Conceptos fundamentales de la tecnologia en soldadura

En la tecnología de la soldadura es importante dominar variedad de conceptos propiedades y característica de las sustancias, los cuerpos, sus estructuras y clasificaciones, diferencias entre mezcla y combinación, metales y aleaciones, propiedades y características de los metales tales como Límite de elasticidad.- Carga de rotura.- Alargamiento.-Dureza.- Resilencia, componentes de los aceros tales como el carbono, manganeso. Silicio. Cromo, níquel, molibdeno, azufre y fosforo

Summary

In welding technology it is important to master a variety of concepts properties and characteristics of substances, bodies, their structures and classifications, differences between mixture and combination, metals and alloys, properties and characteristics of metals such as Limit of elasticity.- Load of break.- Elongation.-Hardness.- Resilience, components of steels such as carbon, manganese. Silicon. Chromium, nickel, molybdenum, sulfur and phosphorus

Palabras claves:

Sustancias , metales , estructura ,mezcla ,combinación , Aleación ,elasticidad , rotura , alargamiento , dureza , resilencia , hierro , carbono , aceros ,manganeso ,silicio. , Cromo, níquel. Molibdeno, azufre y fosforo

Keywords

Substances, metals, structure, mixture, combination, Alloy, elasticity, breakage, elongation, hardness, resilience, iron, carbon, steels, manganese, silicon. , Chrome, Nickel. Molybdenum, sulfur and phosphorus

Conceptos fundamentales de la tecnología en soldadura

Clasificación de las sustancias por su composición.

Atendiendo a su composición, las sustancias pueden clasificarse en dos grupos:

Sustancias simples: son aquellas que no se pueden descomponer en otras más sencillas (hierro, cobre, plata, oro,…). Se pueden dividir en:

– Metales: poseen brillo y son buenos conductores del calor y la electricidad (hierro, níquel, oro, Plata,…)

– No-metales: carecen de brillo y son deficientes conductores del calor y la electricidad (oxigeno, hidrógeno, cloro,…).

– Sustancias compuestas: son las que se pueden descomponer, como por ejemplo la sal, que resulta de la combinación del cloro y del sodio. Se pueden dividir en:

-Orgánicas: en ellas entra a formar parte de su composición el carbono (alcohol, azúcar, urea,…).

– Inorgánicas: el carbono no forma parte de su composición (agua, sal común, ácido sulfúrico,…).

Clasificación de los cuerpos por su estructura.

Atendiendo a su estructura, los cuerpos se clasifican en:

a) Homogéneos: tienen aspecto y propiedades idénticas en todos sus puntos (agua, hierro, aire,…).

b) Heterogéneos: su aspecto y propiedades no son iguales en todos sus puntos (granito, hormigón,…).

–Diferencia entre mezcla y combinación.

Una mezcla es la reunión de varias sustancias que se pueden separar solamente por medios físicos (hormigón,…). Se puede realizar en cualquier proporción. El proceso de mezcla no desprende ni absorbe calor.

Una combinación es la reunión de varias sustancias que dan origen a un nuevo producto del que no se pueden separar los componentes solamente por medios físicos, sino por reacciones químicas (agua,…). Su proporción es definida e invariable. El proceso de combinación puede absorber o desprender calor. –

Aleación.

En muchas ocasiones, el metal puro no reúne las condiciones necesarias para ser utilizado en la fabricación de herramientas, piezas de máquinas,… y se requiere añadirle porciones variables de otros elementos metálicos o no-metálicos para conseguir las propiedades que exactamente corresponden al uso al que ha de ser destinada la aleación.

Desde el punto de vista físico, toda aleación es una mezcla más o menos homogénea.

Desde el punto de vista químico, las aleaciones pueden considerarse como uniones de metales o incluso con no-metales, ya que se han realizado a unas temperaturas, presiones y proporciones adecuadas para que el producto final corresponda a unas ciertas propiedades que se han previsto de antemano.

Las aleaciones pueden ser resultado de la unión:

– metal+metal: Ej. : Cobre + Zinc => Latón

– metal+ metales: Ej. : Cobre + Estaño + Zinc => Bronce

– metal+ no-metal: Ej. : Plomo + Arsénico => Plomo de perdigones

– metal+ metales +no metales: Ej. : Cobre + Estaño + Plomo + Antimonio + Arsénico +

+… => Metal Babbitt

Propiedades mecánicas de los metales.

– Fragilidad: un sólido es frágil cuando se rompe con facilidad al golpearlo.

– Tenacidad: se trata del caso contrario a la fragilidad.

– Elasticidad: un sólido es elástico cuando es capaz de deformarse ante la acción de una fuerza y volver a su forma inicial cuando cesa la fuerza que lo deformó.

– Dureza: un sólido es duro cuando presenta resistencia a ser rayado.

– Ductilidad: un sólido es dúctil cuando presenta la propiedad de poder estirarse en hilos.

– Maleabilidad: un sólido es maleable cuando presenta la propiedad de poder extenderse en láminas.

Medidas de las características mecánicas de los metales

Las características mecánicas de los metales son las siguientes:

– Limite de elasticidad.

– Carga de rotura.

– Alargamiento.

-Dureza.

– Resilencia

Limite de elasticidad.

El límite de elasticidad es la tensión máxima que puede soportar un metal sin sufrir deformación permanente. Su medición se realiza en un ensayo destructivo de tracción.

Su valor viene dado por:

Donde:

Pe: Carga límite de deformación elástica

So: Sección de la probeta antes de la rotura

Carga de rotura.

Una vez que en el ensayo de tracción se ha sobrepasado el limite elástico, el metal sigue deformándose, esta vez de forma permanente, hasta que llega el punto en que el metal se parte. Este punto es el llamado de Carga de Rotura.

En la figura siguiente se refleja tanto el límite elástico como la carga de rotura:

Para cuantificar los valores de carga de rotura, se emplea la expresión:

Donde:

Pm: Carga máxima

So': Sección de la probeta después de la rotura.

Alargamiento.

Una vez rota la probeta, uniendo las dos partes se puede medir su longitud final.

Sabiendo su longitud inicial, el alargamiento vendrá indicado por la siguiente expresión:

Donde:

L: Longitud final de la probeta después

1 de la rotura

L: Longitud inicial de la probeta antes O de iniciarse el ensayo de tracción.

A: Alargamiento proporcionado en %

Dureza

Existen diversos ensayos para medir la dureza, tales como el ensayo de dureza al rayado, a la lima,…; pero el que está más generalizado es el ensayo de dureza a la penetración. Uno de ellos es el ensayo Brinell, que se muestra a continuación:

El valor de dureza Brinell viene dado por la expresión resultante del cociente entre la carga aplicada a la bola de acero y la sección de la huella producida en la superficie del metal a ensayar:

Resilencia

La resilencia se define como la energía consumida en la rotura de una probeta que ha sido sometida a un ensayo de choque por medio de un martillo especial, tal y como se muestra a continuación:

Por tanto, la resilencia mide la TENACIDAD del material.

El Hierro

ESTADO NATURAL.

El hierro se encuentra en la naturaleza en forma de óxidos de hierro, formando parte de diversos minerales (hematites parda, hematites roja, magnetita, siderita, pirita,…).

Es uno de los metales que mayor facilidad tiene para unirse al oxígeno, motivo por el cual es difícil hallarlo libre en la naturaleza.

En estado puro es un metal blanco azulado, dúctil y maleable, que funde a los 1536 °C. Es un buen conductor de la electricidad y se imanta fácilmente.

El hierro puro tiene pocas aplicaciones industriales, por lo que se alea con otros elementos para obtener propiedades mejoradas. Las aleaciones más importantes son de hierro al carbono.

Aleaciones de hierro con carbono.

En función del porcentaje de carbono, las aleaciones de hierro con carbono se dividen en:

• ACEROS: su contenido en carbono es inferior al 1,76 %

• FUNDICIONES: su contenido en carbono se sitúa entre valores del 1,76 % y el 6,67%

COMPONENTES DE LOS ACEROS.

Para conferir al acero definitivo determinadas propiedades mecánicas, se añaden a los aceros otros elementos además del carbono: silicio, manganeso,…

Además, los aceros contienen impurezas que son nocivas, tales como el azufre y el fósforo.

CARBONO.

En estado puro, el carbono se encuentra bajo las formas de diamante y grafito; en estado amorfo, en el carbón piedra, antracita, lignita,…

En los aceros, repercute en gran medida sobre las características mecánicas y en su soldabi1idad. De esta manera, a mayor porcentaje de carbono, mayor dureza del acero, aunque aumenta el riesgo de temple y disminuye su soldabi1idad.

MANGANESO.

En cantidades moderadas, el manganeso es beneficioso para el acero, ya que se combina con el oxigeno más fácilmente que el hierro, además de con otras impurezas tales como el azufre.

En cantidades excesivas produce efectos parecidos a los del carbono.

SILICIO.

En cantidades moderadas, también se combina con el oxigeno más fácilmente que el hierro. En cantidades excesivas, los efectos que produce son parecidos a los del carbono.

CROMO.

En cantidades específicas, confiere a los aceros características de inoxidabilidad.

Por la facilidad que presenta para combinarse con el carbono, puede formar ciertos compuestos que son duros y frágiles.

A medida que aumenta el porcentaje de cromo, disminuye su soldabilidad.

NÍQUEL.

Añadido en los aceros, mejora las características de resistencia y alargamiento de los aceros.

A medida que aumenta el porcentaje de níquel, aumenta el riesgo de temple y disminuye su soldabilidad.

MOLIBDENO.

Aumenta la resistencia de los aceros al calor, pero su contenido debe ser muy pequeño, ya que en caso contrario hay riesgo de temple y se hace difícil su soldabi1idad.

En los aceros inoxidables mejora su resistencia a la corrosión.

AZUFRE Y FOSFORO.

Son los causantes en muchas ocasiones de la formación de grietas en caliente y en frío. Durante la soldadura, favorecen la aparición de poros, sopladuras y fisuras.

Hay que limitar las cantidades de cada uno de ellos por debajo de 0,04%, no sobrepasando nunca la suma de los dos el 0,07%.

Bibliografía

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COMPLEMENTARIA:

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Metalografía de la soldadura DOC. PDF

Soldadura con electrodo recubierto. DOC. PDF

Clasificación de las soldaduras. DOC. PDF

Gases para soldadura. DOC. PDF

Física del arco eléctrico DOC. PDF.

Equipos y accesorios para soldadura. DOC. PDF

Gases de protección para la soldadura. DOC. PDF

10 reglas de seguridad oxiacetilénica. DOC. PDF

Autor:

Msc. Emilio Cutino Blanco

Coautores:

Msc. Noldis Felipe Hernández Cáceres

Msc. Orlando Fernández Barrera