Tensiones en la construcción de la Economía Solidaria: una mirada a los procesos subjetivos.
TENSIONES TÉRMICAS
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TENSIONES TÉRMICAS Balladares, Morayma., Oñate, Cristhian., Rodríguez, Cristóbal., Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Universidad Técnica de Ambato, Ambato, Ecuador [email protected] [email protected] [email protected] 1.- INTRODUCCIÓN: En la industria el proceso de soldadura se ha vuelto indispensable para su funcionamiento, en nuestra formación como ingenieros mecánicos, en el campo profesional nos veremos envuelto en muchos problemas de este tipo. Se deben tomar en cuenta muchos aspectos a la hora de considerar una soldadura tal es como costos, tipo de soldadura, diseño de juntas, precalentamiento de la junta, etc. 2.- DESARROLLO: Aplicación de la soldadura Figura 1: Junta Soldada a estudiar Fuente: Autores. Nuestra junta soldada se encuentra en un tanque de almacenamiento de oxigeno del hospital del seguro social en Ambato La junta soportara grandes presiones por aire comprimido que será almacenado 1
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TENSIONES TÉRMICAS
Balladares, Morayma., Oñate, Cristhian., Rodríguez, Cristóbal.,
Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Universidad Técnica deAmbato, Ambato, Ecuador
1.- INTRODUCCIÓN:
En la industria el proceso desoldadura se ha vueltoindispensable para sufuncionamiento, en nuestraformación como ingenierosmecánicos, en el campoprofesional nos veremos envueltoen muchos problemas de estetipo.
Se deben tomar en cuentamuchos aspectos a la hora deconsiderar una soldadura tal escomo costos, tipo de soldadura,diseño de juntas,precalentamiento de la junta,etc.
2.- DESARROLLO:
Aplicación de la soldadura
Figura 1: Junta Soldada aestudiar
Fuente: Autores.
Nuestra junta soldada seencuentra en un tanque dealmacenamiento de oxigeno delhospital del seguro social enAmbato
La junta soportara grandespresiones por aire comprimidoque será almacenado
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Figura2 : Tanque dealmacenamiento de Aire
Fuente: Autores.
El material del tanque es aceroinoxidable por lo cual se haseleccionado un tipo desoldadura MIG
Clasificación de la soldadura
La soldadura se clasifica envarias y tienen diferentesaplicaciones como:
Figura 3: Clasificación deSoldadura
Fuente: Autores.
Principio de Soldadura MIG
Se denomina soldadura a gas conarco metalico por gas queprotege al proceso este en elcaso de nuestra junta será deargón [1]
Figura 4: Proceso MIG
Fuente: Gonella, María. [2].
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Selección de la Soldadora
Soldadora Indura Gold Star 852[1]
Figura 5: Proceso MIG
Fuente: Catalogo Indura.
ZONA METALÚRGICA DE LA SOLDADURA
Figura 6: Zonas de lasoldaduraFuente: S.M, Adrian. [1].
Figura 7: Zonas de lasoldaduraFuente: Gonella, María. [2].
Donde:A.- Metal baseB.- Zona afectada por elcalor (ZAC)C.- El depósito de lasoldadura
DESARROLLO DE LA ESTRUCTURA DELMETAL FUNDIDO
La microestructura inicial delacero inoxidable superdúplex SAF2507 consta de las fases ferritay austenita, con un 54% deferrita (color obscuro) y un 46%de austenita (color claro). [3].
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Figura 8: Zonas de la soldadura
Fuente: Maldonado, C. [3].
Teniendo una composición incial:
Tabla 1: Zonas de la soldadura
Fuente: Maldonado, C. [3].
Una vez dado la alteración de sumicroestructura inicial debido atodos los ciclos térmicos queexperimentaron se obtiene:
Tabla 2: Zonas de la soldadura
Fuente: Maldonado, C. [3].
Figura 9: Microestructura en launión C1.
Fuente: Maldonado, C. [3].
Figura 10: Microestructura en launión C2.
Fuente: Maldonado, C. [3].
Figura 11: Microestructura en launión C3.
Fuente: Maldonado, C. [3].
CICLO TÉRMICAMENTE AFECTADO POREL CALOR:
Para este ítem se procede atomar en cuenta los siguientesparámetros:
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1) Flujo de calor estable 2) Fuente de calor 3) Calor de fusión despreciable 4) Propiedades térmicasconstantes 5) Sin pérdida de calor de lasuperficie de la pieza detrabajo 6) Sin convección en la piletade soldadura
Conociendo estas normas seprocede a realizar el desarrollode nuestra soldadura:
Se tienen de datos:D =1.5 mAltura=4mIntensidad= 110AVoltaje= 10VVelocidad de avance= 7-8cm/minFlujo de gas= 7 lt/minEs un proceso MIG
Por lo que se fijan comodatos los siguientes:
Tabla 3: Propiedades de lasuniones de la soldadura.Fuente: Autores
Para cada C es un estudio dela temperatura vs. el tiempo.
Para los cálculos del ciclo
térmico ZAT se tienen lossiguientes datos:
Tabla 4: Propiedades delmaterial base.Fuente: Maldonado, C. [3].
Por considerarse placa finapor tener un espesor de 6mm,se aplican las siguientesecuaciones:
Una vez evaluadas cada cicloen su temperatura vs. el
tiempo se tienen la siguientegrafica en Excel
Figura 12: Microestructura enla unión C3.Fuente: Autores
SOLDABILIDAD DE JUNTAS SOLDADAS
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Para esta junta soldada seestableció el siguiente modelo:
Figura 13: Soldabilidad de lajunta soldada.
Fuente: Autores
TIPOS DE FISURAS Y SUCLASIFICACIÓN:
Las fisuras se clasifican en
Fisuras de solidificación Fisuras en caliente Fisuración por hidrogeno Fisuración por
recalentamiento
FORMAS Y CAUSAS DE FISURACIÓN
Fisuras longitudinales
Figura 14: fisuraslongitudinales.
Fuente: SOLDARGEN. [4].
Fisuras transversal
Figura 15: fisuraslongitudinales.
Fuente: SOLDARGEN. [4].
Fisura radial
Figura 16: fisuraslongitudinales.
Fuente: SOLDARGEN. [4].
DEFECTOS DE LA SOLDADURA
A continuación se muestran losdefectos que sufre el tanquedespués de ser soldado:
Figura 12: corrosión en elcordón de la soldadura.Fuente: Andrade, Víctor.
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[5].
Figura 17: picaduras en lasparedes verticales deltanque.Fuente: Andrade, Víctor.[5].
Figura 18: picaduras ysoldaduras observadas en eltanque.Fuente: Andrade, Víctor.[5].
FORMAS DE EVITAR ELAGRIETAMIENTO
Usar metales de aportebajos en hidrogeno cuandosea posible. [6]
Tener cuidado con el ajustey diseño de la junta. [6]
Hacer lo correspondiente ylo adecuado antes y despuésde la soldadura.
Combinar apropiadamente lasresistencias tanto delmetal base como el metal deaporte o en nuestro casocon las propiedades del gasy de la maquina soldadora.
Usar un manejo de procesoadecuado.
Hay que proporcionar unavelocidad de soldaduraadecuada.
Dependiendo del materialcon que se trabaje haceruna correctoprecalentamiento. [6]
Temperatura de Precalentamiento
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Figura 19: Junta paratemperatura de precalentamiento
Fuente: Autores
Material SAF 2507 – ElectrodoER70–S- 6
SAF 2507%C 0,055%Si 0,407%Mn 0,882%Cr 23.4%Mo 3.238%Ní 5.78Tabla 5: Propiedades delmaterial base.
Fuente: Autores
a) Método BWRA
[CE]=%C+ %Mn20
+%Ní15
+ %Cr+%Mo+%V10
[CE]=0,055+0.88220
+5.7815
+23.4+2.238
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[CE]=3.04
Para electrodo ER 70-S6 – Electrodo para Acero Inoxidable
Índice de soldabilidad para CE= 3.04 Letra G
NST=C∗E6
NST=24∗26
NST=8
Con D= 0.9mm; Letra G y NST 8.
Para NST 8, diámetro= 0.9 mmÍndice de soldabilidad
T de precalentamiento
E 200F 225G XTabla 6: Propiedades delmaterial base.
Fuente: Autores
Tp = 250 °C
Diseño de junta soldadas
Para láminas en tubería ocilindro.
e= 50 mm
R= 0 mm
Figura 19: Medidas Tanque deOxigeno
Fuente: Autores
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Costos de soldadura
A partir del programa creado porlos propios autores:
Para los sigueintes datos:
-Longitud de junta =π∗D
¿π *1,5 m= 4,71 m 5 m
- Tipo de junta: Tipo 6 ,cilindros.
-Espesor de placa: 50 mm51 mm(más cercana disponible paracálculo)
-Proceso: MIG Sólido
-Material: Alambre ER 10 S 6
-Diámetro de alambre= 0,9 mm
-Sueldo del soldador= $400
-Calidad del soldador= Rápido
-Tipo de GAS: Argón
Figura 20: Costos de Soldadura
Fuente: Autores (Programa EXCEL)
Aplicando los mismos datos, conla única variación del gasutilizado, tenemos:
-Tipo de GAS: CO2
Figura 21: Costos de Soldadura
Fuente: Autores (Programa EXCEL)
Causas y soluciones para evitardefectos de soldadura
-Porosidad: Se produce alenfriar la soldadurasúbitamente, como consecuencia,partes del cordón se llenan dematerial sólido no deseado,similar a la escoria. Paraevitar este problema, hay queusar procesos de enfriamientonaturales, pues además de la
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porosidad la dureza también seve afectada. [6]
-Inclusiones no metálicas:Producidas por la utilización deelectrodo contaminado o bien enun ambiente que incluyaelementos ajenos a nuestrasoldadura. Es sobretodo un errorde estética. Para evitarlo sedebe preparar bien la zona detrabajo además de usarelectrodos de calidad. [7]
-Agrietamiento: Ocurre por lapresencia de esfuerzosmultidireccionales en la junta,suele aparecer más comúnmenteuna vez que se ha enfriado lajunta soldada, y así como laporosidad, suele aparecer debidoa enfriamiento súbito. Se evitaal usar procesos de enfriamientonaturales, y además con unestudio de las fuerzas queintervienen [8]
-Erosiones: Existen diferentescausas de estos fallos, las máscomunes son: exceso de rebajado,martillazos, golpes, restos deelectrodos; es un error humano,por lo tanto se puede evitarestos defectos teniendo cuidadoen el momento de maquinar lajunta. [8]
-Huellas: Es común que seproduzcan como huellas demecanizado y de amoldado,resultado de la impericia deltrabajador; para que noaparezcan estos errores serequiere sólo de habilidad parael maquinado de piezas. [8]
-Salpicaduras: Generadas por elefecto del electrodo cuando sesomete a condicionesinapropiadas, se regula encierto grado si controlamos elamperaje utilizado, la posicióndel electrodo y la pieza; ademáspodemos pulir y maquinar lapieza para solucionar elproblema. [8]
-Exceso o falta de penetración:Aparece debido al uso apropiadode técnicas según el espesor dela placa; la norma AWS D11contiene una sección en la quepodemos apreciar procesosadecuados de diseño de juntas deacuerdo al espesor de lasplacas.
-Concavidad, externa o interna:Así como los defectos en lapenetración, las concavidadesaparecen por el uso inadecuadode técnicas de diseño de juntas,
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sólo que en éstas, se producepor usar distancias o raícesinadecuadas; la norma AWS D11contiene una sección en la quepodemos apreciar procesosadecuados de diseño de juntas deacuerdo a la raíz necesaria paralas placas utilizadas. [9]
-Socavaduras, anterior oposterior: Se produce cuando lajunta ha sido diseñada de formaincorrecta, el biselado es muygrande por ejemplo; serecomienda habilidad en elmanejo de herramientas alpreparar la junta, para evitareste defecto. [9]
-Aplicación de Formatos WPS conPQR
Figura 20: Aplicación WPS y PQR
Fuente: NORMA WPS
3.- CONCLUSIONES
El proceso de soldaduraseleccionado es MIG por queel tanque de almacenamientoes de acero inoxidable.
Se requiere realizartemperatura deprecalentamiento dealrededor de 250°C
Los principales defectosque se dan en la soldaduracomo es la corrosión sedeben al prolongadocontacto de las planchas deacero inoxidable utilizadosen la fabricación deltanque de aire, pues estaal aire libre expuesto alluvias, rayos del sol ocualquier tipo de agentecorrosivo.
Una recomendación paradespués de la soldadura esnecesario una correctalimpieza de la superficiede las planchas de aceroinoxidable que estánconformando el tanque,además de la limpieza en
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los cordones que debenquedar sin salpicaduras desoldadura ni restos de losdemás materiales que seusaron en la fabricacióndel tanque. en limpieza dela superficie de lasplanchas de acero
Cuando se trata desoldadura en acerosinoxidables la elección deun adecuado material basees fundamental pues esimportante saber laaplicación que se le daráal mismo, de la mismamanera se debe tener biendefinido parámetros como:las temperaturas a las queva a ser expuesto, ladensidad, el flujo del gas,la velocidad de soldadura,etc. Por ser materiales untanto difíciles de trabajarrequieren de mayoresprecauciones y medidas depreventivas para tener unasoldadura buena.
Para el diseño de la junta,no se requiere de unaseparación entre láminas,es decir, R=0 (sin espaciode raíz), se puede prepararla junta en X o en V.
Entre soldar con Argón oCO2, la soldadura MIG másbarata resulta con Argón, ymás cara con CO2 por más de$50; la soldadura conAGAMIX tiene un preciointermedio.
Para evitar los defectos desoldadura más comunes ycríticos, como losmencionados en estedocumento, se requiere deutilizar temperaturas deprecalentamiento yenfriamiento adecuados, unbuen estudio de losesfuerzos efectuados ysobretodo, habilidad porparte del soldador.
Incluir lasespecificaciones desoldadura en un formato WPS– PQR facilitaría eltrabajo del soldador ygarantiza que el mismocumpla con nuestrosrequerimientos.
5.- RECONOCIMIENTOS
A la UTA por ser nuestra fuentede conocimientos.
6.- REFERENCIAS
[1] [1]. S.M, Adrian. ZonaZAC. Online, disponible en:http://goo.gl/S4mQvz
[2]. Gonella, María. Procesosde Manufactura. Online,disponible en:http://goo.gl/Q95wcG
[3]. Maldonado, C. Efecto delos ciclos térmicos. Online,disponible en:http://goo.gl/40oXDr
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[4]. SOLDARGEN. Defectos delsoldeo por arco. Online,disponible en:http://goo.gl/iAVikJ
[5]. Andrade, Víctor.Determinación de las causas delos daños por corrosión entanques de almacenamiento deacero inoxidable. Online,disponible en:file:///C:/Users/Admin/Downloads/343-1340-1-SM%20(1).pdf
[6] AYALA, Jorge (2006); PEMEXRefinería, Taller de soldadura,Calificación de Procedimientosde soldadura; Salamanca;
[7] VÁSQUEZ, Sergio (2004);Taller de Soldadura, Defectos desoldadura; Universidad Nacionalde Chile, Santiago de Chile.
[8] NORMA ASME; Construcción deCalderas y Recipientes apresión; Sección IX;Calificación de soldadura,Calificación de soldadores.
[9] NORMA AWS; Apartado AWSA5.4; Acero Inoxidable.
[10] NORMA WPS; Apartado WPS-AI;Acero Inoxidable; Procesosaplicados para tuberías de aceroinoxidable.
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