16-1-2015 TAREA # 1

1.- ¿Explique por qué la velocidad de enfriamiento de una pieza soldada tiene

importancia para la soldadura?

El precalentamiento influye en la velocidad de soldeo, y el postcalentamiento ayuda a

eliminar tensiones en la zona de soldadura.

El precalentamiento es de mucha importancia porque al calentar la pieza antes del

soldeo se disminuye el gradiente de temperatura y por tanto disminuye la velocidad de

enfriamiento, reduciendo la formación de martensita.

El control de la velocidad de enfriamiento óptimo para las piezas soldadas influye en el

control del endurecimiento excesivo de la soldadura cuando dicha velocidad es

relativamente baja.

La velocidad de enfriamiento es la variación de temperatura de la soldadura respecto

al tiempo.

La velocidad debe ser baja para que no se altere la microestructura del metal, y para

que no se produzcan distorsiones de forma por la contracción.

La formación de fisuras en el material se debe a las fuerzas de contracción que se

originan durante los enfriamientos bruscos y dichas fuerzas son absorbidas por el

material del cordón, es por esta razón que los materiales deben ser dúctiles y la

ductilidad en los aceros depende del contenido de carbono. Las normas de

precalentamiento son de acuerdo al material base especificando el contenido medio de

carbono.

2.- Determinar la temperatura de precalentamiento (Tp), aplicando al menos

2 metodologías: (Seferian, AWS D1.1, Diagrama de COE)

1] Acero ASTM A36

Proceso SMAW - Junta tipo V

e = 20 mm

E7018

d = 4 mm

HI = 8 KJ/cm

Método de Seferian

Composición Acero A36:

TIPO C Si Mn P Si Cu Cr Ni Al

A-36 0,2 0,06 0,48 0,008 0,026 0,04 0,02 0,01 0,006

Ceq=%C+Mn4

+ Si4

Ceq=0,2+0,484

+ 0,0264

C eq1=0,33

Ceq=%C+Mn4

+ Si6

C eq2=0,2+0,484

+ 0,0266

C eq2=0,32

C eq prom=0,3

Tp=90−100 º C

AWS D1.1

Para el A36 tenemos según la D1.1, una temperatura de precalentamiento de

65 °C.

b] Acero ASTM A514 Gr B

C Mn Si V Mo Cr

0,15% 0,85% 0,2% 0,08% 0,17% 0,5%

Proceso SMAW Junta tipo V

I = 100 amp

V = 30 volts

v = 3 mm/seg

E 6010

e = 25 mm ,

Método de Seferian

Ceq=%C+Mn4

+ Si4

Ceq=0,15+ 0,854

+ 0,24

C eq1=0,41

Ceq=%C+Mn4

+ Si6

C eq2=0,15+0,854

+ 0,26

C eq2=0,4

C eq prom=0,4

Tp=150−160 º C

Método COE

Ec=25+25=50mm

H [ kJmm ]=V∗Iv

∗1

1000=

30volts∗100amp

3 [mms ]∗1

1000

H=1 [ KJmm ]

C eq=C%+Mn%6

+(Cr+Mo+V )%

5+

(¿+Cu )15

C eq=0,15+0,856

+ 0,5+0,17+0,085

C eq=0,44

EL 6010 ES UN ELECTRODO CELULOSICO---- SE ESCOGE LA “A” DE LA ESCALA.

Tenemos que la temperatura de precalentamiento estaría entre 120 a 125 °C.

c] Tubo de acero API 5LX60

e = 10,3 mm , HI = 1 KJ/mm , E 7010 A1 , d = 4 mm , Junta tipo V , σfl = 450 MPa

Método Seferian

TIPO C Si Mn P S Cu V Mo Al

API 5LX60 0,12 0,27 1,48 0,012 0,008 0,006 0.048 0.032 0,039

En este caso tenemos un acero de tuberías de baja aleación:

Ceq=%C+Cr+Mn9

+ ¿18

+Mo13

C eq=0,12+1,489

+ 0,03213

C eq=0,29

Según Seferian para aceros de baja aleación se tiene los siguientes rangos:

Para esta tubería no se requiere tratamiento térmico, según Seferian.

Diagrama de COE

Electrodo E7018: Electrodo celulósico, por lo que usamos la Escala A

Ec=10,3+10,3=20,6mm

H [ kJmm ]=V∗Iv

∗1

1000

H=1 [ KJmm ]

C eq=C%+Mn%6

+(Cr+Mo+V )%

5+

(¿+Cu )15

C eq=0,12+1,486

+ 0,048+0,0325

+ 0,00615

C eq=0,38

Según COE podemos ver que no se necesita precalentamiento.

d] Acero AISI 4140

e = 12,7 mm. Junta tipo V , σfl = 550 MPa. Proceso GTAW sin aporte.

Método de Seferian

TIPO C Si Mn P S Cu V Mo Al

API 5LX60 0,42 --- 0,95 0,04 0,05 ---- ---- 0.25 ----

Tenemos que el AISI 4140 es de baja aleación.

Por lo que utilizamos la siguiente ecuación:

Ceq=%C+Cr+Mn9

+ ¿18

+Mo13

C eq=0,42+0,959

+ 0,2513

C eq=0,54

En este caso estamos en el rango de 0,4-0,6 en donde necesitamos Precalentamiento

entre 200 y 400 °C.

3. Obtener la estructura de un acero inoxidable con la siguiente composición:

C = 0,02%, Cr = 18,5%, Ni = 12%, Mo = 2,6%, Mn = 1,8%, Si = 0,8%, N =

0,04%, según el diagrama de Schaeffler.

El cromo equivalente incorpora los elementos alfagenos (formadores de Ferrita) y el

níquel equivalente los elementos gammagenos (formadores de Austenita). Cada

elemento va multiplicado por un factor que depende de su grado de influencia en la

formación de Ferrita o Austenita respectivamente

Realizamos el cálculo del cromo equivalente y Niquel equivalente:

Cr eq=18,5+2,6+(1,5 x0,8 )+ (0,5x 0 )

Cr eq=22,3%

N ieq=12+(30 x 0,02 )+(0,5 x1,8 )

N ieq=13,5%

Al observar los resultados del Cr-eq y el Ni-eq podemos darnos cuenta que la formación

de ferrita es mayor que la formación de austenita, por lo tanto al ver el diagrama de

Schaeffler podemos corroborar esto obteniendo así la siguiente microestructura:

Austenita + Martensita + Ferrita (5%-10%)

4. Para reparar una carcasa de Hierro fundido gris ASTM N0. 40, de 10 mm de

espesor, el cual se ha fisurado en una longitud de 180 mm entre los

extremos,

Establecer un procedimiento de reparación que considere:

Método de soldadura, material de aporte, preparación de la junta, técnica de

soldeo.

El electrodo a soldar es un UTP 8 de 2.5 mm de diámetro a unos 60 amperios, si es

necesario una tercera o cuarta capa se soldará con UTP 84, la polaridad puede ser

directa o inversa, y el amperaje puede incrementarse un 30%

Los procedimientos para soldar fundiciones de hierro gris son soldadura oxi-acetilénica

para espesores pequeños y soldadura de arco eléctrico para espesores más grandes.

La soldadura de arco eléctrico puede ser con precalentamiento y sin precalentamiento

(soldadura fría)

Primero soldar dos cordones de 3 cm de una sola capa a manera de puente formando

un ángulo de 90° tanto en la derecha como en la izquierda de la fisura.

Preparar la fisura cincelando en forma de U sin ángulos agudos una profundidad de 4 a

5 mm de profundidad.

Limpiar y dejar libre de grasa y aceite y realizar el primer cordón, cuando ya se realice

el cordón martillar

Procedimiento

Mantenga el electrodo verticalmente con una longitud de arco de 3 a 4 milímetros. Es

necesario iniciar el arco en el borde del barreno y soldar circularmente de manera que

el depósito siga el contorno de la cavidad y la escoria se acumule en el centro de la

cavidad cónica.

La norma que rige es la siguiente: AWS A5.15

5.- Se requiere la soldadura en posición plana, en una junta de penetración parcial de 10 mm de profundidad en un elemento de acero de espesor 40 mm que tiene la siguiente composición.

Resultados del Análisis Químico(%Peso)

C Mn P S Si Cr Ni Mo Cu Al V0.40 0.65 0.025 0.008 0.23 1.03 0.13 0.17 0.04 0.08

Tratamiento Térmico

Temp de Carga

Tasa de Calentamiento

Temp de Mantenimiento

Tiempo de Mantenimiento

Medio de Refrigeración

T de revenido

Tiempo de retención

850oC 6h Oil 66oC 10h

Propiedades Mecánicas

Límite elástico [MPa] 600 NotaResistencia a la tracción

[MPa]735

Elongación (%) 25Reducción de Área (%) 62.5

Proponer dos procedimientos de soldadura con procesos de soldadura diferentes (SMAW, GMAW o FCAW) indicando los consumibles y los parámetros de soldadura, intensidad, voltaje, velocidad de soldeo.

Establecer la cantidad de calor que se ingresaría con cada propuesta y cuál sería el resultado desde el punto de vista de la metalurgia y de la resistencia mecánica del material depositado. Indicando las razones de orden técnico

Desarrollo:

Me dan datos de precalentamiento, por tanto procedemos a hallar el valor del carbono equivalente:

CE = 0.4 + 0.65/6 + (0.04+0.13)/15 + (1.03+0.17+0.08)/5

CE = 0.775

Este valor nos muestra que la junta necesitará postcalentamiento también

APLICANDO EL MÉTODO DE SEFERIAN:

Usaremos el proceso SMAW

Electrodo: E601

Debido a que necesitamos 60 ksi para el acero a soldar

Posición 1

Electrodo rutílico

Parámetros de soldeo:

V = 30 volts

I = 120 Amp

SEFERIAN:

REQUERIMIENTOS

Aceros al Carbono y baja aleación Al carbonoEspesor: e 40mmEquivalente químico:

0.6

Equivalente total del carbono:

0.72

Uso de la fórmula de precalentamiento:

242 oC

Uso de la gráfica de Seferian

245oC

Entonces se precalienta a 240oC y se realiza la junta soldada. Luego se enfría lentamente en aceite

Segunda forma:

GMAW, Electrodo ER80S- D2, Gas: argón-CO2, V=24Volts, I = 190 Amp, v=30cm/min en dos pasadas:

Análisis de precalentamiento:

AWS D1.1

REQUERIMIENTOS

Equivalente de carbono

0.8

Ubicar la posición de la zona:

Zona 1: Método de Control de hidrógenoZona 2: Método de Control de DurezaZona 3: Método de Control de hidrógeno

Zona 3

Aplicación del Método de Control de hidrógeno: (soldadura de filete, entre cada pasada)

Definir el parámetro de composición 0.5

Nivel de hidrógeno:H1: Hidrógeno extra bajo: < 5ml/100gPueden ser:

a. Electrodos de bajo hidrógeno secado entre 340 y 430 oC/hr

b. Electrodos con proceso SAW con alambre sólido limpio

H2: Bajo hidrógeno: <10ml/100gPueden ser SAW con fundente seco

H3: Hidrógeno no controlado:El resto de consumibles que no alcanzan los requerimientos

H1

H1 y H2Índice de Susceptibilidad: E

Restricciones:Bajo: describe juntas soldadas de filete y con biseles simples. Son libres de movimientoMedio: describe juntas soldadas de filete y con bisel en las cuales debido a que los elementos estructurales se encuentran fijos o parcialmente fijos, existe libertad reducida de movimientoAlto: Soldaduras en los cuales no existe casi libertad de movimiento (como los de gran espesor)

Medio

Temperatura mínima de precalentamiento entre pasadas: 150oC

Lo cual sigue siendo una temperatura alta de precalentamiento para proceder a realizar la soldadura.

Requisitos para el Método de COE:

Para aceros al Carbono-Manganeso (C-Mn)Contenido de Mn del 1% en adelanteC E IIW : entre(0.4% - 0.54% )

C: entre (0.15% -0.25%)

Definir la escala según el contenido de hidrógeno del consumible:Escala A: mayor que 10 ml/100gEscala B: 10ml/100g < X < 15ml/100gEscala C: 5ml/100g < X < 10ml/100gEscala D: menor a 5ml/100gEspesor combinado:

Calor neto aportado:

SEFERIAN:

REQUERIMIENTOS

Aceros al Carbono y baja aleaciónEspesor: eEquivalente químico:

Equivalente total del carbono:

Uso de la fórmula de precalentamiento:

Uso de la gráfica de Seferian

AWS D1.1

REQUERIMIENTOS

Equivalente de carbono

Ubicar la posición de la zona:

Zona 1: Método de Control de hidrógenoZona 2: Método de Control de DurezaZona 3: Método de Control de hidrógeno

Aplicación del Método de Control de Dureza: (soldadura de filete, pasada simple)

Definir la dureza en la ZAC:

Alto hidrógeno = 350 VickersBajo hidrógeno = 400 VickersDefinir Velocidad de enfriamiento:

Definir el Calor Aportado Mínimo:

Factor de multiplicación para el calor aportado:

Ala y alma del mismo espesor

Ala de 6 mm y alma de distintos espesores

Aplicación del Método de Control de hidrógeno: (soldadura de filete, entre cada pasada)

Definir el parámetro de composición

Nivel de hidrógeno:H1: Hidrógeno extra bajo: < 5ml/100gPueden ser:

c. Electrodos de bajo hidrógeno secado entre 340 y 430 oC/hr

d. Electrodos con proceso SAW con alambre sólido limpio

H2: Bajo hidrógeno: <10ml/100gPueden ser SAW con fundente seco

H3: Hidrógeno no controlado:El resto de consumibles que no alcanzan los requerimientos H1 y H2Índice de Susceptibilidad:

Restricciones:Bajo: describe juntas soldadas de filete y con biseles simples. Son libres de movimientoMedio: describe juntas soldadas de filete y con bisel en las cuales debido a que los elementos estructurales se encuentran fijos o parcialmente fijos, existe libertad reducida de movimientoAlto: Soldaduras en los cuales no existe casi libertad de movimiento (como los de gran espesor)

BIBLIOGRAFÍA:

Soldadura de hierro fundido.

http://www.empresaslary.com/sitio/soldaduras-de-hierros-colados

http://books.google.com.ec/books?

id=JE2RK4QupuoC&pg=PA138&lpg=PA138&dq=velocidad+de+enfriamiento+

de+la+pieza+soldada&source=bl&ots=G5Pvf4Tb_c&sig=_TUgOr62s4BcIKqoib

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Manual de Aceros Inoxidables-INDURA