UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERÍA...

UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

INFLUENCIA DEL MODO DE TRANSFERENCIA DEL APORTE EN UN PROCESO GMAW SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y

MICROESTRUCTURALES DE UN ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO AISI-304

CUTILLO F. ALFONSO J

PEÑA L. JOSE R.

Valencia, Noviembre de 2009




INFLUENCIA DEL MODO DE TRANSFERENCIA DEL APORTE EN UN PROCESO GMAW SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y

MICROESTRUCTURALES DE UN ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO AISI-304

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE

UNIVERSIDAD DE CARABOBO PARA OPTAR AL TÍTULO DE

INGENIERO MECÁNICO

TUTOR: ING. TORRES, CARMELO CUTILLO F. ALFONSO J

PEÑA L. JOSE R.

Valencia, Noviembre de 2009




CERTIFICADO DE APROBACIÓN Quienes suscriben, Miembros del Jurado designado por el Consejo de Escuela de Ingeniería Mecánica para examinar la Tesis de Pregrado titulada “INFLUENCIA DEL MODO DE TRANSFERENCIA DEL APORTE EN UN PROCESO GMAW SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y MICROESTRUCTURALES DE UN ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO AISI-304”, presentada por los bachilleres: Cutillo Alfonso y Peña José, portadores de la Cédula de Identidad Nº: 17.776.949 y 18.257.071, respectivamente; hacemos constar que hemos revisado y aprobado el mencionado trabajo.

_______________________

Prof. Carmelo Torres, Ing. Presidente del jurado

_______________________ Prof. Franklin Camejo, Ing.

Miembro del jurado

________________________ Prof. Luis Sidorova, Ing.

Miembro del jurado

En Naguanagua a los 06 días del mes de Noviembre de 2009

AAggrraaddeecciimmiieennttooss

Al profesor Carmelo Torres por brindarnos toda su ayuda, apoyo y colaboración a lo largo de la realización de este Trabajo Especial de Grado.

A ININCA por habernos permitido la realización de las uniones soldadas, facilitando sus equipos, material y personal calificado.

A todas las personas que nos prestaron su colaboración en la realización de este trabajo.

A los técnicos y personal calificado del laboratorio de materiales de la Facultad de Ingeniería Mecánica.

DDeeddiiccaattoorriiaa

A Dios primeramente por darme todas las fuerzas y energías para

alcanzar mi meta.

A mis padres, por darme la vida y estar siempre a mi lado,

brindándome todo su amor, apoyo, confianza. Por enseñarme que

siempre hay que esforzarse y luchar para alcanzar las metas. Gracias

por ser siempre mi fuente de inspiración.

A mis hermanos por contar siempre con ellos, darme todo su apoyo y

colaboración en todo momento de mi vida.

A una persona muy especial para mí, por siempre apoyarme y

ayudarme en todo momento incondicionalmente, por amarme,

brindarme su compañía y ser una inspiración en mi vida.

. A mi compañero de tesis por brindarme su amistad, su confianza y

su apoyo. Por haber alcanzado nuestra meta.

Alfonso J. Cutillo F.

Primeramente a Dios por iluminar mis pasos y acompañarme durante todo el

tiempo de mi vida y a todos los de arriba que me acompañan siempre.

A mis padres por su dedicación por darme la vida, confianza, amor, mucha

paciencia y todo su apoyo incondicional para seguir adelante además de ser

la base fundamental y soporte principal en el desarrollo de todos los

aspectos de mi vida, en especial la culminación de mi carrera, sin ellos no

creo que lo lograría. Gracias por creer en mí.

A mis hermanas por su, amistad, consejos, amor, confianza y esa seguridad

de que lograría cumplir con esta gran meta.

A mi novia que es esa persona tan especial para mí que siempre estuvo

conmigo apoyándome, dándome fuerzas para que no decayera y siguiera

luchando por mis objetivos, a ella por su amor, compañía, ayuda y apoyo

incondicional.

A mi compañero de tesis por toda la ayuda que de una forma desinteresada

me ofreció.

A mi amigo Franklin López que siempre me ayudó, apoyó, me dio su

consejo y me tendió su mano en los momentos que más lo necesité.

José R. Peña L.

DDeeddiiccaattoorriiaa

RReessuummeenn

La soldadura GMAW es uno de los procesos más utilizados en la actualidad

para la unión de los aceros y de la mayoría de los metales no ferrosos y sus

aleaciones. Entre los tipos de soldadura que comprenden la GMAW está el

proceso de soldado básico MIG el cual incluye tres técnicas o forma de

transferencia muy distintas como lo son: Transferencia por Cortocircuito,

Transferencia Globular y la Transferencia por Arco Rociado; estas técnicas

describen la forma como el metal es transferido desde el alambre (electrodo)

hasta la soldadura, es por ello que surge la necesidad de evaluar la

influencia del modo de transferencia del material de aporte sobre las

propiedades mecánicas y microestructurales del metal base. Para evaluar la

influencia del aporte de material sobre las propiedades mecánicas se

realizaron ensayos de tracción, doblado y microdureza; mientras que para

evaluar las propiedades microestructurales se realizó un análisis de

microscopia óptica. Obteniendo mayores valores de dureza en las juntas

soldadas mediante la transferencia de aporte por corto circuito, mayor

resistencia a la tracción en las juntas soldadas mediante la transferencia por

arco rociado, lo que implica mayor ductilidad en las juntas; y mejor

uniformidad, penetración y distribución del material de aporte en las juntas

soldadas por corto circuito. Se recomienda realizar estudios de las juntas

mediante ensayos de impacto, área de penetración y ensayos de fatiga, para

así tener mayor información acerca de la influencia del modo de aporte de

material en un acero austenítico.

i

ÍÍnnddiiccee ggeenneerraall

Índice general i Índice de figuras iv Índice de tablas vi

Introducción 1 CAPÍTULO I El Problema 3 1.1 Situación problemática, 3 1.2 Planteamiento del problema, 3 1.3 Objetivos, 4 1.3.1 Objetivo General, 4 1.3.2 Objetivos Específicos, 4 1.4 Justificación, 5 1.5 Delimitación, 5 1.6 Limitaciones, 6 1.7 Antecedentes, 6 CAPÍTULO II Marco teórico 11 2.1 Aceros, 11 2.1.1 Concepto, 11 2.1.2 Microestructuras de los aceros, 11 2.1.3 Soldabilidad de los aceros, 17 2.1.3.1 Soldadura por arco eléctrico, 18

2.1.3.2 Elementos presentes en la soldadura por arco eléctrico, 18

Influencia del modo de transferencia del aporte en un proceso GMAW sobre las propiedades mecánicas y microestructurales de un acero inoxidable austenítico AISI 304

ii

2.1.4 Metalurgia de la soldadura, 21 2.1.4.1 Dependencia de la soldabilidad metalúrgica, 21 2.1.5 Calidad de la Soldadura, 22 2.1.6 Fundamentos y teoría de soldadura con arco eléctrico con gas inerte, proceso (GMAW / MIG), 24 2.1.6.1 Descripción general, 25 2.1.6.2 Clasificación AWS para los metales de aporte electrodos de baja aleación de acero para la soldadura de arco protegida por gas, 29 2.1.6.3 Clasificación AWS para los metales de aporte electrodos de acero al carbono para soldadura de arco protegida por gas, 30 2.1.6.4 Control de la porosidad, 31 2.1.6.5 Influencia del gas y el arco de soldadura, 31 2.1.6.6 Equipo para soldadura MIG generador de soldadura, 32 2.1.6.6.1 Beneficios del sistema MIG, 33 2.1.6.7 Técnica de soldadura MIG por corto circuito, 34 2.1.6.8 Técnica de rociado de la soldadura MIG, 35 2.1.6.7 Técnica de deposición globular de la soldadura MIG, 37

CAPÍTULO III Marco metodológico 39 3.1 Nivel de la investigación, 39 3.2 Diseño de la investigación, 40 3.3 Población y muestra, 42 3.4 Materiales y equipos a utilizar, 42 3.5 Herramientas a utilizar, 43 3.6 Procedimiento experimental, 43 3.6.1 Caracterización de los materiales, 43 3.6.2 Preparación de las probetas, 45 3.7 Ensayos experimentales en las probetas soldadas, 48 3.7.1 Ensayo de tracción, 48 3.7.2 Ensayo de doblado, 51 3.7.3 Ensayo metalográfico, 52 3.7.3.1 Estudio Macroscópico, 52 3.7.3.2 Estudio Microscópico, 52 3.7.4 Ensayo de dureza, 53

Índice general

iii

CAPÍTULO IV Análisis de resultados 55 4.1 Resultados de los estudios de tracción, 55 4.2 Análisis del ensayo de tracción, 60 4.3 Resultados del ensayo de doblado, 61 4.4 Análisis del ensayo de doblado, 65 4.5 Estudio de macroscopía, 67 4.6 Análisis del ensayo de macroscopía, 68 4.7 Estudio de microscopía, 69 4.8 Análisis del ensayo de microscopía, 72 4.9 Ensayo de microdureza Vickers, 73 4.10 Análisis del ensayo de microdureza Vickers, 76 CAPÍTULO V Conclusiones y Recomendaciones 77 5.1 Conclusiones, 77 5.2 Recomendaciones, 78 Referencias Bibliográficas 80 Anexos 82

iv

ÍÍnnddiiccee ddee ffiigguurraass

II.1 Diagrama Hierro-Carbono 12 II.2 Estructura de WIDMANSTAETTEN observada en hierro meteorito 16 II.3 Diagrama de Hannemann, que las condiciones de formación de la

estructura Widmanstaetten

16 II.4 Soldadura por arco eléctrico 19 II.5 Zonas afectadas por el calor en una unión soldada 22 II.6 Soldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW) 25 II.7 Pistola para soldadura metálica con arco eléctrico y gas 26 II.8 Operación realizada mediante el proceso MIG 26 II.9 Técnicas de transferencia del metal hasta la soldadura fundida en

la soldadura MIG

28 II.10 Equipo para soldadura GMAW (MIG) 32 II.11 Técnica de Rociado 36 III.1 Flujograma Experimental 41 III.2 Diseño de la junta 46 III.3 Plano para representar cada porción de lámina para la

elaboración de las probetas.

47 III.4 Maquina de ensayo de tracción 49 III.5 Probeta para el ensayo de tracción 49 III.6 Probeta para el ensayo de doblado 51 III.7 Equipo para ataques electrolíticos marca Electromet. 53 III.8 Microdurómetro de huella de base piramidal marca BUEHLER. 54 IV.1 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de las probetas

soldadas mediante el aporte de material por Corto Circuito.

56

Índice de figuras

v

IV.2 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de las probetas soldadas mediante el aporte de material de tipo Globular.

56

IV.3 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de las probetas soldadas mediante el aporte de material por Arco Rociado.

57

IV.4 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación del material base.

57

IV.5 Gráfica Esfuerzo de Fluencia vs Modos de Aporte. 58 IV.6 Gráfica Esfuerzo Máximo vs Modos de Aporte. 58 IV.7 Comparación del comportamiento entre el Esfuerzo de Fluencia y

el Esfuerzo Máximo.

59 IV.8 Gráfica de Deformación máxima vs. Modo de aporte 59 IV.9 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de las probetas

de doblado soldadas mediante el aporte de material por Corto Circuito.

62 IV.10 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de las

probetas de doblado soldadas mediante el aporte de material de tipo globular.

62 IV.11 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de las

probetas de doblado soldadas mediante el aporte de material por Arco Rociado.

63 IV.12 Macroscopía de la probeta soldada con aporte por Corto

Circuito.

67 IV.13 Macroscopía de la probeta soldada con aporte de tipo Globular. 67 IV.14 Macroscopía de la probeta soldada con aporte por Arco

Rociado. 68

IV.15 Microestructura de la probeta soldada con aporte por Corto Circuito

69

IV.16 Microestructura de la probeta soldada con aporte Globular 70 IV.17 Microestructura de la probeta soldada con aporte por Arco

Rociado

71 IV.18 Zonas de estudio de las probetas para microdureza. 73 IV.19 Gráfica de microdureza de la probeta soldada mediante el

aporte por Corto Circuito.

74 IV.20 Gráfica de microdureza de la probeta soldada mediante el

aporte de tipo Globular.

74 IV.21 Gráfica de microdureza de la probeta soldada mediante el

aporte por Arco Rociado.

75 IV.22 Gráfica de Dureza Vickers vs. Modos de aporte de material,

estudiando Cordón de Soldadura y Zona Afectada.

75

vi

ÍÍnnddiiccee ddee ttaabbllaass

II.1 Rangos de corriente óptimos para el cortocircuito con diferentes

diámetros de alambres

34 II.2 Rangos de corriente óptimos para el generar el método de rociado

en la soldadura MIG, con diferentes diámetros de alambres

35 III.1 Composición Química del acero inoxidable AISI 304 44 III.2 Propiedades mecánicas del acero inoxidable AISI 304 44 III.3 Composición química del metal depositado AWS – ER308 45 III.4 Parámetros de soldadura para los distintos modos de

transferencia 46

IV.1 Resultados del ensayo de tracción de probetas soldadas por

GMAW según modo de transferencia

60 IV.2 Observaciones del ensayo de doblado para probetas soldadas

con aporte de tipo Corto circuito IV.3 Observaciones del ensayo de doblado para probetas soldadas

con aporte de tipo Globular.

63

64

IV.4 Observaciones del ensayo de doblado para probetas soldadas con aporte de tipo Arco rociado

65

IV.5 Resultados de los ensayos de Dureza en las zonas de estudio para los distintos modos de aporte de material

73

Introducción

En metalurgia, el acero inoxidable se define como una aleación de

acero con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa. El acero

inoxidable es resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales

que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él

formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro. Sin

embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a

que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o

picaduras generalizadas. Contiene, por definición, un mínimo de 10,5% de

cromo. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos

aleantes; los principales son el níquel y el molibdeno. La incorporación de

este acero en la industria se debe al desarrollo de nuevas tecnologías de

unión como el proceso de soldadura GMAW (gas metal arc welding) o

Soldadura MIG (metal inert gas) el cual es uno de los más empleados para la

unión de los aceros y de la mayoría de los metales no ferrosos y sus

aleaciones. Su principal característica es la alimentación automática de un

consumible (electrodo continuo), que es protegido externamente por un gas.

El gas de protección en la soldadura GMAW es un elemento significativo y

tercer miembro trípode que conforma el proceso: fuente de poder-material de

aporte-gas de protección. Aunque es reconocido que el gas representa sólo

un pequeño porcentaje en el costo total de producción, su correcta elección

2 Influencia del modo de transferencia del aporte en un proceso GMAW sobre las propiedades

mecánicas y microestructurales de un acero inoxidable austenítico AISI 304

puede producir ahorros significativos debido a un aumento en la

productividad, calidad una disminución de costos, a través de obtener

cordones de soldadura bien conformados y libres de defectos.

La unión soldada ha de poseer las propiedades físicas y mecánicas

necesarias para desempeñar su función esperada en servicio. Por tal motivo

surge la idea de evaluar la influencia del modo de transferencia del aporte en

un proceso GMAW sobre las propiedades mecánicas y microestructurales de

un acero inoxidable austenítico AISI-304 la influencia del flujo de gas

protector en la unión de juntas soldadas de acero bajo carbono mediante los

procesos arco de rociado, globular y cortocircuito (GMAW). El

comportamiento mecánico resultante se evaluó mediante ensayos de

tracción, ensayos de dureza y posteriormente la observación microscópica de

las condiciones tratadas.

El utilizar este tipo de soldadura sobre el acero al austenítico AISI-304

nos permitió establecer una buena selección de los parámetros de soldadura,

garantizando una buena calidad de los cordones de soldadura

CCAAPPÍÍTTUULLOO II

EEll PPrroobblleemmaa

1.1 Situación problemática

La soldadura MIG es uno de los tipos de soldadura más utilizado en la

actualidad debido a las ventajas y beneficios que este proceso presenta. En

este tipo de soldadura existen diversos medios de transferencia del material

de aporte entre los cuales se tienen el de transferencia por cortocircuito,

transferencia globular y transferencia de arco rociado (Spray), se desea

determinar cuál de estos medios nos ofrece las propiedades mecánicas y

microestructurales más adecuadas sobre el cordón de soldadura realizado

en el acero inoxidable austenítico, para distintas aplicaciones donde se utiliza

cada uno de los modos de transferencia del aporte de material.

1.2 Planteamiento del Problema

La soldadura GMAW (Gas Metal Arc Welding) es uno de los procesos

más utilizados en la actualidad para la unión de los aceros y de la mayoría de

los metales no ferrosos y sus aleaciones. Entre los tipos de soldadura que

comprenden la GMAW está el proceso de soldado básico MIG (Metal Inert

Gas) el cual incluye tres técnicas o forma de transferencia muy distintas



como lo son: Transferencia por Cortocircuito, Transferencia Globular y la

Transferencia por Arco Rociado (Spray); estas técnicas describen la forma

como el metal es transferido desde el alambre (electrodo) hasta la soldadura.

Una de las principales interrogantes que se presentan al momento de

realizar soldadura MIG sobre un acero inoxidable austenítico es cuál de los

métodos de transferencia es el más adecuado para distintos procesos de

soldadura y también como cada uno de ellos hace variar o no las

propiedades mecánicas y metalográficas del metal. Como en todo proceso,

para la soldadura se busca obtener un proceso óptimo que en este caso

sería un cordón de soldadura resistente y con un mínimo de defectos

(porosidades, grietas).

Debido a estas interrogantes surge la iniciativa o necesidad de

obtener datos experimentales (Dureza, Tenacidad, Cambios en la

microestructura) sobre la forma cómo afecta el modo de transferencia del

aporte en un proceso de soldadura GMAW en las propiedades del metal, y

así poder conocer el comportamiento mecánico y microestructural de un

acero inoxidable austenítico.

1.3 Objetivos

11..33..11 OObbjjeettiivvoo GGeenneerraall

Evaluar la influencia del modo de transferencia del aporte sobre las

propiedades mecánicas y microestructurales en un acero inoxidable

austenítico AISI-304.

11..33..22 OObbjjeettiivvooss EEssppeeccííffiiccooss

Caracterizar al acero inoxidable austenítico en su estado inicial.

Capítulo I. El Problema 5

Determinar los parámetros de trabajo para la ejecución de la

soldadura según el modo de transferencia por “Cortocircuito”,

“Globular” y por “Arco Rociado”.

Caracterizar las juntas soldadas y establecer comparaciones entre

ellas.

Definir la influencia del modo de transferencia del material de aporte

sobre las propiedades mecánicas y microestructurales en la junta

soldada del acero inoxidable austenítico AISI-304.

1.4 Justificación

Esta investigación tiene fundamental importancia para el conocimiento

de la soldabilidad de las juntas soldadas en acero inoxidable austenítico

AISI-304 y tiene como finalidad evaluar la influencia del modo de

transferencia del material de aporte sobre las propiedades mecánicas y

microestructurales del cordón de soldadura, así como obtener una data de

los parámetros para los tres modo de transferencia a utilizar (cortocircuito,

globular y arco rociado) que sirvan de apoyo y ayuda para la actividad diaria

y para futuras investigaciones en este proceso de soldadura.

1.5 Delimitación

Se utilizaron tres modos de transferencia, los cuales son Transferencia

por “Cortocircuito”, Transferencia “Globular” y Transferencia por “Arco

Rociado”.

Se restringió el gas de protección a 100% Argón.

Tipo de Acero Inoxidable austenítico utilizado AISI-304.

Se utilizaron un total de veintisiete (27) replicas para la realización de los

ensayos.



Soldadura MIG

Tipo de junta usada: A tope.

El material de aporte utilizado: AWS – ER308.

Las conclusiones acerca de la influencia del modo de transferencia sobre

la soldadura fueron dadas en función a los resultados obtenidos en los

ensayos de tracción, ensayos de dureza, doblado, y microscopia óptica

sobre los especímenes de estudio.

1.6 Limitaciones

Las soldaduras las realizó un soldador calificado y en áreas externas a la

Universidad de Carabobo.

Disponibilidad de los laboratorios de la Universidad de Carabobo para

realizar los ensayos.

Información sobre los distintos modos de transferencia para soldadura

MIG.

1.7 Antecedentes

INVESTIGACIÓN DE LOS FENÓMENOS METALÚRGICOS Y

COMPORTAMIENTO A FATIGA DE UNIONES SOLDADAS MEDIANTE

PROCESO MIG DE LA ALEACIÓN AW 7020.

Autor: BLOEM IRAZABAL CARLOS ALBERTO.

Año: 1999.

Universidad: POLITÉCNICA DE VALENCIA.

La presente investigación aborda el estudio y evaluación del comportamiento

a fatiga de diferentes uniones soldadas, mediante procedimiento MIG,


considerando variables de pre-soldeo, del estado térmico del metal base y

post-soldeo. Para la selección, estado metalúrgico del metal base se realizó

una evaluación, tanto microestructural como mecánica; y del comportamiento

de la aleación. Se obtuvo un modelo de envejecimiento que evalúa la

evolución de un indicador mecánico en función de los parámetros de

envejecimiento. Para la realización de las uniones se estableció una

metodología de soldeo en la que se incluye tanto los parámetros de proceso,

como el procedimiento para la evaluación de las uniones soldadas,

asegurando así la homogeneidad en las características de la unión. Se

evaluaron dos procedimientos de soldeo diferentes, y ampliamente utilizados

en la industria, con la finalidad de estudiar cual presenta mayores cambios

en la respuesta a fatiga con las diferentes variables, y una fiabilidad en las

características de la unión que garantice una repetitividad en los ensayos a

fatiga. La diferencia entre los procesos consistió tanto en el nivel energético

aportado como en el número de pasadas. Dentro de las posibles opciones de

preparación de juntas se seleccionó dos de las más empleadas

industrialmente: a tope y con bisel. Se evaluó, además, dos acabados

mecánicos post-soldeo, sobre la morfología del sobrecordón, para minimizar

el efecto de entalla del mismo. Trabajaron con eliminación completa del

sobrecordón, mediante un amolado, y suavizándolo sin llegar a eliminarlo por

completo. Se propuso un modelo matemático que se ajusta a los datos

experimentales obtenidos en las uniones soldadas y en el que se contempla

la influencia sobre las juntas anteriormente citadas. Este modelo pretende

predecir, con fiabilidad, la respuesta a fatiga de uniones soldadas de

aluminio, considerando el efecto de variables como la preparación de juntas,

al estado metalúrgico de la lámina y la morfología del sobrecordón.



OPTIMIZACIÓN DE UN PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA MIG PARA

LA ALEACIÓN DE ALUMINIO AA 6061-T6 A TRAVÉS DEL CONTROL

DEL CALOR SUMINISTRADO.

Autor: TORRES SALCEDO JAIME ELIAS.

Año: 2000.

Universidad: POLITÉCNICA DE VALENCIA.

Se realizó una investigación para optimizar un procedimiento de soldadura

GMAW (GAS METAL ARC WELDING), también llamado procedimiento MIG,

que ha incluido la aplicación de unos tratamientos térmicos y mecánicos

realizados en forma técnica y económica con posterioridad a la soldadura de

pletinas de la aleación de Aluminio AA 6061-T6. Para llegar a la optimización

del proceso de soldeo, se estudió, en forma adecuada, la microestructura de

la unión y especialmente de la zona afectada por el calor durante el proceso

de aporte de material, haciendo una evaluación de los niveles de

precipitación, mediante la microscopía electrónica de transmisión y óptica,

respaldada por el análisis térmico diferencial de los fenómenos metalúrgicos

y la variación de las propiedades mecánicas que se generan en la zona

afectada por el calor, la zona fundida y las zonas de transición. Además se

utilizó un programa comercial de simulación mediante el cálculo por

elementos finitos, el cual permitió realizar la modelación de los ciclos

térmicos, generados por el soldeo MIG de la aleación AA 6061-T6,

lográndose predicciones con márgenes de desviación en el entorno de 3%.

El seguimiento de los indicadores mecánicos, mediante los ensayos

normalizados, permitió optimizar la respuesta mecánica de la unión en

función de las variables de soldeo investigadas y especialmente en función

del calor de aporte. Se midieron las temperaturas alcanzadas en diferentes

puntos de la unión soldada y la microdureza, a través de la junta soldada, en


probetas extraídas para el ensayo de tracción. La mayor parte de las fallas

en las muestras ensayadas a tensión ocurrieron en la zona de transición de

la soldadura, justo en un plano de mínima dureza confirmando con ello las

hipótesis emitidas.

CONTROL DEL PROCESO DE SOLDADURA MIG A TRAVÉS DEL

ANÁLISIS DE VARIANCIA

Autor: EVERALDO CÉSAR DE CASTRO (UnC), ANGELO MARCELO

TUSSET (UnC), PEDROLUIZ DE PAULA FILHO (UnC), ANTONIO PEDRO

TESSARO (UnC).

Año: 2008.

Universidad: UNIVERSITY OF CONTESTADO (BRAZIL, UnC)

En este trabajo se realizó un estudio entre el proceso de soldadura manual y

el proceso robotizado considerando piezas preparadas con y sin bisel.

Ensayos de tracción mostraron que los cuerpos de pruebas soldadas por una

célula robotizada presentan fuerzas de ruptura más elevadas. Análisis de

microestructura y ensayos de dureza apuntaron pequeñas diferencias entre

la soldadura robotizada y la manual. Con la aplicación del Análisis de

Variancia (ANOVA) se verificó que el bisel influye significativamente en la

calidad de la soldadura.

INFLUENCIA DEL FLUJO DE GAS PROTECTOR EN LAS PROPIEDADES

MECÁNICAS Y METALÚRGICAS EN JUNTAS SOLDADAS DE ACERO A-

36 USANDO UN PROCESO DE ROCIADOR Y CORTOCIRCUITO.

Autor: RODRIGUEZ M. INDIRA, ESPAÑA D. CARMEN



Año: 2006.

Universidad: UNIVERDAD DE CARABOBO.

En este trabajo se realizó un estudio con el fin de determinar la

influencia del flujo de gas protector en la unión de juntas soldadas de acero

bajo carbono mediante los procesos de rociador y cortocircuito (GMAW). El

comportamiento mecánico resultante se evaluó mediante ensayos de

tracción, ensayos de dureza y posteriormente la observación microscópica de

las condiciones tratadas, lo que permitió establecer que el flujo y el método

que ofrece mayor uniformidad en cuanto a penetración, ancho del cordón,

mejor acabado de superficie en el estudio macroscópico, y una mejor

formación de granos en la microscopía fue la muestra a la que se le aplicó el

método de cortocircuito con un flujo de Argón de 80 (pie3/h).

CCAAPPÍÍTTUULLOO IIII

MMaarrccoo TTeeóórriiccoo

2. Bases teóricas

22..11 AAcceerrooss

22..11..11 CCoonncceeppttoo

Los aceros son esencialmente aleaciones, de hierro y carbono hasta

aproximadamente un 2 por 100 de carbono. Sin embargo, la mayoría de los

aceros contienen menos de un 0.5 por 100 de carbono. La mayor parte del

acero se fabrica por oxidación del carbono y otras impurezas en el arrabio

hasta que el contenido de carbono en el hierro se reduce al nivel requerido.

22..11..22 MMiiccrrooeessttrruuccttuurraass ddee llooss aacceerrooss

Los constituyentes metálicos que pueden presentarse en los aceros al

carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y

rara vez austenita, aunque nunca como único constituyente. También

pueden estar presentes constituyentes no metálicos como óxidos, silicatos,



sulfuros y aluminatos. El análisis de las microestructuras de los aceros al

carbono recocidos y fundiciones blancas debe realizarse en base al

diagrama meta-estable Hierrocarburo de hierro o Cementita. Estas

microestructuras pueden observarse en el Diagrama Hierro- Carbono que se

muestra en la figura II.1.

Figura II.1: Diagrama Hierro-Carbono Fuente: Trabajo de grado infomeca área de materiales

Las estructuras que presenta el diagrama de equilibrio (fig II.1) son:

• Ferrita

Es una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la

temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se

considera como hierro puro, la máxima solubilidad de carbono en el hierro

alfa es de 0,02% a 723ºC. La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los

aceros, cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo, tiene una dureza de

90 Brinell y una resistencia a la tracción de 28 Kg/mm2, llegando hasta un

Capítulo II. Marco Teórico 13

alargamiento del 40%. La ferrita se observa al microscopio como granos

poligonales claros.

• Cementita

Es el carburo de hierro de fórmula Fe3C, contiene 6,67 %C y 93,33 %

de hierro, es el micro constituyente más duro y frágil de los aceros al carbono

alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 RC) Y cristaliza en la red

ortorrómbica.

• Perlita

Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de

ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita,

contiene el 0,8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción

de 80 Kg/mrn2 y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las

irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita

aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la

transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C.

• Austenita

Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una

solución sólida por inserción de carbono en hierro ganma. La cantidad de

carbono disuelto, varía de 0.8 al 2 % C que es la máxima solubilidad a la

temperatura de 1130°C. La austenita no es estable a la temperatura

ambiente pero existen algunos aceros al cromo-níquel denominados

austeníticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente. La

austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras, con una

dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 Kg/mm2 y un



alargamiento del 30 %, no es magnética

• Martensita

Es el constituyente de los aceros templados, está conformado por una

solución sólida sobre saturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se

obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a

altas temperaturas.

El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1%

de carbono, sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono

hasta un máximo de 0.7 %C.

• Perlita Fina

Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un

enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente

inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita

en el rango de temperatura de 500 a 600°C, o por revenido a 400°C.

Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la

sorbita, tiene una dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la tracción

de 140 a 175 Kg/mm2 y un alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente

nodular oscuro con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece

generalmente acompañando a la martensita y a la austenita.

• Sorbita

Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por

enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante


inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita

en la zona de 600 a 650°C, o por revenido a la temperatura de 600°C. Su

dureza es de 250 a 400 Brinell, su resistencia a la tracción es de 88 a 140

Kg/mm2, con un alargamiento del 10 al 20%.

• Bainita

Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la

austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a

500°C. Se diferencian dos tipos de estructuras: la bainita superior de aspecto

arborescente formada a 500-580°C, compuesta por una matriz ferrítica

conteniendo carburos. Bainita inferior, formada a 250-400°C tiene un aspecto

acicular similar a la martensita y constituida por agujas alargadas de ferrita

que contienen delgadas placas de carburos.

• Widmanstaetten:

Esta caracterizada por una simetría que sigue tres o cuatro

direcciones privilegiadas, y se manifestó en seguida como una estructura de

fragilidad de los aceros tal como se observa en la figura II.2. El dominio de la

formación de esta estructura es limitado a (C= 0.2% a 0.4%) cuando los

sobrecalentamientos son pequeños (fig. II.3a), y se extiende por el lado de

las concentraciones bajas de carbono cuando la temperatura de

sobrecalentamiento crece (fig. II.3b). Esta estructura está caracterizada por

depósitos paralelos a los planos de deslizamiento, su aparición depende de

la composición química del metal, tamaño del hierro y velocidad de

enfriamiento. En las juntas soldadas la estructura Widmanstaetten puede

formarse en el metal fundido y metal base sobrecalentado, también aparece

a veces, en las piezas de gran masa sometidas a oxicorte. La aparición de



esta estructura esta unida, aparte de a la composición química, al ciclo

térmico impuesto por el soldeo, el cual depende del procedimiento y métodos

a soldar.

Figura II.2. Estructura de WIDMANSTAETTEN observada en hierro meteorito.

Precipitación de los constituyentes siguiendo los planos cristalográficos del octaedro, con lo

que se originan dos o tres direcciones.

Fuente: metalurgia de la soldadura, trabajo realizado por Daniel Seferian.

Figura II.3. Diagrama de Hannemann, que las condiciones de formación de la estructura

Widmanstaetten para las siguientes calentamientos: en la proximidades de la temperatura

A3(722) fig.II.3.a, a las temperaturas de sobrecalentamiento II.3b. Fuente: Metalurgia de la soldadura, trabajo realizado por Daniel Seferian.


22..11..33 SSoollddaabbiilliiddaadd ddee llooss aacceerrooss

Se puede decir que la soldabilidad de un acero se define como la

respuesta que presenta el acero a los ciclos térmicos en un ambiente

determinado y durante la operación de soldadura.

El riesgo de agrietamiento en un acero soldado, o sea, grado de

soldabilidad, puede correlacionarse con las siguientes variables: contenido

de hidrógeno, micro estructura (composición química y tasa de enfriamiento)

y el nivel de tensiones aplicada.

Así pues, se tiene que tanto la composición química como la tasa de

enfriamiento aplicada, controlan prácticamente la microestructura final del

acero, por consiguiente son factores importantes que determinan la

soldabilidad.

La soldabilidad puede abordarse bajo los tres aspectos siguientes:

La soldabilidad operatoria, relativa a la operación de soldadura,

estudia las condiciones de realización de las uniones por fusión o por

cualquier otro procedimiento, por ejemplo, por presión.

La soldabilidad metalúrgica, relativa a las modificaciones físico -

químicas resultado de la operación de soldadura.

La soldabilidad constructiva o global, que se dedica a definir las

propiedades de conjunto de la construcción por la sensibilidad de la

unión o la deformación y a la rotura bajo efecto de las tensiones.

Así pues, se dice que un metal o aleación es soldable si satisface a

estas tres condiciones. La primera es perentoria, si un metal es refractario al

arco o si no puede dar una unión continua, no es soldable. De un modo



general, puede realizarse la soldadura de los metales y aleaciones

industriales ya sea de forma indirecta o mediante el empleo de un artificio.

La soldabilidad metalúrgica está ligada a las transformaciones que

sufre el metal o aleación durante la unión. Este término debe tomarse en su

más amplio sentido; efectivamente, la transformación puede afectar las

características mecánicas.

Por último la soldabilidad constructiva es fusión de otras propiedades

físicas del metal: dilatación - contracción, produciendo deformaciones y

creando tensiones que son origen de grietas que pueden tener su nacimiento

en la soldadura.

Estas breves consideraciones hacen ver la complejidad del problema

que lleva a establecer una serie de condiciones que han de satisfacer los

metales soldables.

2.1.3.1 Soldadura por arco eléctrico

Para realizar una soldadura por arco eléctrico se induce una

diferencia de potencial entre el electrodo y la pieza a soldar, con lo cual se

ioniza el aire entre ellos y pasa a ser conductor, de modo que se cierra el

circuito y se crea el arco eléctrico. El calor del arco funde parcialmente el

material de base y funde el material de aporte, el cual se deposita y crea el

cordón de soldadura como se muestra en la figura II.4.

2.1.3.2 Elementos presentes en la soldadura por arco eléctrico:

Electrodo: Son varillas metálicas preparadas para servir como polo del

circuito; en su extremo se genera el arco. En algunos casos, sirven


también como material fundente. La varilla metálica a menudo va

recubierta de distintos materiales, en función de la pieza a soldar y del

procedimiento empleado.

Figura II.4. Soldadura por arco eléctrico

Fuente: Trabajo de grado de UMSS, Facultad de ciencias y Tecnología.

Plasma: Está compuesto por electrones que transportan la corriente y

que van del polo negativo al positivo, de iones metálicos que van del

polo positivo al negativo, de átomos gaseosos que se van ionizando y

estabilizándose conforme pierden o ganan electrones, y de productos

de la fusión tales como vapores que ayudarán a la formación de una

atmósfera protectora. Esta zona alcanza la mayor temperatura del

proceso.

Llama: Es la zona que envuelve al plasma y presenta menor

temperatura que éste, formada por átomos que se disocian y



recombinan desprendiendo calor por la combustión del revestimiento

del electrodo. Otorga al arco eléctrico su forma cónica.

Baño de fusión: La acción calorífica del arco provoca la fusión del

material, donde parte de éste se mezcla con el material de aportación

del electrodo, provocando la soldadura de las piezas una vez

solidificado.

Cráter: Surco producido por el calentamiento del metal. Su forma y

profundidad vendrán dadas por el poder de penetración del electrodo.

Cordón de soldadura: Está constituido por el metal base y el material

de aportación del electrodo y se pueden diferenciar dos partes: la

escoria, compuesta por impurezas que son segregadas durante la

solidificación y que posteriormente son eliminadas, y el sobre espesor,

formado por la parte útil del material de aportación y parte del metal

base, que es lo que compone la soldadura en sí.

Actualmente el método de soldadura por arco eléctrico es el

procedimiento industrial más utilizado para la unión de aceros y otros

metales no ferrosos. Este tipo de soldadura se clasifica según la atmósfera

que rodea al arco eléctrico, o según la naturaleza del electrodo.

Esta clasificación es la siguiente:

Soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW).

Soladura por arco eléctrico con electrodo de grafito.

Soldadura por arco eléctrico en medio gaseoso reductor o por

hidrógeno atómico.

Soldadura por arco eléctrico en medio de gaseoso inerte (GTAW;


GMAW).

Soldadura por arco eléctrico bajo un flujo conductor.

Soldadura por arco eléctrico con presión.

En este trabajo se aplicaron los métodos de soldadura en medio de gas

inerte (GMAW), utilizando proceso de cortocircuito, globular y Rociado.

22..11..44 MMeettaalluurrggiiaa ddee llaa ssoollddaadduurraa

La metalurgia de la soldadura se ocupa de estudiar las modificaciones

físicas y químicas que resultan de la operación de este proceso, como una

forma de comparar las diferentes propiedades metalúrgicas de la unión

soldada. Por consiguiente, se puede decir que el estudio de la metalurgia de

la soldadura es necesario para llevar a cabo este trabajo de investigación,

cuyo propósito es principalmente evaluar las propiedades mecánicas de la

soldadura.

2.1.4.1 La soldabilidad metalúrgica depende de dos factores

1.- El proceso de soldadura, el cual fue descrito como soldadura en medio de

gas inerte (GMAW).

2.- La microestructura obtenida, como se puede observar a continuación.

Los granos aparecen primero en la línea de fusión, en donde la

temperatura es relativamente baja y crecen con rapidez diferente, porque al

aumentar de tamaño y al hacer presión los cristales unos con otros, cada uno

actúan de acuerdo con el estado de su crecimiento. Sin embargo, los granos

en crecimiento pueden empujar hacia fuera las inclusiones metálicas, hasta



la superficie de la soldadura. Esta es la razón por la cual en la soldadura que

se aplica hacia arriba, la escoria aparece sobre la superficie de la soldadura

y no flotando hacia la raíz del cordón. No se trata de flotación en absoluto

sino de un estado en el que el material no metálico es forzado hacia fuera del

metal líquido al comenzar a formarse los cristales y a hacer presión unos con

otros.

Figura II.5: Zonas afectadas por el calor en una unión soldada.

Fuente: Trabajo de grado, Evaluación de las propiedades mecánicas de un acero ASTM-36

sometido a diferentes condiciones de hidrogeno inducido en uniones soldadas, UC

22..11..55 CCaalliiddaadd ddee llaa ssoollddaadduurraa

La unión soldada debe tener las cualidades necesarias para

desempeñar su función esperada en servicio. Para ello, la unión ha de

poseer las propiedades físicas y mecánicas requeridas, y para esto pueden

ser necesarias ciertas microestructuras y composición química. También son


importantes el tamaño y la forma de la soldadura, así como la integridad de la

unión. En todos estos aspectos influyen los materiales base, los materiales

de soldadura y la manera de soldar. La soldadura por arco de metal protegido

es un proceso manual, y la calidad de la unión depende de la habilidad del

soldador que la produce. Por esta razón, es preciso seleccionar con cuidado

los materiales que se usarán, el soldador debe ser apto, y el procedimiento

que use debe ser el correcto.

También se debe tener en cuenta para una soldadura de calidad los

siguientes parámetros:

a) Corriente de soldadura

La soldadura por arco de metal protegido puede efectuarse con

corriente tanto alterna como continua, siempre que se use el electrodo

adecuado. El tipo de corriente de soldadura, la polaridad y los constituyentes

de la cobertura afectan la rapidez de fusión de todos los electrodos cubiertos.

Para un electrodo determinado, la rapidez de fusión se relaciona

directamente con la energía eléctrica suministrada al arco. Parte de esta

energía se destina a fundir una porción del metal base, y otra parte sirve para

fundir el electrodo.

b) Corriente continua

La corriente continua siempre produce un arco más estable y una

transferencia de metal más uniforme que la corriente alterna. Esto se debe a

que la polaridad de la corriente no está cambiando todo el tiempo como

sucede con la corriente alterna. La mayor parte de los electrodos cubiertos

trabajan mejor con polaridad inversa (electrodo positivo). La polaridad

inversa logra mayor penetración, pero la directa aumenta la rapidez de fusión

del electrodo.



El arco de corriente continua hace que el charco de soldadura recubra

mejor las superficies de unión y produce una franja de soldadura de

dimensiones más uniformes, incluso con amperajes bajos. Por esta razón, la

corriente continua es ideal para soldar secciones delgadas. La corriente

continua es preferida para soldar en posición vertical y también para soldar

con arco corto.

c) Amperaje

Los electrodos cubiertos con tamaño y especificación específicos

pueden operar de manera satisfactoria a diversos amperajes dentro de cierto

intervalo. Este intervalo varía dependiendo del espesor y la formulación de la

cobertura para un tipo y tamaño de electrodo, el amperaje óptimo depende

de varios factores como la posición de la soldadura y el tipo de unión. El

amperaje debe ser suficiente para obtener una buena fusión y penetración

sin perder el control del charco de soldadura.

22..11..66 FFuunnddaammeennttooss yy tteeoorrííaa ddee ssoollddaadduurraa ppoorr aarrccoo eellééccttrriiccoo ccoonn ggaass

iinneerrttee,, pprroocceessoo ((GGMMAAWW // MMIIGG))..

En la soldadura MIG, como su nombre indica, el gas es inerte; no

participa en modo alguno en la reacción de soldadura como podemos

observar en la figura II.6. Su función es proteger la zona crítica de la

soldadura de oxidaciones e impurezas exteriores. Se emplean usualmente

los mismos gases que en el caso de electrodo no consumible, argón, menos

frecuentemente helio, y mezcla de ambos.

El uso de este método de soldadura MIG es cada vez más frecuente

en el sector industrial. En la actualidad, es uno de los métodos más utilizados

en Europa occidental, Estados Unidos y Japón en soldaduras de fábrica. Ello


se debe, entre otras cosas, a su elevada productividad y a la facilidad de

automatización, lo que le ha valido para abrirse un lugar en la industria

automovilística. La flexibilidad es la característica más sobresaliente del

método MIG, ya que permite soldar aceros de baja aleación, aceros

inoxidables, aluminio y cobre, en espesores a partir de los 0,5 mm y en todas

las posiciones. La protección por gas garantiza un cordón de soldadura

continuo y uniforme, además de libre de impurezas y escorias. Además, la

soldadura MIG / MAG es un método limpio y compatible con todas las

medidas de protección para el medio ambiente.

Figura II.6. Soldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW).

Fuente: Trabajo de grado de UMSS, Facultad de Ciencias y Tecnología.

2.1.6.1 Descripción general

La Soldadura metálica con arco eléctrico y gas o Soldadura MIG

(metal inert gas) es también conocida como Gas Arco Metal o MAG. La

soldadura metálica con arco eléctrico y gas (en inglés gas metal arc welding,

GMAW) es un proceso en el cual el electrodo es un alambre metálico

desnudo consumible y la protección se proporciona inundando el arco

eléctrico con un gas. El alambre desnudo se alimenta en forma continua y

automática desde una bobina a través de la pistola de soldadura, como se

ilustra en la figura II.7 y la figura II.8 se muestra una pistola de soldadura. En

la GMAW se usan diámetros de alambre que van desde 0,8 a 6,4 mm, el



tamaño depende del grosor de las partes que se van a unir y la velocidad de

deposición deseada.

Para protección se usan gases inertes como el argón y el helio y

también gases activos como el dióxido de carbono. La elección de los gases

(y sus mezclas) dependen del material que se va a soldar, al igual que de

otros factores. Se usan gases inertes para soldar aleaciones de aluminio y

aceros inoxidables, en tanto que normalmente se usa C02 para soldar aceros

al bajo y mediano carbono. La combinación del alambre de electrodo

desnudo y los gases protectores eliminan el recubrimiento de escoria en la

gota de soldadura y, por tanto, evitan la necesidad del esmerilado y limpieza

manual de la escoria. Por tal razón, el proceso de GMAW y gas es ideal para

hacer múltiples pasadas de soldadura en la misma unión.

Figura II.7 Pistola para soldadura metálica con arco eléctrico y gas.


Figura II.8 Operación realizada mediante el proceso MIG.



Los diferentes metales en los que se usa la soldadura GMAW y las

propias variaciones del proceso han dado origen a diferentes nombres. La

primera vez que se introdujo el proceso a fines de los años cuarenta del siglo

XX, se aplicó a la soldadura de aluminio usando un gas inerte (argón) para

protección del arco eléctrico. Este proceso recibió el nombre de soldadura

metálica con gas inerte (en inglés MIG welding, metal inert gas welding).

Cuando este proceso de soldadura se aplicó al acero, se encontró que los

gases inertes eran costosos y se usó C02 como sustituto. Por tanto, se aplicó

el término de soldadura con C02. Algunos refinamientos en el proceso para la

soldadura del acero condujeron, al uso de mezclas de gases, incluyendo

dióxido de carbono y argón, e incluso oxígeno y argón.

El proceso MIG opera en DC (corriente continua) usualmente con el

alambre como electrodo positivo. Esto es conocido como "Polaridad

Negativa" (reverse polarity). La "Polaridad Positiva" (straight polarity) es

raramente usada por su poca transferencia de metal de aporte desde el

alambre hacia la pieza de trabajo. Las corrientes de soldadura varían desde

unos 50 Amperios hasta 600 Amperios en muchos casos en voltajes de 15V

hasta 32V, un arco auto-estabilizado es obtenido con el uso de un sistema de

fuente de poder de potencial constante (voltaje constante) y una alimentación

constante del alambre.

Continuos desarrollos al proceso de soldadura MIG lo han convertido

en un proceso aplicable a todos los metales comercialmente importantes

como el acero, aluminio, acero inoxidable, cobre y algunos otros. Materiales

por encima de 0,76 mm de espesor pueden ser soldados en cualquier

posición, incluyendo de piso, vertical y sobre cabeza. Es muy simple escoger

el equipo, el alambre o electrodo, el gas de la aplicación y las condiciones

óptimas para producir soldaduras de alta calidad a muy bajo costo.



El proceso básico MIG incluye tres técnicas muy distintas:

Transferencia por "Corto circuito", transferencia "Globular" y la transferencia

de "Arco Rociado" (Spray Arc). Estas técnicas describen la manera en la cual

el metal es transferido desde el alambre hasta la soldadura fundida.

Figura Il.9. Técnicas de transferencia del metal hasta la soldadura fundida en la soldadura

MIG.

En la transferencia por corto circuito, también conocido como "Arco

Corto", "Transferencia espesa" y "Micro Wire", la transferencia del metal

ocurre cuando un corto circuito eléctrico es establecido, esto ocurre cuando

el metal en la punta del alambre hace contacto con la soldadura fundida.

En la transferencia por rociado (spray arc), diminutas gotas de metal

fundido llamadas "Moltens" son arrancadas de la punta del alambre y

proyectadas por la fuerza electromagnética hacia la soldadura fundida.

En la transferencia globular el proceso ocurre cuando las gotas del

metal fundido son lo suficientemente grandes para caer por la influencia de la

fuerza de gravedad. Los factores que determinan la manera en que los

moltens son transferidos son la corriente de soldadura, el diámetro del

alambre, la distancia del arco (voltaje), las características de la fuente de

poder y el gas utilizado en el proceso.


La soldadura MIG es un proceso versátil, con el cual se puede

depositar soldadura a un rango muy alto y en cualquier posición. El proceso

es ampliamente usado en láminas de acero de bajo y mediano calibre de

fabricación y sobre estructuras de aleación de aluminio particularmente

donde existe un alto requerimiento de trabajo manual o trabajo de soldador.

Desde su aparición en el mundo de la soldadura, todas las agencias de

regulación y clasificación de los metales de aporte tomaron muy en serio este

proceso y la creación de su propio código de clasificación fue indispensable,

en el caso de la Sociedad Americana de Soldadura AWS, se crearon dos

códigos por separado, uno para las aleaciones de bajo contenido de carbono

o también conocido como acero dulce y uno para las aleaciones de alto

contenido de carbono o donde la composición química final del material

aportado fuera cambiada de forma dramática.

2.1.6.2 Clasificación AWS para los metales de aporte electrodos de baja

aleación de acero para soldadura de arco protegida por gas

ERl - XXX2 S3 - XXX4

1.- Las primeras dos letras identifican como alambre o varilla desnuda

2.- Los tres primeros números indican la resistencia a la tracción en miles de

libra/in2 La letra intermedia indica que el tipo de alambre es sólido.

3.- Los últimos tres dígitos indican la Composición química del alambre lo

que determina la ejecución correcta de este proceso es:

La fluidez de la soldadura fundida.

La forma del cordón de la soldadura y sus bordes.

La chispa o salpicaduras que genera (Spatter).



2.1.6.3 Clasificación AWS para los metales de aporte electrodos de acero al

carbono para soldadura de arco protegida por gas

ER1- XX2 S3 -X4

1.- Las primeras dos letras identifican como alambre o varilla desnudas

2.- Los tres primeros números indican la resistencia a la tracción en miles de

libra/in2

3.- La letra intermedia indica que el tipo de alambre es sólido.

4.- Composición química del alambre

Un buen procedimiento de soldada está caracterizado por la poca

presencia de porosidad, buena fusión, y una terminación libre de grietas o

quebraduras. La porosidad, es una de las causas más frecuentemente

citadas de una soldadura pobremente ejecutada, es causada por el exceso

de oxígeno de la atmósfera, creada por el gas usado en el proceso y

cualquier contaminación en el metal base, que, combinado con el carbono en

el metal soldado forma diminutas burbujas de monóxido de carbono (CO).

Algunas de estas burbujas de CO pueden quedar atrapadas en la soldadura

fundida después que se enfría y se convierten en poros mejor conocidos

como porosidad.

2.1.6.4 Control de la porosidad

Una suficiente desoxidación del cordón de soldadura es necesaria

para minimizar la formación de monóxido de carbono CO y, por consiguiente,

la porosidad. Para lograr esto, algunos fabricantes han desarrollado

alambres que contienen elementos con los cuales el oxígeno se combina

preferentemente al carbono para formar escorias inofensivas. Estos


elementos, llamados desoxidantes, son manganeso (Mn), silicón, titanio (Ti),

aluminio (Al), y zirconio (Zr).

Aluminio, titanio y zirconio son los desoxidantes más poderosos,

quizás cinco veces más efectivos que el manganeso y el silicón, no obstante

estos últimos dos elementos afectan de manera especial el proceso y por

eso no son ampliamente utilizados, las cantidades de manganeso podrían

variar desde 1,10% hasta 1,58% y en el caso del silicón desde un 0,52%

hasta 0,87%.

2.1.6.5 Influencia del gas y el arco de la soldadura

El uso de Anhídrido Carbónico (C02) causa más turbulencias en la

transferencia del metal del alambre al metal base con la tendencia a crear

cordones de soldadura más abultados y un alto incremento de las

salpicaduras.

Las mezclas de gases con bases de Argón (Ar) proveen transferencias

de metales más estables y uniformes, buena forma del cordón de soldadura

y las salpicaduras son reducidas al mínimo, además de un rango más bajo

en la generación de humo.

2.1.6.6 Equipo para la soldadura MIG generador de soldadura

Los generadores más adecuados para la soldadura por el

procedimiento MIG son los rectificadores y los convertidores (aparatos de

corriente continua). La corriente continua con polaridad inversa mejora la

fusión del hilo, aumenta el poder de penetración, presenta una excelente

acción de limpieza y es la que permite obtener mejores resultados.



En la soldadura MIG, el calor se genera por la circulación de corriente

a través del arco, que se establece entre el extremo del hilo electrodo y la

pieza. La tensión del arco varía con la longitud del mismo. Para conseguir

una soldadura uniforme tanto la tensión como la longitud del arco deben

mantenerse constantes. En principio, esto podemos lograrIo de dos formas;

(1) Alimentando el hilo a la misma velocidad con que éste se va fundiendo; o

(2), fundiendo el hilo a la misma velocidad con que se produce la

alimentación. A continuación se presenta el diagrama esquemático del

equipo MIG.

Figura II.10. Equipo para soldadura GMAW (MIG). Fuente: Trabajo de grado de UMSS, Facultad de ciencias y Tecnología.


1.Una máquina soldadora.

2. Un alimentador que controla el avance del alambre a la velocidad

requerida.

3. Una pistola de soldar para dirigir directamente el alambre al área de

soldadura.

4. Un gas protector para evitar la contaminación del baño de fusión.

5. Un carrete de alambre del tipo y diámetro especificado.

2.1.6.6.1 Beneficios del sistema MIG.

1. No genera escoria.

2. Alta velocidad de deposición.

3. Alta eficiencia de deposición.

4. Fácil de usar.

5. Mínima salpicadura.

6. Aplicable a altos rangos de espesores.

7. Baja generación de humos.

8. Es económica.

9. La pistola y los cables de soldadura son ligeros haciendo más fácil su

manipulación.

10. Es uno de los más versátiles entre todos los sistemas de soldadura.

2.1.6.7 Técnica de soldadura MIG por corto circuito

La soldadura MIG por la técnica de corto circuito se obtiene usando un

alambre de bajo calibre de 0,76 mm (0,030 pulg.) hasta 1,1 mm (0,045 pulg.)

de diámetro y la operación se efectúa con un arco más corto (bajo voltaje) y



corriente mas baja. El producto final es un cordón de soldadura más reducido

que se enfría más rápido.

Esta técnica de soldadura es particularmente útil para juntar materiales más

delgados en cualquier posición, así como materiales más gruesos en

posición vertical y sobre cabeza, también para rellenar grandes cavidades.

La técnica de soldadura por corto circuito debería ser usada donde sea

requerido evitar la distorsión de la pieza a ser soldada.

El metal es transferido desde el alambre a la soldadura fundida sólo

cuando se establece el contacto entre éstos, o cada vez que ocurra un corto

circuito. El alambre hace cortocircuito con la pieza de 20 a 200 veces por

segundo.

Al momento que el alambre toca la soldadura fundida, la corriente

comienza a incrementarse hasta alcanzar el punto de corto circuito, entonces

el metal es transferido, se enciende el arco pero como el alambre es

alimentado más rápido de lo que en realidad se puede fundir, eventualmente

el arco es apagado (extinguido) por otro corto circuito.

Tabla N° II.1: Rangos de corriente óptimos para el cortocircuito con diferentes diámetros de alambres

Diámetro del electrodo Corriente en Amperios

mm pulgadas Mínimo Máximo

0,076 0,030 50 150

0,090 0,035 75 175

1,1 0,045 100 225

Fuente: Trabajo de investigación "Técnica de cortocircuito en la soldadura MIG"

Para asegurar la buena estabilidad del arco, cuando se usa esta

técnica, debe ser empleada una corriente de soldadura relativamente baja, la


tabla II.1 ilustra los rangos de corriente óptimos para el corto circuito con

diferentes diámetros de alambres, estos rangos pueden ser una referencia

dependiendo del gas seleccionado.

2.1.6.8 Técnica de rociado de la soldadura MIG

Elevando los niveles de corriente y voltaje más allá de los límites de la

soldadura por corto circuito y la globular, la transferencia del metal se

convierte en un arco eléctrico que produce un rocío de metal (Spray Arc). La

corriente mínima con la cual esto ocurre es llamada "corriente de transición",

en la tabla II.2 presentamos algunos parámetros de corriente mínima de

transición empleados para este método de transferencia.

Tabla Il.2. Rangos de corriente óptimos para el generar el método de rociado en la soldadura MIG, con diferentes diámetros de alambres.

Tipo de electrodo Diámetro del Alambre Gas Protector Corriente Mínima de transición en

(Alambre) Mm Pulg. (Amp)

Bajo Carbón 0,89 0,035 98%Argón-2%oxy 165



Fuente: Trabajo de investigación "Técnica de Rociado en la soldadura MIG"



Figura II.11: Técnica de Rociado: (Muestra la fina columna del alambre, la punta afinada por el rociado y las gotas de metal del alambre (Moltens) son reducidas en diámetro dejando la posibilidad de un arco estable, sólo en raros casos esta técnica produce corto circuito y las

salpicaduras son muy poco asociadas con esta técnica de soldadura).

La soldadura por rociado puede producir altos rangos de deposición

de soldadura, esta técnica de soldadura es generalmente usada para juntar

materiales de 2,4 mm (3/32 pulg. de espesor) en adelante, excepto en las

aplicaciones sobre aluminio o cobre, la soldadura por rociado esta

generalmente restringida para la posición de piso por el monto de la

soldadura fundida liquida que maneja, sin embargo, acero de bajo carbono

puede ser soldado en otras posiciones con esta técnica cuando los cordones

de soldadura son más delgados; generalmente con alambres de 0,089 mm.

(0,035 pulg.) o 1.1 mm (0,045 pulg.) de diámetro.

Existe una variación de la técnica de rociado conocida como

"Soldadura de Arco Rociado Pulsada" también conocida como soldadura

pulsada. En la soldadura pulsada, la corriente es variada entre los valores

bajos y altos, la baja corriente está por debajo de la corriente de transición,

mientras que el valor alto se mantiene bien dentro de la región de arco


rociado. El metal de aporte es sólo transferido al metal base durante el

periodo de alta corriente.

Usualmente una cantidad de metal rociado llamado "Doplef" es

transferida durante cada periodo de corriente alta. Dado que el periodo de

corriente está dentro de la región de arco rociado, la estabilidad del arco con

esta técnica es muy similar a la de la soldadura por rociado convencional. El

periodo de baja corriente mantiene el arco y sirve para reducir la corriente

promedio, por consiguiente, la técnica de rociado pulsado produciría un arco

rociado a un promedio de corriente más baja de la requerida para el rociado

convencional. El promedio bajo hace posible lograr soldaduras en materiales

más delgados, con técnica de rociado, usando alambres más gruesos, que

en cualquier otro caso sería imposible. La soldadura de arco pulsado puede

también ser usada en materiales pesados y en posiciones especiales

2.1.6.9 Técnica de deposición globular de la soldadura MIG

En tanto que la corriente y el voltaje de soldadura son incrementados

por encima del máximo recomendado para la soldadura de arco por la

técnica de corto circuito, el metal transferido comienza a tener una apariencia

diferente, esta técnica es comúnmente conocida como transferencia globular.

Usualmente las gotas de metal o moltens superan en diámetro al alambre

mismo haciéndolas tan pesadas que se desprenden cayendo ayudadas por

el efecto de la gravedad.

Esta técnica es muy poco usada por su dependencia de la posición de

piso, ya que depende de la gravedad para completar el efecto de la técnica,

este modo de soldar podría ser errático en ciertas aplicaciones y presenta

muchas veces salpicaduras y los cortos circuitos del alambre son muy



comunes, restando tiempo al proceso, no obstante algunos han logrado

estabilizar el proceso convirtiéndolo en una técnica alternativa en

aplicaciones especiales.

La soldadura MIG es uno de los tipos de soldadura más utilizado en la

actualidad debido a las ventajas y beneficios que este proceso presenta. En

este tipo de soldadura existen diversos medios de transferencia del material

de aporte entre los cuales se tienen el de transferencia por cortocircuito,

transferencia globular y transferencia de arco rociado (Spray), se desea

determinar cuál de estos medios nos ofrece las propiedades mecánicas y

microestructurales más adecuadas sobre el cordón de soldadura realizado

en el acero inoxidable austenítico, para distintas aplicaciones donde se utiliza

cada uno de los modos de transferencia del aporte de material.

CCAAPPÍÍTTUULLOO IIIIII

MMaarrccoo MMeettooddoollóóggiiccoo

3.1 Nivel de la investigación

La estrategia utilizada para solucionar el problema planteado estuvo

dentro de la investigación descriptiva y experimental. Descriptiva la cual

consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno, individuo o grupo, con

el fin de establecer su estructura o comportamiento, no se limita a la

recolección de datos, sino a la predicción e identificación de las relaciones

que existen entre dos o más variables, debido a que se pretende estudiar la

influencia del modo de transferencia de material de aporte sobre las

propiedades mecánicas y microestructurales de la junta soldada; y

Experimental debido a que para evaluar las propiedades de las juntas

soldadas del acero inoxidable austenítico AISI - 304 se realizaron ensayos

experimentales a las mismas, variando el modo de transferencia del material

de aporte; los cuales son:

Transferencia por Cortocircuito.

Transferencia Globular.

Transferencia por Arco Rociado.



Las juntas provenientes del metal base AISI – 304 fueron soldadas a

tope, a las mismas se les realizó un bisel a 60º, para un espesor de lamina

de 6mm. Se utilizó como material de aporte un alambre AWS - ER308. El gas

de protección que se utilizó fue el mismo para realizar todos los cordones, y

se restringió a 100% Argón, ya que el estudio se enfocó en los efectos de la

variación del modo de transferencia del material de aporte sobre las juntas

soldadas.

Los parámetros de soldadura establecidos se obtuvieron al realizar

varias pruebas con la máquina de soldar ya que la misma por defecto, ajusta

los valores, de acuerdo a su mejor rendimiento.

De este modo, Los parámetros de soldadura establecidos son:

Voltaje

Intensidad de Corriente

Longitud de arco

Caudal de gases

Velocidad de soldeo

Velocidad de alimentación del alambre

Tipo de transferencia

3.2 Diseño de la investigación

Para alcanzar los objetivos planteados en este trabajo se siguieron

tantos los lineamientos de una investigación documental, como los de una

investigación experimental, es decir se recurrió a la revisión bibliográfica y a

la realización de ensayos normalizados.

Capítulo III. Marco Metodológico 41

Para lograr los objetivos enmarcados en esta investigación es

necesario establecer un plan de trabajo en el cual se puede observar los

pasos a realizar como se indican a continuación:

Figura III.1 Flujograma experimental

Caracterización de los materiales a utilizar

Caracterización del material base

Lamina de acero inoxidable AISI - 304

Caracterización del material de aporte

Alambre de acero inoxidable AWS – ER308

Diseño y preparación de juntas

Proceso de soldadura GMAW

Parámetros de soldadura

Voltaje

Intensidad de Corriente

Longitud de arco

Gas protector

Caudal de gases

Velocidad de soldeo

Velocidad de alimentación del alambre

Modo de transferencia del aporte

A. Transferencia por cortocircuito.

B. Transferencia Globular.

C. Transferencia por Arco

Rociado

Preparación de Probetas

A. Cortocircuito; 5 tracción, 1 dureza, macro y microscopía, 3 doblado.

B. Globular; 5 tracción, 1 dureza, macro y microscopía, 3 doblado.

C. Arco rociado; 5 tracción, 1 dureza, macro y microscopía, 3 doblado.

D. Ensayo de tracción Ensayo de microscopía Ensayo de Doblado

Ensayo de dureza

Conclusiones

Recomendaciones

Análisis de resultados



3.3 Población y muestra

En el presente trabajo la población se encuentra representada por el

acero inoxidable austenítico AISI 304. Las muestras estuvieron constituidas

por 27 probetas en total; de las cuales 15 para el ensayo de tracción, 9

probetas para ensayo de doblado y 3 probetas para el estudio metalográfico

y para ensayo de microdureza. Por lo que se tiene que para cada modo de

transferencia del aporte se tuvo un total de 9 probetas distribuidas de la

siguiente manera, 5 para el ensayo de tracción, 3 para el ensayo de doblado

y 1 para el estudio metalográfico y microdureza.

3.4 Materiales y equipos a utilizar

1. Lámina de acero inoxidable AISI 304 de dimensiones 1400 mm x 340

mm x 6 mm.

2. Electrodos AWS – ER308 de 0,9 mm de diámetro

3. Máquina de soldar Lincoln Electric modelo Powertec 300C por arco

metálico con protección gaseosa GMAW.

4. Equipo Galdabini para el ensayo de tracción y doblado.

5. Microdurómetro Vickers.

6. Equipo para ataque electrolítico marca ElecroMet.

7. Microscopios ópticos

8. Pulidora metalográfica.

9. Esmeril angular.


10. Guillotina.

11. Mandril macho y hembra para el ensayo de doblado.

12. Cámara digital.

3.5 Herramientas a utilizar

1. Vernier, tiza para metal, lentes protectores, bata de laboratorio,

guantes, entre otros.

2. Papeles de lija de finura de grano creciente: 120, 240, 280, 320, 400,

600, 1200.

3. Alúmina en polvo fina y gruesa.

4. Acido Oxálico al 10%.

5. Etanol.

6. Secador.

3.6 Procedimiento experimental

33..66..11 CCaarraacctteerriizzaacciióónn ddee llooss mmaatteerriiaalleess

El Procedimiento experimental que se llevó a cabo en esta

investigación se inició con la caracterización de los materiales a utilizar, entre

los cuales se tiene como material base una lámina de acero inoxidable

austenítico AISI - 304 de 6mm de espesor el cual se utiliza en una gran

diversidad de aplicaciones en la actualidad, este material es recomendado

para ser usado para construcciones ligeras soldadas en las que el recocido



no es práctico o posible, pero que requieren buena resistencia a la corrosión

por ejemplo: equipos químicos de proceso, equipos de proceso y manejo de

alimentos, intercambiadores de calor, equipo para hospitales, entre otras

aplicaciones, además posee un muy buen desempeño en altas temperatura

(800 a 900 ºC).

Tabla III.1 Composición Química del acero inoxidable AISI 304

Composición química

%C

0,041

%Cr

18,03

%Mn

1,16

%P

0,029

%S 0,004

%Mo 0,068

%Ti

0,0038

%Si

0,47

%Ni

8,14

%Co

0,111

%Cu

0,062

Fuente: Certificado de calidad del acero inoxidable AISI 304, proporcionado por el

distribuidor.

Luego se comparó la composición química suministrada por el

distribuidor con la composición teórica que debería poseer un acero

inoxidable austenítico AISI-304 (extraído de Di Caprio, 1999) para comprobar

que los valores suministrados por el proveedor estén dentro del rango de

valores teóricos y así garantizar que el material posee una composición con

valores dentro del rango para un acero austenítico.

Se procedió a realizarle un ensayo de tracción al material base para

comprobar que las propiedades mecánicas suministradas por el proveedor

concuerdan con las obtenidas en el ensayo.

Tabla III.2 Propiedades mecánicas del acero inoxidable AISI 304

Material max (MPa) F (MPa) % Elongación

Acero inoxidable AISI 304 703 389 53

Fuente: Certificado de calidad del acero inoxidable AISI 304, proporcionado por el

distribuidor.


Como material de aporte un alambre AWS – ER308, este material

posee como principal aplicación la soldadura de aceros inoxidables,

mediante procesos de GMAW (MIG), GTAW (TIG), este electrodo es el que

utiliza específicamente para el tipo acero inoxidable de la soldadura de 304H.

Tabla III.3 Composición química del metal depositado AWS – ER308

Composición química

Clasificación

AWS

%C %Mn %P %S %Si %Cr %Cu %Ni %Mo

ER 308 0,03 1-2,5 0,03 0,03 0,3 –

0,65

19,5 -

22

0,75 9 -

11

0,75

Fuente: Catálogos de electrodos Lincoln Electric, proporcionado por el distribuidor.

33..66..22 PPrreeppaarraacciióónn ddee llaass pprroobbeettaass

Corte de lámina

De la lámina de acero inoxidable AISI – 304 de 600mm x 340mm x

6mm se procedió a extraer seis trozos de 340mm x 100mm x 6mm

conformando así tres parejas con las medidas de la sección anteriormente

descrita. Para este procedimiento se utilizó una guillotina.

Soldadura de las parejas

La soldadura se le realizó a las tres parejas de trozos de láminas de

sección 340mm x 100mm x 6mm obteniendo así tres piezas de 340mm x

200mm x 6mm, utilizando un proceso de soldadura GMAW, la soldadura se

hizo con un bisel a 60º, a tope como se muestra en la figura III.2:



Figura III.2 Diseño de la junta.

El proceso de soldadura se llevó a cabo variando algunos parámetros

como intensidad y voltaje para lograr los distintos modos de transferencia del

aporte (cortocircuito, arco rociado, globular), en la tabla III.4 se presentan los

parámetros de soldadura para cada modo de transferencia. Estos

parámetros fueron obtenidos después de una serie de pruebas, partiendo de

un rango de valores suministrados por un catálogo de la empresa Lincoln,

seleccionando aquellos donde el cordón de soldadura presentaba mejor

acabado superficial y deposición del material de aporte.

Tabla III.4 Parámetros de soldadura para los distintos modos de transferencia

Modo de Transferencia Voltaje (V) Intensidad de corriente (A) Velocidad (pulg/min)

Arco Rociado 24 197 450

Corto Circuito 21 135 230

Globular 29 245 380


Corte de piezas para elaborar las probetas

Después de soldadas las tres piezas se hizo un plano sobre las

mismas de las distintas porciones de láminas a extraer para luego proceder

al mecanizado de las distintas probetas. Este plano se realizo según la

norma ASME sección 9 QW – 463.1 (a) para láminas de menos de 3/4” de

espesor.

En la Figura III.3 se muestra el plano que se utilizó para representar

cada porción de lámina para la elaboración de las probetas con sus

dimensiones en milímetros.

Figura III.3 Plano para representar cada porción de lámina para la elaboración de las

probetas. Fuente: Norma ASME sección 9 QW - 463.1 (a).



MMeeccaanniizzaaddoo ddee pprroobbeettaass

Después de cortar las distintas porciones de la lámina, se

mecanizaron con la finalidad de obtener un total de 15 probetas para

ensayos de tracción, 9 probetas para ensayo de doblado y 3 probetas con el

objeto de realizar estudios metalográfico y de microdureza, según las normas

respectivas de realización de cada ensayo.

3.7 Ensayos experimentales en las probetas soldadas

33..77..11 EEnnssaayyoo ddee ttrraacccciióónn

El ensayo destructivo más importante es el ensayo de tracción, en

donde se coloca una probeta en una máquina de ensayo consistente de dos

mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se

aplica el desplazamiento de la mordaza móvil. Un esquema de la máquina de

ensayo de tracción se muestra en la Figura III.4

La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal

móvil a una velocidad seleccionable. La máquina entrega una señal que

representa la carga aplicada y el desplazamiento que luego son graficadas

en la pantalla conectada al CPU y que luego se pueden imprimir.

A través del ensayo de tracción se obtuvieron:

Porcentaje de alargamiento.

Esfuerzo de fluencia.

Esfuerzo máximo.

Esfuerzo de ruptura.


Figura III.4 Máquina de Ensayo de Tracción

Se elaboraron 5 probetas por cada modo de transferencia de material

de aporte (establecido en la norma ASTM 4 como número mínimo de

probetas para este ensayo), es decir, 15 probetas en total. A continuación

(figura III.5), se muestra el modelo de las probetas utilizado según la norma

ASTM E190.

Figura III.5 Probeta de tracción según norma ASTM E190. Medidas en milímetros. Fuente: Norma ASTM E190.

Para realizar el ensayo de tracción las probetas fueron llevadas al

laboratorio de materiales donde se encuentra la máquina Galdabini para

ensayos mecánicos. Los resultados del ensayo están expresados en gráficas

de carga vs. Elongación.



Para construir la curva Esfuerzo vs. Deformación, el esfuerzo se

obtuvo dividiendo la carga por el área inicial de la sección transversal de la

probeta, a través de la ecuación 1:

Ao

PS (Ec. 1)

Donde:

P: Carga aplicada (N)

Ao: Área inicial de la sección transversal de la probeta (mm2)

S: Esfuerzo (N/mm2)

La deformación ( ) usada para la curva Esfuerzo vs. Deformación

ingenieril se obtiene de la elongación ( ) de la probeta entre su longitud

inicial (lo).

lo

lolf

lo

l

lo

(Ec.2)

Donde:

lf: Longitud fina de la probeta (mm)

lo: Longitud inicial de la probeta (mm)

Tanto el esfuerzo como la deformación se obtuvieron dividiendo la

carga y la elongación por factores constantes, por lo tanto, la curva carga vs.

Elongación tendrá la misma forma que la curva esfuerzo vs. Deformación

ingenieril.

Una vez obtenidas las curvas esfuerzo vs deformación ingenieril para

cada probeta se procede a realizar la curva característica esfuerzo

deformación para probetas ensayadas con cada uno de los métodos de


transferencia del aporte, esta curva se realizo haciendo un promedio del

comportamiento de las cinco probetas ensayadas.

33..77..22 EEnnssaayyoo ddee DDoobbllaaddoo

Este ensayo se realizó con el objeto de determinar la ductilidad de la

junta soldada. Para realizar el ensayo se coloca la probeta sobre dos rodillos

cuya distancia es de 50mm, que corresponde al diámetro del rodillo del

punzón mas dos veces el espesor de la lámina, garantizando que el cordón

de soldadura quede en la mitad de dicha distancia y se le aplica la presión

con un tercer rodillo situado encima de la pieza y en medio de los dos rodillos

que sujetan la pieza. Al aplicar la fuerza el material cede y se dobla. Este

ensayo se llevó a cabo haciendo uso de la maquina Galdabini que es la

encargada de imprimir la fuerza sobre la probeta.

En este ensayo se utilizaron 3 probetas por cada modo de

transferencia de material de aporte, es decir, 9 probetas en total. Las

probetas se elaboraron según la norma ASTM E-190.

Figura III.6 Probeta según norma ASTM E190. Medidas en milímetros. Fuente: Norma ASTME190.



33..77..33 EEnnssaayyoo MMeettaallooggrrááffiiccoo

Para llevar a cabo este ensayo se realizó un estudio macroscópico y

luego un estudio microscópico, el primero se realizó para observar la

geometría del cordón y el segundo con la finalidad de observar los cambios

sufridos en la microscopía debido a la soldadura. Por cada modo de

transferencia del material de aporte se tomó una probeta haciendo así un

total de 3 probetas.

33..77..33..11 EEssttuuddiioo MMaaccrroossccóóppiiccoo

Para la preparación de la probeta se siguieron los siguientes pasos:

1. Se cortaron cada una de las probetas.

2. Se realizó el desbaste del corte con papel de lija con un tamaño de grano

120 para aplanar la superficie de la pieza.

3. Se continúo el proceso de lijado, utilizando para los mismos papeles de

lija de tamaño de grano: 240, 320, 400, 600 y 1200.

4. Luego del proceso de lijado se realizó el ataque químico a la cara en

estudio con ácido oxálico mediante un proceso electrolítico.

5. Se lavó con agua corriente, se le aplicó etanol y secó con aire caliente.

6. La muestra quedó lista para ser observada, donde se pudo distinguir el

metal base y el cordón de soldadura macroscópicamente.

33..77..33..22 EEssttuuddiioo MMiiccrroossccóóppiiccoo

Las probetas fueron sometidas nuevamente a un proceso de desbaste

con papeles de lijas para eliminar la capa atacada, luego las probetas se

pulieron con los paños grueso y fino, utilizando para ello la alúmina gruesa y

fina respectivamente. Al obtener una superficie especular, las probetas

fueron atacadas con acido oxálico al 10% por un tiempo de 50 segundos


para que se revele la microestructura esto haciendo uso del equipo para

ataques electroquímicos, luego se lavó con agua corriente, se le aplicó etanol

y se secó con aire caliente.

Una vez realizado el procedimiento anteriormente descrito se procedió

a analizar las probetas en el microscopio óptico ver figura III.7 en el cual

fueron observadas a 100X, 200X y 400X, se seleccionaron las imágenes en

las cuales quedo revelada microestructura de la soldadura y defectos

diversos; es decir, la metalurgia de la soldadura.

Figura III.7 Equipo para ataques electrolíticos marca Electromet.

33..77..44 EEnnssaayyoo ddee dduurreezzaa

Para el ensayo de dureza se utilizaron las mismas probetas que las

utilizadas para el ensayo de microscopía, primero se realizó el ensayo de

microscopía y después el ensayo de dureza.

Con las probetas ya preparadas, se procede a seleccionar los puntos

para realizar la medición de microdureza Vickers utilizando una carga de 200

gramos (según norma ASTM E384-99), cabe destacar que se utilizará un

microdurómetro debido a que el espesor de la probeta es muy pequeño



(6mm). Luego se miden las diagonales de la huella dejada por el penetrador

para así obtener la dureza promedio por zonas; de los resultados obtenidos

se elaborarán gráficas de microdureza Vickers promedio vs. Zonas de

medición. Este ensayo se realizó en el laboratorio de Ensayos de Materiales.

Figura III.8 Microdurómetro de huella de base piramidal marca BUEHLER.

Las zonas estudiadas fueron:

Cordón de soldadura. (CS)

Zona afectada por el calor. (ZA)

Material base. (MB)

Una vez realizadas las gráficas de cada uno de los modos de aporte,

se procede a realizar una gráfica donde se reflejen los tres modos de aporte

y se puedan establecer comparaciones entre las mismas. En esta gráfica se

muestran los resultados de dureza para las zonas de Cordón de Soldadura y

Zona Afectada, ya que el metal base utilizado para los ensayos es el mismo.

CCAAPPÍÍTTUULLOO IIVV

AAnnáálliissiiss ddee RReessuullttaaddoo

4.1 Resultado de los estudios de tracción:

Una vez realizados los ensayos de tracción se obtuvieron las curvas

de Esfuerzo vs. Deformación para cada una de las probetas ensayadas, en

donde se determinan las propiedades mecánicas a estudiar, como lo son: el

esfuerzo de fluencia, el esfuerzo máximo y la deformación elástica. Luego se

procede a realiza la curva característica para cada tipo de aporte de material

a estudiar. Una vez extraídos todos los datos de las gráficas, se procede a

tabular los resultados obtenidos (Tabla IV.1).

En las figuras IV.1, IV.2 y IV.3 se muestran las curvas características

esfuerzo vs deformación para las probetas ensayadas con aporte de material

por el método de Corto Circuito, Globular y Arco Rociado respectivamente.

En la Figura IV.4 se muestra la información de la curva de Esfuerzo vs

Deformación del acero inoxidable 304, la cual se tomará como punto de

referencia para realizar los análisis pertinentes la influencia de cada uno de

los tipos de aporte de material.



Figura IV.1 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de las probetas soldadas

mediante el aporte de material por Corto Circuito.


mediante el aporte de material de tipo Globular.

Capítulo IV. Análisis de Resultados. 57


mediante el aporte de material por Arco Rociado.

Figura IV.4 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación del material base.



Esfuerzo de Fluencia

0

100

200

300

400

500

600

Modo de Aporte

Esfu

erz

o (

Mp

a)

Corto Circuito Globular Arco Rociado

Figura IV.5 Gráfica Esfuerzo de Fluencia vs Modos de Aporte.

Esfuerzo Máximo

540

560580

600

620

640660

680

700

720740

760

Modo de Aporte

Esfu

erz

o (

Mp

a)


Figura IV.6 Gráfica Esfuerzo Máximo vs Modos de Aporte.


Esfuerzo de Fluencia vs Esfuerzo Máximo

0

100

200

300

400

500

600

700

800


Esfu

erz

o (

Mp

a)

Esfuerzo de Fluencia Esfuerzo Máximo

Figura IV.7 Comparación del comportamiento entre el Esfuerzo de Fluencia y el Esfuerzo

Máximo

Porcentaje de Alargamiento

0

5

10

15

20

25

30

35

Modo de Aporte

Ala

rgam

ien

to (

%)


Figura IV.8 Gráfica de Deformación máxima vs. Modo de aporte



Tabla IV.1 Resultados del ensayo de tracción de probetas soldadas por GMAW según modo de transferencia

Tipo de Aporte Esfuerzo de

Fluencia (MPa) Esfuerzo Máximo

(MPa) Alargamiento

(%)

Corto Circuito 352,076 614,376 20,76

Globular 492,578 688,584 21,03

Arco Rociado 410,432 732,998 28,86

4.2 Análisis del ensayo de tracción

En la figura IV.5 se comparan los resultados obtenidos para el

esfuerzo de fluencia de las distintas formas de aporte de material, donde se

puede observar que el aporte de tipo globular posee los mayores niveles de

esfuerzo de fluencia, tomando un valor promedio de 492,578 MPa,

sobrepasando los valores obtenidos mediante los aportes por Corto Circuito

y por Arco rociado en: 40,50% y 20,01% respectivamente. Esto se puede

deber a que los valores de los parámetros de soldadura del modo de

transferencia del aporte de tipo globular (Voltaje e Intensidad de corriente)

son más elevados que en los otros métodos de transferencia, generando

mayor calor al momento de realizar la soldadura. Se observa que los valores

de esfuerzo de fluencia mas bajos se obtienen para las juntas soldadas

mediante el aporte por corto circuito, tomando un valor de 352,076 MPa.

Para el esfuerzo máximo se puede observar en la gráfica IV.6 que los

valores máximos se encuentran en las probetas soldadas mediante el aporte

por Arco Rociado, alcanzando un valor de 732,998 MPa, sobrepasando los

valores obtenidos mediante los aportes por Corto Circuito y Globular en:

19,31% y 6,45 % respectivamente. Se observa también que los valores mas


bajos de esfuerzo se localizan en las probetas soldadas por corto circuito, la

cual tiene un valor de 614,376MPa.

Observando la gráfica IV.7 donde se comparan los resultados de

esfuerzo máximo y de esfuerzo de fluencia de cada uno de los tipos de

aporte de material. Se puede decir que en el aporte de tipo globular el valor

de esfuerzo máximo se encuentra más cerca del valor de esfuerzo de

fluencia del material. Lo que indica que el material adquiere gran valor de

resistencia elástica. El valor de esfuerzo máximo es mayor que el de

esfuerzo de fluencia en un 39,8% en el aporte de tipo globular. Mientras que

para el aporte por corto circuito lo supera en 74,5% y para el aporte por arco

rociado lo supera en 78,59%.

Para realizar el análisis del porcentaje de alargamiento de las juntas

soldadas, se construyó la gráfica IV.8 donde se comparan los valores

obtenidos para los tres tipos de aporte de material. Se observa que los

valores de porcentaje de alargamiento de las probetas soldadas mediante el

aporte globular y corto circuito son similares teniendo una diferencia sólo de

1,30% mientras que las juntas soldadas mediante el aporte por arco rociado

alcanzan un valor superior a los otros tipos de aporte siendo éste 28,86% y

siendo mayor que las juntas soldadas por aporte de tipo globular en 37,23%.

Esto se debe a que las juntas soldadas mediante la transferencia del aporte

de tipo globular poseen mayor ductilidad que las juntas soldadas por los

otros modos de aporte.

4.3 Resultados del ensayo de doblado.

Se presentan las figuras IV.9, IV.10 y IV.11 donde se muestran las

características de esfuerzo vs. Deformación para las probetas ensayadas con



aporte de material por el método de Corto Circuito, Globular y Arco Rociado

respectivamente.

Figura IV.9 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de las probetas de doblado soldadas mediante el aporte de material por Corto Circuito.

Figura IV.10 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de las probetas de doblado soldadas mediante el aporte de material de tipo globular.


Figura IV.11 Curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de las probetas de doblado soldadas mediante el aporte de material por Arco Rociado.

A continuación se presentan las tablas IV.2; IV.3 y IV.4 donde se

muestran imágenes de las probetas a las cuales se le realizaron los ensayos

de doblado, en donde se analizó y buscó grietas y/o porosidades en el

cordón de soldadura para su posterior análisis.

Tabla IV.2 Observaciones del ensayo de doblado para probetas soldadas con aporte de tipo

Corto circuito

Observaciones de probetas soldadas con aporte por Corto Circuito

Imágenes de las probetas

Ensayadas

P1 Cordón de soldadura Centrado, sin agrietamiento visible.




P3 cordón de soldadura centrado, sin agrietamiento visible.

Tabla IV.3 Observaciones del ensayo de doblado para probetas soldadas con aporte de tipo

Globular.

Observaciones de probetas soldadas con aporte de tipo Globular


Ensayadas


P2 Cordón de soldadura centrado, sin agrietamiento visible



Tabla IV.4 Observaciones del ensayo de doblado para probetas soldadas con aporte de tipo Arco rociado

Observaciones de probetas soldadas con aporte por Arco Rociado


ensayadas

P1 cordón de soladura centrado, con leve agrietamiento del cordón.

P2 Cordón de soldadura Centrado, con fractura del cordón de soldadura y en la zona

afectada por el cordón. Punzón desviado

P3 Cordón de soldadura centrado, sin agrietamiento visible.

4.4 Análisis del ensayo de doblado

Como se puede observar en la tabla IV.2 para las probetas soldadas

mediante el aporte de material por corto circuito se aprecia un buen

resultado, ya que no existen agrietamientos en el cordón y se observa una

buena ductilidad de las juntas soldadas, obteniendo un valor de esfuerzo

máximo de 56,54 MPa.

Las juntas soldadas mediante el aporte de tipo globular presentaron, al

igual que las anteriores, buenos resultados (Tabla IV.3), no se observan



grietas en las probetas ensayadas y presentan buena ductilidad. Alcanzando

un valor de esfuerzo máximo de 75,18MPa, sobrepasando al esfuerzo

máximo para las probetas soldadas por el procedimiento de aporte por corto

circuito en un 32,96%.

Para las probetas ensayadas mediante el aporte por arco rociado se

observa un ligero agrietamiento en una de las probetas y agrietamiento entre

la zona de soldadura y la zona afectada por la soldadura (véase Tabla IV.4),

que posiblemente fue efecto del desvío del punzón con el que se realizó el

ensayo; la última probeta no presenta agrietamiento. Se puede decir que las

muestras poseen buena ductilidad a pesar del socavamiento presente en una

de las probetas. Para los ensayos realizados a las probetas con aporte por

arco rociado se alcanzó un esfuerzo máximo de 65,02MPa; siendo este un

14,99% superior al de las juntas soldadas por corto circuito y 15, 62% menor

que el de las juntas soldadas con aporte de tipo globular.

Según los resultados obtenidos se observa que los valores de

esfuerzo máximo se alcanzan para las probetas soldadas con aporte de tipo

globular, siguiendo en orden las soldadas por arco rociado, aunque pueden

presentar socavamiento en la zona entre la soldadura y la zona afectada por

el cordón; y las probetas soldadas mediante el aporte por corto circuito

presentan buena ductilidad y menor esfuerzo máximo. Debido a los

resultados obtenidos, se puede inferir que a medida que se aumentan los

valores de los parámetros con los que se realizan los distintos modos de

transferencia del aporte (Voltaje e Intensidad de corriente) aumenta el valor

de resistencia a la compresión de la junta soldada.


4.5 Estudio de macroscópica

Para el ensayo de macroscópica se pueden observar las probetas, las

cuales fueron sometidas a distintos ataques químicos y así poder observar

las penetraciones de los cordones de soldadura en las probetas a los

amperajes según cada tipo de aporte.

Figura IV.12 Macroscopía de la probeta soldada con aporte por Corto Circuito.

OObbsseerrvvaacciioonneess::

Esta muestra presenta una excelente penetración del material de

aporte, carece de oxido superficial, el cordón se observa uniforme y ancho;

presenta una grieta en el centro de la soldadura.

Figura IV.13 Macroscopía de la probeta soldada con aporte de tipo Globular.


Existe buena penetración del material de aporte, el cordón no es

uniforme y no presenta grietas a lo largo del mismo, carece de óxido

superficial. Cordón de soldadura fuera del centro.



Figura IV.14 Macroscopía de la probeta soldada con aporte por Arco Rociado.


Se evidencia solape, buena penetración del material de aporte,

existen salpicaduras de material de aporte sobre la muestra, cordón delgado.

Esta muestra carece de óxido superficial.

4.6 Análisis del ensayo de Macroscopía.

En la muestra soldada mediante el aporte de material por corto circuito

se evidencia mayor penetración del material de aporte y mayor uniformidad

del cordón de soldadura, quedando éste mejor distribuido sobre el material

base, debido a que los parámetros de soldadura se encuentran entre sí con

una mayor armonía lo cual permite un mayor control al momento de realizar

el cordón de soldadura.

Se evidencia gran cantidad de salpicaduras de material de aporte en

la junta soldada por arco rociado, característica de este modo de

transferencia. Donde el aporte de material se deposita en forma de spray lo

que ocasiona dicho defecto.

El cordón de soldadura obtenido a través del método de transferencia

globular carece de uniformidad en cuanto al tamaño del cordón y a su

distribución a lo largo de la junta, debido a que los parámetros de soldadura


son más elevados que en los otros dos métodos, lo cual dificulta su

ejecución.

4.7 Estudio de Microscopía.

AAppoorrttee ppoorr CCoorrttoo CCiirrccuuiittoo

Figura IV.15 Microestructura de la probeta soldada con aporte por Corto Circuito

200X

200X

MB

ZA

CS

ZA

MB

400X

200X

200X




Se observa en el cordón de soldadura estructuras dendríticas con cambios

de sentido, siguiendo un comportamiento irregular a lo largo del cordón, este

comportamiento se puede deber a que la velocidad de enfriamiento fue

rápida y no permitió que los granos de la microestructura se ordenaran de

manera uniforme. En la zona afectada por el calor de la soldadura se

observa la formación de las estructuras dendríticas columnares hasta que

llega a una estructura completamente dendrítica. En el metal base se aprecia

una estructura austenítica.

AAppoorrttee GGlloobbuullaarr

Figura IV.16 Microestructura de la probeta soldada con aporte Globular

200X

100X

400X

MB

ZA

CS

ZA

MB

200X

200X


OObbsseerrvvaacciioonneess

Se observa en el cordón de soldadura una estructura columnar dendrítica

con un patrón uniforme, se deduce que este comportamiento se debe a que

la velocidad de enfriamiento y el uso de Argón como gas de protección

permitieron que los granos de la microestructura se ordenaran de forma

regular. Se puede apreciar claramente la zona afectada por el calor, en la

cual comienza la formación de la estructura columnar dendrítica. En el metal

base se observa la estructura austenítica característica con presencia de

algunas porosidades, ya que al ser un material con bajo contenido de

carbono y carece de aportes del mismo, se deduce que los puntos

observados en la imagen son porosidades.

AAppoorrttee ppoorr AArrccoo RRoocciiaaddoo

Figura IV.17 Microestructura de la probeta soldada con aporte por Arco Rociado

200X

400X

200X

MB

ZA

CS

ZA

MB

200X

200X




Se puede observar en el cordón de soldadura una estructura dendrítica con

un comportamiento muy similar entre las mismas, alineadas y con un

distanciamiento uniforme. Se aprecia en la zona afectada por el calor la

formación de las estructuras columnares dendríticas con sentido hacia el

cordón de soldadura, y en el metal base se observa la estructura austenítica

característica del material.

4.8 Análisis del ensayo de microscopia

En las figuras (IV.15 – IV.16 – IV.17) donde se muestra la

microestructura de los tres modos de transferencia del aporte se puede

apreciar que la solidificación en el cordón de soldadura en la transferencia de

aporte por cortocircuito ocurre de manera desorganizada, observándose así

una estructura dendrítica con oscilaciones, la cual difiere de las

transferencias del aporte por arco rociado y globular que presentan

estructuras columnares dendríticas organizadas y uniformes.

Se puede apreciar que para el modo de aporte de tipo globular existe

mayor área de la zona de transición entre el material de aporte y el material

base que en los otros modos de aporte, lo cual se puede deber a que el calor

al cual fueron sometidas las probetas soldadas con transferencia del aporte

de tipo globular fue mayor a las soldadas por los otros métodos de

transferencia, esto, favorece a la soldadura ya que existe mayor unión entre

las partes y menos probabilidad de causar una fractura prematura del

cordón.


Las estructuras dendríticas del cordón de soldadura observadas en la

microestructura de la junta soldada mediante el aporte por arco rociado se

encuentran mas unidas entre ellas que en las juntas soldadas por los

métodos de corto circuito y globular. Se destaca que las estructuras

dendríticas de la junta soldada mediante el aporte de tipo globular están más

unidas que las soldadas por corto circuito.

4.9 Ensayo de microdureza Vickers

A continuación se presenta la tabla IV.5 con los resultados de los

ensayos de dureza Vickers (HV) a una carga de 200 gr de presión obtenidos

para las distintas zonas de estudio de las probetas soldadas con los

diferentes modos de aporte de material.

Tabla IV.5 Resultados de los ensayos de Dureza en las zonas de estudio para los distintos modos de aporte de material

Tipo de Aporte Dureza (HV)

Cordón de Soldadura

Dureza (HV)

Zona Afectada

Dureza (HV)

Metal Base

Corto Circuito 358,4 341,63 327,1

Globular 338,125 322,775 312,8

Arco Rociado 334,5 329,68 317,06

Figura IV.18 Zonas de estudio de las probetas para Microdureza.

MB

ZA

CS

ZA

MB



290

300

310

320

330

340

350

360

Dureza Vickers vs Zona de estudio

Corto Circuito

Cordón Soldadura Zona Afectada Metal Base

Figura IV.19 Gráfica de micro dureza de la probeta soldada mediante el aporte por Corto

Circuito.

300

305

310

315

320

325

330

335

340


Globular


Figura IV.20 Gráfica de micro dureza de la probeta soldada mediante el aporte de tipo

Globular.


300

305

310

315

320

325

330

335

340


Arco Rociado


Figura IV.21 Gráfica de micro dureza de la probeta soldada mediante el aporte por Arco

Rociado.

Dureza Vickers vs Modo de aporte de material

290

300

310

320

330

340

350

360

370



Figura IV.22 Gráfica de Dureza Vickers vs. Modos de aporte de material, estudiando Cordón

de Soldadura y Zona Afectada.



4.10 Análisis del ensayo de microdureza Vickers

Luego de realizar los gráficos donde se comparan los valores de

dureza Vickers en las zonas de estudio: cordón de soldadura, zona afectada

y metal base. Se puede observar que para todas las pruebas se obtienen los

valores de dureza máxima en la zona del cordón, seguidamente de la zona

afectada. Esto se debe a que al momento de realizar el aporte de material,

este se funde a una temperatura mayor a la de recristalización y luego

disminuye relativamente rápido lo que genera una mayor dureza en el

material, mayor resistencia a los esfuerzos y mayor tenacidad. Así también

se genera mayor fragilidad en el cordón de soldadura ya que mientras se

enfrían los granos se hacen más pequeños y aumentan la dureza de la

microestructura. La zona afectada cambia su estado al estar en contacto con

las altas temperaturas que produce el material de aporte, este cambio de

temperatura hace que los granos de material se reorganicen y crean mayor

dureza en el material.

Para los ensayos realizados se observa que los valores de

microdureza máxima se obtuvieron en las juntas soldadas con aporte por

corto circuito, alcanzando un valor de 358,4 HV siendo éste mayor a los

valores obtenidos para el aporte de tipo globular y por arco rociado, en:

5,99% y 7,14% respectivamente. Así se observa que para las juntas

soldadas con aporte por arco rociado poseen el menor valor de microdureza,

siendo este 334,5 HV. Para esta junta los valores de dureza en la zona

afectada por el cordón se aproximan a los valores de microdureza del cordón

teniendo una diferencia de 4,82 HV equivalente a un 1,46%. Esto puede

deberse a que el área afectada por el calor es pequeña y no hay mucha

influencia del calor sobre el metal base, lo que hace que las propiedades

microestructurales de la zona no cambien significativamente.

CCAAPPÍÍTTUULLOO VV

CCoonncclluussiioonneess yy RReeccoommeennddaacciioonneess

5.1 Conclusiones

El uso de Argón como gas de protección ayuda a que el cordón de

soldadura se solidifique de forma homogénea, haciendo que las

estructuras dendríticas del cordón sean uniformes.

A medida que se aumenta el amperaje como parámetro de soldadura,

la temperatura del material de aporte aumenta y conlleva a que el área

de la zona afectada por el calor aumente.

Los valores más altos de microdureza Vickers se alcanzaron para

todas las muestras en el cordón de soldadura, debido a que el material

de aporte se encuentra a una temperatura superior a la de

recristalización, la cual disminuye relativamente rápido, generando

mayor dureza en la zona. Al comparar se obtienen los valores máximos

en las muestras soldadas mediante el método de transferencia del

aporte por Corto circuito.



La soldadura mas uniforme en cuanto a penetración, ancho de cordón,

mejor acabado de superficie en el estudio macroscópico, fue la de la

muestra realizada por el método de corto circuito.

El material base ensayado AISI 304 cumple con los valores de la

composición química teórica, lo cual corresponde a su naturaleza.

Los parámetros de soldadura utilizados son los que produjeron un

mejor aspecto del cordón y a su vez se encuentran dentro del rango de

los valores teóricos recomendados para cada modo de transferencia

del aporte.

La resistencia a la tracción de las uniones soldadas por el método de

arco rociado son mayores a las soldadas por los métodos de corto

circuito y globular. Lo que representa una mayor ductilidad en dichas

muestras, debido a que presenta un porcentaje de elongación mayor al

presentado por las otras muestras.

5.2 Recomendaciones

Se propone la realización del ensayo de fatiga, área de penetración, y

ensayo de impacto para el estudio de la influencia del modo de

transferencia del aporte en un proceso de soldadura GMAW.

Se recomienda para estudios posteriores tomar en cuenta la variación

de otros parámetros, tales como el espesor de la lámina y el gas de

Capítulo V. Conclusiones y Recomendaciones 79

protección a utilizar para así poder obtener mayor información acerca

del comportamiento del acero austenítico AISI 304.

Se recomienda la utilización de piezas de prueba para establecer los

parámetros de soldadura más adecuados para cada modo de

transferencia, ya que en la bibliografía se presentan rangos de valores

teóricos que no son los que se reflejan en la realidad.

El soldador debe ser calificado y poseer experiencia acerca del

proceso de soldadura GMAW.

RReeffeerreenncciiaass BBiibblliiooggrrááffiiccaass

[1] Rodríguez M. Indira, España D. Carmen. Influencia del flujo de gas

protector en las propiedades mecánicas y metalúrgicas en juntas

soldadas de acero a-36 usando un proceso de rociador y cortocircuito.

Universidad de Carabobo (Venezuela), 2006.

[2] Pereira, J., Durán L., Van Deventer, D. y Zambrano, J. Comportamiento

mecánico a torsión de la aleación de aluminio AA6061 tratada

térmicamente. X Congreso Iberoamericano de Metalurgia y Materiales,

Cartagena – Colombia, 2008.

[3] “Soldadura” [Documento en línea] Disponible en:

http://www.drweld.com/gmaw.html

[4] “Welding types” [Documento en línea] disponible en:

http://www.gordonengland.co.uk/

[5] “Soldadura” [Documento en línea] Disponible en:

http://www.scielo.org/cgi-bin/wxis.exe/applications/scielo-org/iah/?IsisScri

pt=iah/iah.xis&base=article^dart.org&lang=e&nextAction=search&exprSea

rch=soldadura&form=F&conectSearch=AND

Referencias Bibliográficas 81

[6] “InfoAcero” (2000) [Documento en línea] Disponible en:

http://www.infoacero.cl/acero/que_es.htm

[7] Aristeiguieta, J. y Zambrano, I. Guía de Soldadura MIG/MAG para

soldadura electrica con alambre y gas de protección (GMAW). American

Society of Metals – Venezuela, 2008

[8] “Welding Processes”. Welding Handbook, Vol-2, Eight Editions. American

Welding Society.

[9] Smith W. Fundamento de la ciencia e ingeniería de los metales. 2da

Edición, McGraw – Hill, Interamericana de España.

[10] “Welding Journal”. Welding Handbook, Vol-8, Eight Editions. American

Welding Society.

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