soldadura con rayo de electrones, haciendo posible la soldadura

profunda y estrecha por medio de la fuente de calor concentrada. Siguiendo la

invención del láser en 1960, la soldadura por rayo láser debutó varias décadas

más tarde, y ha demostrado ser especialmente útil en la soldadura automatizada

de alta velocidad. Sin embargo, ambos procesos continúan siendo altamente

costosos debido al alto costo del equipo necesario, y esto ha limitado sus

aplicaciones.10

3.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Desde que los diversos procesos de soldadura cobraron gran ímpetu a

comienzos del siglo XX, los requerimientos para la protección del trabajador, no

solo de las peligrosas chispas sino también de los rayos ultravioleta (UV) e

11

infrarrojos (IR) emitidos por el arco de soldadura, han sido cada vez más

exigentes.

Una de las partes del cuerpo de mayor exposición a la soldadura y

susceptible de recibir daños muy serios es el área que abarca los ojos, las orejas y

el cuello. Es así como la primera protección de esta zona vital fue una simple

“careta” o “pantalla” de cartón, sostenida con una mano y con una ventana de

1°Cary and Helzer, p 4 , 2°Lincoln Electric, p 1.1-1, 3°Cary and Helzer, p 5–6, 4°Cary and Helzer, p 6,

5°Weman, p 26, 6°Lincoln Electric, p 1.1-5, 7°Cary and Helzer, p 7, 8°Lincoln Electric, p 1.1-6, 9°Cary and

Helzer, p 9

vidrio coloreado a la altura de los ojos para que el soldador pudiera ver el

arco. Al día de hoy muchos usan este tipo de pantallas para trabajos livianos.

El advenimiento de los plásticos durante los años ’60 introdujo el uso de las

caretas termo-formadas e inyectadas, las que por su diseño con arnés permitían la

disponibilidad de ambas manos y, por ende, se asemejaban más a una “máscara”.

También se siguen usando en nuestros días.

Las geometrías continuaron su evolución durante el paso del tiempo,

apuntando a una mayor protección ya no solo de la cara, sino también de gran

parte de la cabeza y el cuello, conformando un diseño volumétrico. Por lo tanto, a

la protección de la parte superior del cuerpo hoy le cabe mejor el término “casco”,

porque esa es la apariencia actual de lo que aún se sigue llamando, por

costumbre, careta o máscara para soldadura.

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Algunos soldadores, particularmente los que trabajan con cañerías o

tuberías, prefieren usar máscaras tradicionales con vidrio común y sombra fija,

que permanece oscura en todo momento. Si bien estas máscaras proporcionan

una buena protección y son de bajo costo, también tienen algunas desventajas.

Por ejemplo:

Pueden ser más difíciles de utilizar porque un soldador tiene que levantarse

la máscara cada vez que desea examinar la junta, adoptar nuevamente la posición

de soldadura, prepararse para soldar y luego volver a bajarse la máscara cuando

es el momento de reiniciar el arco. Este movimiento repetitivo puede provocar

tensión y fatiga del cuello después de un día de trabajo.

En espacios reducidos o limitados, puede ser difícil levantar y volver a bajar

la máscara.

Los soldadores con menos experiencia pueden encontrar dificultades para

mantener la pistola MIG, la antorcha TIG o la barra del electrodo en la posición

correcta para reiniciar la soldadura una vez que bajan nuevamente la máscara. Un

mal comienzo puede dar lugar a defectos de soldadura, algo que todo soldador,

obviamente, desea evitar.

Por ende el equipo de trabajo opto por fabricar un casco o careta, capaz de

solucionar los diversos problemas con las caretas comunes y sencillas, dando a

13

todo solador la facilidad de adquirir un apoyo para un trabajo de calidad ya sea en

cualquier caso, para soldadores expertos e inexpertos.

El punto principal es poder solucionar los movimientos y/o la perdida de la

posición al levantar la careta o casco cada que se realiza una soldadura, y

solamente mediante los sensores de calor iluminar u oscurecer el vidrio por el cual

se observa el trabajo realizado evitando así la fatiga muscular y la perdida de la

posición exacta de soldeo.

4. OBJETIVO GENERAL

Innovar lo que hasta ahora es convencional en el ámbito de la herrería,

balconería, en general de todo trabajo que ha de utilizar soldadura. Pretendiendo

realizar un producto novedoso, como lo es una careta de soldar inteligente en

donde se implemente la programación y la electrónica, para incrementar precisión

y reducir tiempo al momento de trabajar. Remarcando el impacto (ventajas y

desventajas) que tiene la tecnología hoy en día sobre la sociedad.

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5. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Crear una careta de soldadura inteligente como alternativa para facilitar el

uso y manejo de dicho dispositivo a la hora de soldar, utilizando componentes

tales como circuitos integrados, sensores y motores.

Elevar la eficacia y eficiencia en el área laboral de la soldadura en cuestión

de tiempo, exactitud y productividad, a fin de aprovechar al máximo los avances

tecnológicos, específicamente en el tema de la electrónica y así, contar con la

aceptación del público.

Lograr introducir una herramienta nueva y tecnológica en el mercado que

soluciona el problema de las quemaduras en las corneas de los ojos, que se dan

por la falta de sincronía entre el momento de soldar y el de bajar la careta,

automatizando un sistema a base de sensores que, al haber luz o no, cubra o

descubra el vidrio protector.

6. HIPÓTESIS

El diseño ergonómico de la careta inteligente cubrirá todas las

necesidades del usuario por su diseño y tecnología, tomando en cuenta

los comentarios opiniones en las encuestas y entrevistas.

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7. JUSTIFICACIÓN

Debido a los riesgos que se pueden llegar a suscitar en los trabajos

de balconera, herrería o en las construcciones de estructuras metálicas

para galeras etc. El diseño de esta careta está pensado para poder

evitar o bien reducir los riesgos en nuestro trabajo, ya que la seguridad

es lo primordial.

Por tal motivo está pensado el proyecto de la careta inteligente

para poder evitar riesgos. La careta inteligente contara con la

implementación de un tipo distinto de tecnología la cual no cuentan las

antiguas caretas y un diseño innovador el cual marcar la diferencia.

Con el diseño que esta careta cuenta es lentes deslizables además

la parte de la boca también será deslizable, ya que con este diseño se

pretende que los usuarios no tengan la necesidad de estar levando la

careta cada vez que deje soldar con ello reducir un poco de tiempo

empleado en el trabajo de soldadura.

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8. MARCO TEÓRICO.

8.1. Soldadura.

¿Qué es soldar? Soldar es el proceso de unir o juntar metales, ya sea que

se calientan las piezas hasta que se fundan y se unan entre sí o que se calienten

a una temperatura inferior a su punto de fusión y se unan o liguen agregando un

metal fundido como relleno. Otro método es calentarlas hasta que se ablanden lo

suficiente para poder unirlas con un martillo a presión. También se usa la

soldadura de punto, en la que se produce la unión de piezas mediante un arco

eléctrico que provoca la fusión puntual de las mismas. [1]

8.2. Diseño.

En máscaras de soldar existen diferentes diseños, también combinadas con

un casco de seguridad para realizar trabajos en obras y con adaptaciones para

proteger los ojos cuando haya que limpiar escoria.

Las pantallas de mano tienen aplicación en trabajos de armado y punteado

por soldadura; su uso no es conveniente en la altura o donde el operario requiera

sus dos manos para el trabajo.

El vidrio inactínico, cuya finalidad es proteger a los ojos de las radiaciones

(UV e Infrarrojas) debe ser seleccionado de acuerdo al amperaje utilizado. Debe

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mantener la buena visibilidad cambiando el vidrio protector, cuando haya exceso

de proyecciones.

Partes componentes de una máscara de cabeza.

1Visor

vidrio inactínico (filtro UV/IR)

máscara protectora

arnés de sujeción

El mayor interés por este tema surge a partir de descubrir un producto que

nace meramente funcional, cubriendo necesidades de seguridad laboral y va

sufriendo transformaciones no sólo por el avance tecnológico, sino también por la

incorporación del diseño.

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El análisis se centra en la INTERFASE2, siendo ésta el campo de acción del

diseñador. (Figura. 2)

Figura 2. Se analiza la interfase y la relación de uso/necesidad.

8.3. Que lo hace inteligente

Para la elaboración de la máscara para soldar inteligente se utilizan los

siguientes materiales:

8.3.1. MATERIALES:

2 SERVOMOTORES

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2 MOTORES

CABLE UTP

1 PROTOBOARD

1 CARETA

1 MICROCONTROLADOR PICAXE

1 FOTORESISTENCIA

L293

RESISTENCIA 1,6 K

1 PLASTILOCA

8.3.2. Datasheet de L293

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La tabla de funcionamiento para cada uno de los driver es la siguiente

Tabla de funcionamiento

Donde:

H= nivel alto 1

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L= nivel bajo 0

Z= alta impedancia

8.3.3. Configuración del servomotor

Primero es necesario construir un árbol de engranes que es la estructura de

un servomotor, el cual mediante el motor da un cierto un numero de vueltas.

El motor actúa sobre el engrane menor que es el engrane principal, de esta

forma, por cada vuelta que del engrane mayor el siguiente dará media vuelta, esto

se hace para que el ultimo engrane reciba el trabajo de la fuerza.

22

Pero para que el engrane actué como fuerza necesita un soporte que pueda

levantar el vidrio protector de la careta para soldar.

8.3.4. Configuración de la microcontrolador PICAXE

La programación es realizada en el programa picaxe y es escrita en c ++.

A continuación se explica cada parte de la estructura del programa:

Para comenzar se inicia con el comando readac el cual toma los datos

dentro de la dlr y lo almecena en b0 y hace una comparación:

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Entre mayor sea la intensidad de luz mayor será la resistencia que tenga y

si ese es el caso se ira a DOWN y en caso contrario será UP.

Esto quiere decir que la máscara se quedara inmóvil hasta que supere la

intensidad de luz prevista.

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En la siguiente simulación se muestra el proceso que efectúa el código del

microcontrolador, en el cual se muestra que el puerto 2 toma las 3 primeras

entradas, en este caso si se pone un número mayor a 20 la máscara sube.

8.3.5. Construcción de la mascareta para soldar

inteligente

Primero se ajustan dos soportes para la ventanilla que contendrá el cristal.

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Con la plastiloca se adhiere al metal que servirá como soporte para que

pueda levantarlo.

Se pega el motor del lado derecho el cual deberá estar a una altura que

permita mover la ventanilla del vidrio que protegerá a la máscara para soldar.

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8.3.6. Construcción de los circuitos para la

programación y uso de la picaxe.

El siguiente circuito es la conexión entre la computadora y el picaxe para su

programación y también el uso dentro del protoboard o placa.

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FOTORRESISTENCIA (LDR)

La fotorresistencia es un componente cuya resistencia varia al variar la

intensidad de luz que incide sobre la misma, es decir, su resistencia cambia según

el nivel de luz. Bajo luz brillante su resistencia es baja (típicamente alrededor de

1k) mientras que en la oscuridad su resistencia es muy alta (típicamente alrededor

de 1M).

A continuación se muestra el símbolo y la curva típica de resistencia contra

intensidad de luz para la fotorresistencia:

La fotorresistencia está conectada a la entrada 2 en configuración de divisor

de voltaje.

Por ultimo se pegan la protoboard dentro de la mascareta y se comprueba

su buen funcionamiento.

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9. IMPACTO

Como en el tema de diseño nos lo marca, el usuario necesita una interface

para poder trabajar, la parte importante es la de los ojos ya que necesita

protección, los trabajadores que probaron la careta podían ver claramente a su

alrededor con la careta puesta ya que no hay nada que le obstruyera la visión, y al

momento de soldar el vidrio protector se baja de forma automática al detectar la

luz de la soldadura, y en ausencia de esta luz regresaba a su posición original, las

personas de pruebas, que utilizaban las caretas convencionales, se sentían más

cómodas ya que no soltaban las piezas de trabajo para bajar o acomodar la

careta, como resultado, se podían mover y trabajar cómodamente y dar resultados

favorables y de calidad.

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10. CRONOGRAMA

3 Processing es un lenguaje de programación y entorno de desarrollo integrado de código abierto

basado en Java, de fácil utilización, y que sirve como medio para la enseñanza y producción de proyectos

multimedia e interactivos de diseño digital. Fue iniciado por Ben Fry y Casey Reas a partir de reflexiones en el

Aesthetics and Computation Group del MIT Media Lab dirigido por John Maeda. Se distribuye bajo la licencia

GNU GPL.

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11. PRESUPUESTOS

Producto Precio/u

FIBRA DE VIDRIO $50.00/mtr

Servomotores $300.00

Celda solar $300.00

Fotorresistencia $30.00

L293 $45.00

Arduino $400.00

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