SOLDADURA OXI-GAS PRESENTACIÓN

SOLDADURA OXI-GAS 2009 PRESENTACIÓN El objetivo principal de este folleto, es servir como material de apoyo para los estudiantes que participan en los módulos sobre soldadura, con el proceso oxi-gas. Se considera todo libro como una caja de herramientas; se pretende que el estudiante utilice el presente folleto, para respaldar las enseñanzas y guías dadas por los instructores, además de verificar la teoría aplicada en la práctica, pues el mejor maestro para cualquier estudiante, es la constancia en la práctica, sumada a su propio deseo de superación. Noviembre 2009 Valerio C German 1 SOLDADURA OXI-GAS 2009 PRESENTACIÓN ................................................................... 1 INTRODUCCIÓN ...................................................................5 1.- Proceso De Soldadura Oxi-Acetilénica......................................................................5 2.- Importancia De La Soldadura En La Industria .........................................................6 CAPÍTULO I........................................................................ 7 1.-Definición de soldadura autógena .............................................................................7 2.- Gases Y Su Producción............................................................................................9 3.- Seguridad Y Precauciones .....................................................................................19 4.- Principales aplicaciones de OAW ...........................................................................22 CAPITULO II .................................................................... 23 1.- Estudio De La Soldabilidad De Los Aceros..............................................................23 2. - Códigos, Normas Y Especificaciones......................................................................31 3. - Posiciones De Soldadura.......................................................................................36 4. Tipos De Juntas......................................................................................................38 6. Calificación De Procedimientos Y Personal De Soldadura ........................................39 CAPÍTULO III ...................................................................42 1.- Componentes Del Equipo De Oxi-Gas ....................................................................42 2.-Instalación Y Conexión Correcta Del Equipo De Oxi-acetileno .................................53 1. - Principios Básicos En El Proceso De Soldeo Oaw...................................................57 2. - Diferentes Llamas Y Sus Características ................................................................57 3. Limpieza Y Preparación Previa De Los Materiales Base .........................................62 4. Técnicas De Soldeo ..............................................................................................62 5. - Defectos En La Soldadura ....................................................................................63 6. - Soldadura fuerte...................................................................................................64 7. - Elección del material de aporte..............................................................................67 8. Elección del fundente...........................................................................................69 9. - Soldadura suave ...................................................................................................72 1.-Proceso De Oxicorte ...............................................................................................75 2- Teoría Del Oxicorte ................................................................................................76 3- Oxicorte Manual ....................................................................................................76 4- Pantógrafo (oxicorte automático) ............................................................................77 5- Diferentes Procesos De Corte De Metales ................................................................77 6- Influencia de la pureza del oxígeno en el oxicorte ....................................................80 7- Función de la llama de calentamiento en el oxicorte.................................................82 8- El soplete ...............................................................................................................85 9- boquillas de corte ...................................................................................................87 10- Correcto manejo del soplete...................................................................................88 11- oxi-Corte con polvos o fundentes especiales............................................................91 1.-Aluminio ...............................................................................................................94 2 Noviembre 2009 Valerio C German 2009 SOLDADURA OXI-GAS 2.- Proceso de soldeo ..................................................................................................94 3. - Metal de aporte ....................................................................................................95 4. - fundente ..............................................................................................................95 5.- Cobre ...................................................................................................................95 6. Soldadura de relleno con bronce ...........................................................................96 7 Soldadura con plata ..............................................................................................96 CAPÍTULO VII .................................................................. 97 1 Soldeo de las fundiciones ......................................................................................97 2.-Precalentamiento para soldeo De Los Hierros Fundidos ...........................................98 3.-Procedimiento De Soldeo De Los Hierros Fundidos .................................................99 4.-Problemas En La Soldadura De Los Hierros Fundidos ...........................................100 GLOSARIO.................................................................... 101 Acción Capilar.........................................................................................................101 Admitancia ..............................................................................................................101 Agente oxidante .......................................................................................................101 Agente Reductor ......................................................................................................102 Alotropía .................................................................................................................103 Anión ......................................................................................................................104 Anisotropía ..............................................................................................................104 Ánodo de sacrificio...................................................................................................105 Automatización industrial.........................................................................................106 Bronce ....................................................................................................................106 Catión .....................................................................................................................107 Cátodo.....................................................................................................................108 Cero absoluto...........................................................................................................108 Coalescencia............................................................................................................110 Compuesto iónico.....................................................................................................110 Coque......................................................................................................................111 Cuproníquel.............................................................................................................112 Disociación..............................................................................................................112 Ductilidad................................................................................................................112 Electrón de valencia .................................................................................................113 Electronegatividad ...................................................................................................113 Energía cinética .......................................................................................................114 Energía de activación ...............................................................................................115 Enlace covalente ......................................................................................................115 Estequiometria.........................................................................................................116 Fotón ......................................................................................................................119 Fundente.................................................................................................................119 Galvanómetro ..........................................................................................................120 Imán Móvil...............................................................................................................121 Cuadro Móvil ...........................................................................................................121 Noviembre 2009 Valerio C German 3 SOLDADURA OXI-GAS 2009 GERMANIO............................................................................................................122 Grado Celsius ..........................................................................................................122 Kelvin......................................................................................................................123 Rankine...................................................................................................................123 Grado Fahrenheit ....................................................................................................124 Hojalata ..................................................................................................................124 Impedancia..............................................................................................................125 Inconel....................................................................................................................126 Inductancia .............................................................................................................126 Interacción electrostática..........................................................................................127 IONES ....................................................................................................................128 Isotropía..................................................................................................................129 Latón ......................................................................................................................129 Maleabilidad............................................................................................................130 Meta-estabilidad.......................................................................................................130 Monel......................................................................................................................131 Normalizado ............................................................................................................132 Orbital Molecular ....................................................................................................132 Pantógrafo ..............................................................................................................132 Pasivación ...............................................................................................................132 Pudelar ...................................................................................................................133 Reactancia...............................................................................................................133 Recocido..................................................................................................................134 Resiliencia (desambiguación) ....................................................................................135 Revenido .................................................................................................................135 Temple ....................................................................................................................137 Bonificado: Temple y revenido ..................................................................................137 BIBLIOGRAFÍA ............................................................... 139 4 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 INTRODUCCIÓN 1.- Proceso De Soldadura Oxi-Acetilénica Como en casi todos los campos, lo que impulsó el desarrollo de los diferentes procesos de la soldadura a escala comercial, fue La revolución Industrial. Aunque hoy los diferentes metales (aceros, aluminios, bronces, cobres ) se encuentran en múltiples formas en nuestra vida cotidiana, al principio de su historia, el uso del metal estaba limitado, por la imposibilidad de unir grandes piezas metálicas. En 1835, Edmund Davey, en Inglaterra, descubrió el gas acetileno, pero para aquella época, su producción resultaba muy costosa. Solo 57 años después, el canadiense Thomas L. Wilson (1892), hacía experimentos en su taller, calentando piedra caliza y coque (carbón blando), en un horno eléctrico (sin darse cuenta había descubierto una nueva sustancia conocida como carburo de calcio). Su experimento fue un fracaso; sin embargo al lanzar los desechos a un arroyo detrás de su taller, se desprendió un gas que resultó ser acetileno y así, por accidente, descubrió un método económico para producirlo. El francés H. Lechatelier, en 1895, descubrió la combustión del oxígeno con el acetileno, y en 1900, los franceses E. Fouch y F. Picard, desarrollaron el primer soplete de oxi-acetileno. En el año 1916, la soldadura oxiacetilénica estaba ya formada como un procedimiento de soldeo por fusión, con una calidad razonable en chapas finas de acero, aluminio y cobre desoxidado. La soldadura es un proceso de unión de materiales, en el cual se funden las superficies de contacto de dos o más partes mediante la aplicación de calor o presión y con o sin, material de aporte. La integración de las partes que se unen mediante soldadura se llama ensamble soldado. Muchos procesos de soldadura se obtienen solamente por el calor, sin aplicar presión. Otros se obtienen mediante una combinación de calor y presión, y unos únicamente por presión sin aportar calor externo. Noviembre 2009 Valerio C German 5 SOLDADURA OXI-GAS 2009 En algunos casos se agrega un material de aporte o relleno para facilitar la coalescencia. La soldadura se asocia con partes metálicas, pero el proceso también se usa para unir plásticos y otros. 2.- Importancia De La Soldadura En La Industria Proporciona una unión permanente y las partes soldadas se vuelven una sola unidad. La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales si se usa un material de relleno o aporte, que tenga propiedades de resistencia superiores a la de los metales originales y se aplican las técnicas correctas de soldeo. Es la forma más económica de unir componentes. Los métodos alternativos requieren de procesos más complejos como taladrado de orificios e incrustación de diversos tipos de sujetadores, como remaches o tornillos y tuercas. El ensamble mecánico, casi siempre, es más pesado que la soldadura. La soldadura no se limita al ambiente de fábrica o taller pues se puede realizar en el campo. Algunas desventajas: La mayoría de las operaciones de soldadura se hacen manualmente, lo cual implica alto costo de mano de obra. Por ser una unión permanente, no permite un desensamble adecuado. En los casos en los que es necesario mantenimiento en un producto, no debe utilizarse la soldadura como método de ensamble. La unión soldada puede tener defectos de calidad que son difíciles de detectar. Estos defectos reducen la resistencia de la unión. 6 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 CAPÍTULO I 1.-Definición de soldadura autógena Se debe entender como soldadura autógena cualquier proceso de unión de materiales donde exista la fusión de todos, o al menos de uno de los componentes involucrados, y que al realizarse dicho proceso no se dependa de un material de aporte, esto comprende (entre otros), la soldadura de forja, basada en la propiedad del hierro y el acero de soldarse o unirse, cuando son golpeados estando a altas temperaturas (superiores a los 1130ºC); la soldadura con oxi-gas (sin metal de aporte), la soldadura eléctrica (GTAW), en la cual el calor necesario para efectuar la fundición de los metales, lo proporciona la corriente eléctrica. En el proceso de soldeo y corte con gas oxi-combustible OFW (oxygen fuel welding), el principio es simple, una intensa flama es producida por la combustión controlada de una mezcla de un gas comburente y otro combustible. Uno de los principales comburentes es el aire formado por una mezcla de gases conocidos: nitrógeno 78%, oxígeno 21% y el restante 1% de gases nobles. El gas comburente empleado en este procedimiento de soldeo es el oxígeno puro. Como gas combustible, se puede utilizar acetileno, hidrógeno, propano, metano o butano. Los gases son obtenidos de fuentes o tanques separados y pasados a través de reguladores para luego ser transportados por las mangueras hasta una antorcha en donde se mezclan, para salir por la cabeza de soldadura o boquilla donde ocurre la ignición. A través de la alta temperatura de la llama se logra la coalescencia de los materiales involucrados. La intensidad de la flama depende de: el flujo de los gases, la proporción de la mezcla y las propiedades del gas combustible seleccionado, así como del tipo de cabeza de soldadura o boquilla. El flujo de los gases y la proporción de la mezcla son controlados por los manómetros o reguladores de presión y las válvulas ubicadas en la antorcha. Los depósitos de soldadura son formados por el cordón de material fundido del metal base y del material de aporte (cuando se usa), formándose al contacto de la alta temperatura de la flama. El uso de fundentes (cuando corresponde), remueve el oxido y las costras del área de soldadura y ayuda a asegurar una soldadura de calidad. En operaciones de corte, la flama es concentrada para precalentar y mantener el metal en su temperatura de ignición, mientras un chorro de oxígeno es dirigido al área precalentada. Este chorro de oxigeno rápidamente oxida el metal en una sección angosta y la escoria es expulsada para formar una ranura. El equipo básico necesario para efectuar las operaciones de soldadura y corte incluyen dos tanques o botellas conteniendo oxígeno en uno y gas combustible en el otro, un manómetro o regulador en cada botella, dos mangueras que van desde los manómetros hasta la antorcha. Noviembre 2009 Valerio C German 7 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Una extensión o accesorio para cortar y boquillas para soldar. Lo que se conoce como soldeo OFW, es en realidad un grupo de procesos de soldadura, utilizables con o sin la aplicación de presión, y con o sin metal de aporte. A continuación se presenta información sobre cada uno de éstos procesos. 1.1- Soldadura Oxhídrica OHW (oxygen hydrogen welding) Es la mezcla de oxígeno e hidrógeno. La combustión del hidrógeno se efectúa según la siguiente ecuación: 2H2 + O2 ---------------- 2 H2O Esta llama carece de dardo o cono bien perfilado, por tanto no puede regularse visualmente. Aunque la combustión completa de dos volúmenes de hidrógeno y uno de oxígeno, debería proporcionar teóricamente, una temperatura de unos 3500 0C, en la práctica el vapor de agua no es estable a esa temperatura, sino que vuelve a disociarse en hidrógeno. Esta disociación se realiza a coste de disminuir la temperatura y al mismo tiempo para evitar la acción oxidante del oxígeno producido, debe proporcionarse un exceso de hidrógeno. Debido a lo indicado, la proporción práctica es de cuatro volúmenes de hidrógeno y uno de oxígeno, obteniéndose una temperatura de unos 21000C. Esta llama se utiliza para soldadura de aleaciones de no muy alta temperatura de fusión y para soldadura fuerte. 1.2- soldadura oxi-propano OPW (oxygen propane welding) Es la mezcla de oxígeno y propano, en la combustión de este gas se obtiene aproximadamente una temperatura de 27800C. Se utiliza para corte de metales y soldadura blanda. Presenta como ventaja un costo menor al del acetileno pero tiene como desventaja, para corte y calentamiento el tener una reacción más lenta a la combinación oxiacetilénica y sólo puede emplearse en metales blandos. La reacción de combustión es: C3H8 + 5O2 --------------------- 3CO2 + 4 H2O 1.3- soldadura oxi-acetileno OAW (oxygen acetylene welding) Mezcla de oxígeno y acetileno, es la mezcla más importante y más utilizada en la práctica industrial debido a su propiedad de brindar la llama de más alta temperatura y más concentrada de todos los gases usados industrialmente, pues puede alcanzar una temperatura promedio de hasta 3500ºC, facilitando por esta razón, el proceso de soldeo por fusión, fundamentalmente cuando aumentan los espesores de las chapas a soldar. 8 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 El proceso con la llama oxiacetilénica, presenta otras ventajas:  Suficiente flexibilidad y fácilmente regulable, ya sea con exceso de oxígeno o de acetileno, en función de los metales a unir.  La composición de los productos de la llama corresponde a unas propiedades típicamente reductoras.  No es un producto derivado del petróleo y por tanto, no está sujeto a oscilaciones de producción y precios.  El uso del gas acetileno como combustible, hace muy superior la velocidad de ignición de la mezcla, en comparación a otros gases utilizados. 2.- Gases Y Su Producción 2.1- Variables Importantes En Los Gases (volumen, presión y temperatura) Estados físicos Existen cinco estados físicos conocidos en que se puede presentar la materia, a saber: hielo cuántico ó Bose Einstein; sólido; líquido; gaseoso; y plasma ó plasmático. En la naturaleza la materia se nos presenta básicamente bajo los tres estados físicos más conocidos:  Sólido Es aquel en el cual la materia tiene formas definidas, tales como: un árbol, una piedra, un martillo, etc.  Líquido Es aquel en el cual la materia no presenta forma definida y por lo tanto adopta la forma del recipiente que la contiene y en su parte superior presenta una superficie totalmente plana y nivelada cuando está en reposo, ejemplo: el agua en un tanque.  Gaseoso Es aquel en el cual la materia ocupa todo el espacio que le es permitido. En el estado gaseoso, la materia se contrae o expande con facilidad, según las condiciones que le son impuestas, ejemplo: aire, oxígeno, acetileno, argón, etc. Existen algunas materias, que pueden encontrarse (y de hecho las conocemos), en la naturaleza, en los tres estados, como por ejemplo el agua, que como sólido es el hielo; como líquido está en los ríos y como gas en el vapor que vemos salir de una olla, que contenga agua hirviendo. Noviembre 2009 Valerio C German 9 SOLDADURA OXI-GAS 2009 En el presente trabajo, sólo se tratarán algunas sustancias o mezclas de ellas, que en condiciones ambientales se encuentran en estado gaseoso; pero que pueden cambiar de estado dependiendo de las variaciones de tales condiciones. Los diferentes agentes directos que pueden influir en el cambio de estado de una determinada cantidad de sustancia, son las variantes de las siguientes condiciones:  Volumen: ................Unidad de medida que según el SI, es el metro cúbico  Presión: ...................Unidad de medida que según el SI, es el Pascal  Temperatura: ...........Unidad de medida que según el SI, es el Kelvin Nota: buscar en el glosario, la relación entre Kelvin, grado Celsius, grado Fahrenheit y Rankine. 2.2- Volumen Los gases no tienen dimensiones definidas; pues dentro de un recipiente se puede colocar una mayor o menor cantidad de gas, y cualquiera que sea esa cantidad, el gas siempre ocupará todo el espacio interno del recipiente o envase. Si se define la cantidad de gas (masa de gas constante), el volumen puede variar cómo el volumen de una bolsa plástica llena de aire; sin embargo la presión y la temperatura, también pueden variar, según ciertas relaciones de dependencia. 2.3- Presión La presión se considera como el esfuerzo efectuado por las moléculas del gas, entre sí y contra las paredes del recipiente en cual están contenidas. En los esquemas que se presentan a continuación se tiene una mejor idea sobre la influencia del volumen y la presión. En este esquema se considera que la temperatura es la misma en los tres casos. Cierta cantidad (masa) de gas está contenida en un recipiente cerrado; como se observa en la figura (1). La misma masa del mismo gas, ocupa un volumen, que es mucho menor cuando aumenta el peso sobre el émbolo, según se muestra en la figura (2). Mientras que es mucho mayor el volumen que ocupa la misma masa del mismo gas, cuando disminuye el peso sobre el émbolo; como se muestra en la figura (3). En la figura (2), el gas hace un esfuerzo contra las paredes del cilindro, que es mucho mayor que en el caso mostrado en la figura (3). La presión (P2), es mayor que la presión (P3). Lo que en realidad sucede es que en la figura (2), el gas ocupa un menor volumen (V2); y se encuentra bajo una mayor presión (P2), que en el caso de la figura (3), donde el gas ocupa el mayor volumen (V3), y la menor presión (P3) 10 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Figura 3 Figura 1 5 kg Figura 2 Émbolo 10kg Gas bajo presión P3 20kg Gas bajo presión P1 3 2 Volumen V1 1 Gas bajo presión P2 V2 Volumen V3 Cilindro 2.4- Temperatura Si en la figura (1), existiera calentamiento por fuera del recipiente, como se muestra en la figura (4), entonces en ese caso la temperatura del gas se elevaría y el volumen del gas aumentaría. Si por el contrario, existiera enfriamiento por fuera del recipiente, como se muestra en la figura (5), entonces, la temperatura del gas descendería y el volumen del gas disminuiría; aunque la presión se mantenga constante. En las figuras (4) y (5), la presión no varía, puesto que el peso sobre el émbolo es el mismo en ambos casos. Noviembre 2009 Valerio C German 11 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Figura 4 Figura 5 10 Kg 10 Kg V4 P4 T4 Calor V5 P5 T5 Hielo 2.5- Tipos De Gases Se enumera a continuación algunos de los tipos de gases existentes en el mercado:  Gases Inertes: son todos aquellos que a presión y temperatura normales no reaccionan con otros materiales, como el nitrógeno y los gases nobles, que son: helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe) y el radioactivo radón (Rn).  Gases Oxidantes/Comburentes: son todos aquellos capaces de soportar la combustión con un oxi-potencial superior al del aire, ejemplo: oxígeno (O2).  Gases Inflamables: son todos aquellos gases o mezcla de gases cuyo límite de inflamabilidad inferior en aire sea menor o igual al 13%, o que tenga un campo de inflamabilidad (límite superior menos límite inferior) mayor del 12%, ejemplo: hidrógeno, acetileno, propano, etc. 12 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009  Gases Tóxicos: son todos aquellos cuyo límite de máxima concentración tolerable (para una persona), durante ocho horas/día y cuarenta horas/semana es superior a 50 partes por millón, ejemplo: monóxido de carbono (CO).  Gases Corrosivos: son todos aquellos que por su acción química causa lesiones graves a los tejidos vivos o daños a los materiales con que entra en contacto, y que producen una corrosión de más de 5 mm/año en acero A-37, a una temperatura de 55°C, ejemplo: cloro (Cl2).  Mezclas De Gases: son todas aquellas mezclas que por su volumen de comercialización y su aplicación tienen el mismo tratamiento que los gases. 2.6- Oxígeno (O2) Es un gas que se encuentra en la naturaleza mezclado o combinado con otros elementos químicos, es indispensable para el desarrollo y existencia de la mayoría de los seres vivos, y es el principal elemento en toda combustión. La llama oxiacetilénica lo utiliza como gas comburente. En el aire existe mezclado con nitrógeno y con varios gases nobles. El oxígeno es un gas inodoro, incoloro e insípido, y se utiliza como comburente, puesto que facilita e intensifica la combustión de los gases combustibles al mezclarse con ellos. Aplicaciones Aproximadamente el 50% del oxígeno producido en el mundo, es consumido por las plantas siderúrgicas para aumentar la producción de los altos hornos en la fabricación de aceros, el 50% restante se utiliza en actividades tales como: Industriales:      Fabricación de vidrios Tratamiento de aguas Trabajos en metales (soldeo, corte, calentamiento, temple, etc.) Blanqueamiento de la pulpa de celulosa Oxidación de productos químicos Aero-espaciales:  Como gas, para mantener la normal respiración de las tripulaciones  Como líquido, para la oxidación de los combustibles líquidos de los reactores a propulsión de cohetes  Mantener la presión atmosférica a grandes altitudes Noviembre 2009 Valerio C German 13 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Medicinales:  Oxígeno-terapia: en niños prematuros; diferentes problemas respiratorios y cardiacos. Mezclado con helio en problemas asmáticos; mezclado con gas carbónico sirve como auxiliar de relajamiento muscular.  Mezclado con nitrógeno o con helio, se usa en los tanques para buceo. Principales métodos para la obtención del oxigeno: a) - Proceso del aire líquido El proceso del aire líquido se basa en el principio de separación de otros gases que existen mezclados en el aire, sometiéndolos a muy bajas temperaturas para lograr la licuefacción de estos. Ese aire líquido se somete a la acción de secadores y purificadores para después comprimirlos a muy alta presión. Básicamente lo que se hace es separar el oxígeno del nitrógeno dejando evaporar este último mientras que el oxigeno permanece en estado liquido y se deposita en tanques de almacenamiento para comprimirlos. b) - Proceso electrolítico El oxígeno por procedimiento electrolítico se produce haciendo pasar una corriente eléctrica continua a través del agua, y provoca así la disociación de los elementos que la componen. 2.7- Hidrógeno (H) Es un gas biatómico, inodoro, insípido, incoloro, no venenoso; es la molécula más pequeña que se conoce y es sumamente inflamable. Es un combustible que al arder proporciona una llama de color azul pálido. Se obtiene al descomponer el agua por electrólisis, y más comúnmente por refrigeración y presión. En estado libre sólo se encuentra en muy pequeñas cantidades en la atmósfera, aunque se estima que el 90% del universo visible está compuesto de hidrógeno. En combinación con otros elementos se encuentra ampliamente distribuido en la tierra, en donde el compuesto más abundante e importante del hidrógeno es el agua, H 2O. El hidrógeno se halla en todos los componentes de la materia viva y de muchos minerales. También es parte esencial de todos los hidrocarburos y de una gran variedad de otras sustancias orgánicas, pues todos los ácidos contienen hidrógeno. Sus principales aplicaciones son:  Hidrogenación de aceites  Diferentes procesos de soldeo  Hornos de sintetización  Fabricación de vidrio (formando atmósferas reductoras)  Reducción de oxígeno en hornos para metales 14 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Principales métodos para la obtención de hidrógeno a) - La conversión de metano (Gas natural), que hoy en día, suministra la mayor cantidad, alrededor del 70% b) - La extracción de gases de coque c) - La electrolisis del agua Electrolisis de agua en soluciones acuosas, permite obtener hidrógeno puro, pero el procedimiento es muy costoso. Precauciones: El hidrógeno es un gas extremadamente inflamable, y reacciona violentamente al contacto con el flúor y el cloro, especialmente con el flúor, con el que la reacción es tan rápida e imprevisible que no se puede controlar. También es peligrosa su despresurización rápida, ya que a diferencia del resto de gases, pude expandirse por encima de los 40°C, cuando se calienta. Peligros Físicos: Al ser más ligero que el aire y mezclarse bien con éste, con facilidad forma mezclas explosivas. Peligros Químicos: Reacciona violentamente con aire, oxígeno, cloro, flúor y oxidantes fuertes originando peligro de incendio y explosión. Los metales catalizadores tales como el platino o el níquel aumentan este tipo de reacciones. 2.8 - Nitrógeno Es un gas sin olor, sin color ni sabor, antiguamente se le llamaba azoe y se le consideraba impropio para la vida y de hecho en un ambiente de nitrógeno puro hay muy pocas posibilidades para la vida animal o vegetal; sin embargo hoy se sabe, que existe gran cantidad de este gas en el aire que respiramos y por lo tanto puede ser extraído para usarse en actividades como:     Procesamiento de aceites y grasas vegetales. Limpieza y secado de focos en la fabricación de lámparas. Secado y pruebas de tuberías. Conservación de alimentos a baja temperatura. Noviembre 2009 Valerio C German 15 SOLDADURA OXI-GAS 2009     Temple bajo cero. Corte de metales por plasma. Mantenimiento de ambientes en atmósferas inertes. Insuflado bajo presión para aumento de producción en pozos petroleros. 2.9 - Argón Es un gas inerte, o sea, no combustible, incoloro, inodoro e insípido, en condiciones ambientales normales es un gas, pero puede licuarse y solidificarse con facilidad. Los usos más comunes son:  En el uso a gran escala más antiguo que se conoce del argón, lámparas eléctricas o bombillas.  En corte y soldadura de metales que consume la mayor parte del argón  En los procesos metalúrgicos que constituyen la aplicación de más rápido crecimiento en la actualidad, se utiliza como tranquilizador del acero, dentro de los altos hornos.  El argón y las mezclas de argón-kriptón que se utilizan, con un poco de vapor de mercurio, se usan para llenar lámparas fluorescentes.  El argón mezclado con algo de neón, se utiliza para llenar tubos fluorescentes de descarga eléctrica, empleados en letreros de propaganda (parecidos a los anuncios de neón); esto se hace cuando se desea un color azul o verde en lugar del color rojo del neón. La mayor cantidad de argón se produce en plantas de separación de aire. El aire se licua y se somete a una destilación fraccionada. Dado que el punto de ebullición del argón está entre el del nitrógeno y el del oxígeno, se puede obtener una mezcla rica en argón de las fracciones de las capas correspondientes a la parte superior de la columna de destilación. La mezcla rica en argón se destila, se calienta y se quema catalíticamente con hidrógeno para eliminar el oxígeno. Mediante una destilación final se elimina el hidrógeno y nitrógeno, produciendo argón de elevada pureza que contiene únicamente pocas partes por millón de impurezas. 2.10 - Helio Es el más liviano de los gases inertes, después del hidrógeno, es el segundo gas más abundante en el universo; en condiciones normales de presión y temperatura el helio es un gas monoatómico no inflamable, pudiéndose licuar sólo en condiciones extremas (de alta presión y baja temperatura). Tiene el punto de solidificación más bajo de todos los elementos químicos, siendo el único líquido que no puede solidificarse bajando la temperatura, ya que permanece en estado líquido en el cero absoluto a presión normal. De hecho, su temperatura crítica es de tan sólo 5.19K o -267.96°C. Los sólidos 3He y 4He son los únicos en los que es posible, incrementando la presión, reducir el volumen más del 30%. 16 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 El calor específico del gas helio es muy elevado y el helio vapor muy denso, expandiéndose rápidamente cuando se calienta a temperatura ambiente. El helio sólido, sólo existe a presiones del orden de 100 MPa a 15 K (-248,15°C). Aproximadamente a esa temperatura, el helio sufre una transformación cristalina, de estructura cúbica a estructura hexagonal compacta. En condiciones más extremas, se produce un nuevo cambio, empaquetándose los átomos en una estructura cúbica centrada en el cuerpo. Todos estos empaquetamientos tienen energías y densidades similares, debiéndose los cambios a la forma en la que los átomos interactúan. Sus principales aplicaciones son:  Como gas de relleno para globos y zepelines publicitarios, pues es más ligero que el aire y aunque su poder ascensional es 8% menor que el hidrógeno, a diferencia de éste, no es inflamable.  Las mezclas de helio con oxígeno, se emplean en la inmersión de buceo a gran profundidad, ya que el helio es inerte, menos soluble en la sangre que el nitrógeno y se difunde 2,5 veces más deprisa que él, todo lo cual reduce el tiempo requerido para la descompresión, aunque ésta debe comenzar a mayor profundidad, y elimina el riesgo de narcosis por nitrógeno (borrachera de las profundidades).  Por su bajo punto de licuefacción y evaporación puede utilizarse como refrigerante en aplicaciones a temperatura extremadamente baja como en imanes superconductores e investigación criogénica a temperaturas próximas al cero absoluto.  La atmósfera inerte de helio se emplea en la soldadura por arco y en la fabricación de cristales de silicio y germanio, así como para presurizar combustibles líquidos de cohetes.  Como agente refrigerante en reactores nucleares.  El helio líquido encuentra cada vez mayor uso en las aplicaciones médicas de la imagen por resonancia magnética (RMI).  Se utiliza como mezcla, en equipos láser, siendo la más común Helio-Neón. 2.11 - Acetileno (C2H2) Es ligeramente más liviano que el aire y es el más importante de los hidrocarburos gaseosos y como combustible es el elemento más valioso. Es una composición química de carbono e hidrogeno (2 átomos de carbono y 2 de hidrógeno). El acetileno se produce como reacción química al mezclar agua con carburo de calcio. El carburo de calcio se obtiene en hornos eléctricos mediante la cocción de piedra caliza o cal viva, con carbón blando o coque. Al poner en contacto y bajo control, carburo de calcio y agua en recipientes adecuados llamados generadores, se produce acetileno. Noviembre 2009 Valerio C German 17 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Generalmente los generadores de acetileno se construyen con accesorios que los hacen funcionar automáticamente para que la producción del acetileno sea en la misma proporción que se consume en el soplete, dejando de generar tan pronto se apaga la llama. Este método era utilizado anteriormente ya que hoy en día se pueden adquirir fácilmente los tanques con acetileno, para poder utilizarlo directamente en el soplete. El acetileno es un gas incoloro e insípido sin sabor , pero de un olor muy característico semejante al ajo. Es muy inflamable y arde en el aire con una intensa llama luminosa, humeante y caliente, los límites superior e inferior de inflamabilidad son 2,8 y 93% en volumen de acetileno en aire; debido a su inestabilidad a altas presiones, se envasa en cilindros de acero que contienen un relleno monolítico de alta porosidad, saturado con un solvente, que generalmente es acetona, en la que se encuentra disuelto el acetileno, salvo una pequeña porción, que permanece en estado gaseoso en la parte superior del cilindro, el relleno poroso estabiliza el gas, sofocando los conatos de descomposición. Uso del gas: Debido a su reactividad, es usado en la industria química para procesos de síntesis de otros productos orgánicos. También en combinación con oxígeno constituye un combustible de alto rendimiento que se aplica para trabajos de soldadura y corte, tratamientos por calor, escarificado, enderezado, temple y revenido de partes mecánicas. Así también en la fabricación de piezas de vidrio; protección de moldes de fundición a fin de evitar que el hierro fundido se pegue a las coquillas o moldes en los cuales es vertido para obtener la forma de las piezas fundidas y en protección de metales fundidos para evitar oxidación. 2.12- Metano Este gas es incoloro, sin olor y no es tóxico, pero si muy inflamable y puede ser muy explosivo. Producido principalmente por la descomposición de la materia orgánica y ésta es una de las razones por las cuales cada vez hay más personas y empresas que se ocupan de producirlo por medio del reciclaje de basura orgánica y de estiércol, de diferentes animales. 2.13- Propileno Es un gas de hidrocarburos incoloro, no tóxico de olor agradable, se obtiene del petróleo y es muy inflamable. 2.14- MAPP (metil-acetileno-propadieno-propileno) También contiene pequeñas cantidades de otros compuestos y por lo general se surte licuado. 18 Noviembre 2009 Valerio C German 2.15- Flámex SOLDADURA OXI-GAS 2009 Es un compuesto de hidrocarburos que se emplea como aditivo en el propano y en el gas natural y también se surte licuado. Otros de los gases combustibles que pueden utilizarse en el proceso de soldadura oxi-gas, son el propano y el butano, los cuales son derivados del petróleo. Cada uno de estos gases al hacer combustión en presencia del oxígeno proporciona una llama que alcanza diferentes temperaturas de trabajo según sea el gas en cuestión, como se puede observar en siguiente la Tabla. Tabla 1. Reacción de combustiones y temperaturas más comunes de la llama con los gases de mayor utilización. Gas combustible Acetileno Hidrogeno Butano Propano C2 H2 +O2 ----------- CO2 + H2 O + Calor Temp. de la llama °C 3 100 - 3 500 C4 H10 + 6.5O2 ------------- O2 + H2 O + Calor 2 400 - 2 500 Reacción en la combustión H2 + 0.5 O2 -------------- H2 O + Calor C3 H8 + 5O2 ------------ 3 CO2 + 4H2 O + Calor 2 100 - 2 500 2 600 - 2 750 3.- Seguridad Y Precauciones No se debe manipular acetileno a alta presión sin antes estar capacitado para la correcta manipulación de cilindros, válvulas, reguladores y demás accesorios relacionados con este gas. El acetileno es un gas muy inflamable, inestable a presiones mayores de 14.5 psi. Cuando un cilindro es calentado o golpeado, el acetileno puede iniciar su descomposición, pudiendo liberarse el contenido a través de los tapones-fusible instalados en la parte superior e inferior del cilindro, hasta 24 horas después del calentamiento. Cuando esto ocurre, se produce un chorro de acetileno que se enciende espontáneamente por la fricción, acompañado de un ruido semejante a una explosión y un fuerte rugido, generando una llama que puede llegar hasta 5 m de altura. Si un cilindro de acetileno es calentado accidentalmente, o se calienta debido a un retroceso de flama, pero sin que se haya producido una llama, debe verterse abundante agua desde una distancia no menor de 6 metros, hasta su enfriamiento total. Entonces se puede cerrar la válvula del cilindro y retirarlo a un lugar más seguro o transportarlo hacia el proveedor. Las fugas en el cilindro y en los equipos de consumo presentan un riesgo de inflamación, por lo cual debe procederse a cerrar la o las válvulas necesarias, no sin antes comprobar que no haya llamas ni calentamiento del cilindro. Noviembre 2009 Valerio C German 19 SOLDADURA OXI-GAS 2009 3. 1- Precauciones: 1 - Los cilindros de acetileno deben ser usados y almacenados en lugares secos, seguros y bien ventilados, los techos, de haberlos, deben ser altos o de material incombustible. 2 - Los cilindros no deben ser colocados en las proximidades de hornos, fuentes potenciales de calor o de ignición. Los cilindros no deben exceder la temperatura de 52°C y deben ser protegidos de cualquier impacto o choque que deteriore su estructura. 3 - Los cilindros que estén vacíos deben separarse y distinguirse para evitar confusión. 4 - Abrir lentamente la válvula del cilindro y de preferencia no más de vuelta y media. Cerrarla luego de cada uso, dejando al menos 10 psi de presión remanente al agotarse el contenido. 5 - Nunca intente transferir acetileno de un cilindro a otro. Esto puede ocasionar una explosión. 6 - No coloque los cilindros en las proximidades de un arco eléctrico o equipos de soldadura. 7 - En caso de incendio se debe evacuar el área y aislar la zona. Si la llama de acetileno es pequeña (menos de 30 cm), cerrar la válvula del cilindro con las máximas precauciones y desde un lugar seguro, verter agua abundantemente en la superficie del cuerpo hasta su enfriamiento total. Entonces puede retirarse el cilindro a un lugar más seguro o transportarlo hacia el proveedor. 8 - Si la llama es mayor a 30 cm, no se debe extinguir, sino permitir que el contenido del cilindro se agote. En la medida de lo posible, debe retirarse de la zona los equipos y materiales que puedan arder. También debe verterse agua sobre el cilindro desde una distancia no menor de 6 m, con el fin de enfriarlo, más no de apagar las llamas. La asistencia de la compañía de bomberos más cercana es recomendable a fin de prevenir que el fuego pueda extenderse. 2.3- Código de colores de algunos gases industriales GAS CLASIFICACIÓN COLOR Acetileno Inflamable Naranja Oxígeno Oxidante Verde Propano Inflamable Gris Argón Inerte Celeste Co2 Inerte Gris Nitrógeno Muy inflamable Azul 20 TOXICIDAD Poco Si Si No No si Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 3.3- Normas Básicas De Seguridad En El Manejo De Cilindros 1. Almacenar los cilindros con precaución, en forma vertical con sus respectivas tapas protectoras, en ambientes ventilados cuya temperatura NO sobrepase los 50°C, protegidos del sol, lejos de cualquier fuente de ignición o circuito eléctrico. 2. Señalizar en los recintos de almacenamiento con : NO FUMAR 3. Transportar los cilindros debidamente amarrados y con su tapa protectora, utilizando zapatos y guantes de seguridad 4. Asegurar los cilindros en forma vertical, mediante una cadena a una muralla o a un poste, cuando el cilindro este almacenado o en uso 5. Mantener las válvulas de los cilindros cerradas, tanto cuando los cilindros estén cargados o vacíos, excepto cuando están en uso 6. Nunca utilizar cilindros NO identificados adecuadamente (color, etiqueta, marcas), ni equipos que no sean diseñados específicamente para el gas correspondiente 7. No se debe retirar las etiquetas o las marcas de los cilindros, sin autorización. Si un cilindro pierde su etiqueta debe ser devuelto al distribuidor o marcar el cilindro como no etiquetado 8. No utilizar martillo o llaves para abrir la válvula del cilindro, si no abre con la fuerza de la mano, avise al distribuidor 9. Nunca coloque los cilindros en pasillos o áreas de tránsito peatonal 10. Evitar que se confundan los cilindros vacíos con los llenos, conectar un cilindro vacío a un sistema presurizado, puede causar graves daños 11. Evitar que los cilindros se contaminen. Todo cilindro debe ser devuelto con un mínimo de 25 psi de presión y sus válvulas cerradas 12. Nunca utilizar los cilindros para otro uso, que no sea aquel para el cual están diseñados. 13. Nunca levante un cilindro tomándolo de la tapa protectora o de las válvulas, ni tampoco utilizar tecles o magnetos. Afírmelo sobre una plataforma. 14. Nunca almacenar gases combustibles junto con los gases comburentes, como oxígeno u oxido nitroso Noviembre 2009 Valerio C German 21 SOLDADURA OXI-GAS 2009 15. Utilizar para cada tipo de gas, las válvulas, reguladores y conexiones diseñados especialmente para ese gas. Preocuparse de mantener las salidas y conexiones de las válvulas, limpias sin polvo ni partículas extrañas. 16. Si un cilindro tiene fugas o escapes, márquelo y aíslelo en el exterior, lejos de fuentes de ignición. Avise al distribuidor 17. El manipulador, transportista y almacenador de cilindros de gases deben conocer las características y los posibles riesgos del gas (o gases), y la forma correcta de manejarlos y almacenarlos 4.- Principales aplicaciones de OAW Entre las principales y más conocidas aplicaciones del proceso OFW, y más concretamente del proceso OAW, se encuentran: Diferentes tipos de soldadura: Tipo de metal base Acero bajo carbono Acero medio carbono Acero alto carbono Acero inoxidable Plata-níquel Níquel Monel Plomo Hierro forjado Hierro fundido Inconel Cuproníquel Cobre Bronces Latones Aluminios Tipo de metal de aporte Acero Acero Acero Ajustable a metal base Plata-níquel Níquel Ajustable a metal base Plomo Acero Hierro fundido Ajustable a metal base Cuproníquel Cobre Aleaciones de cobre Latón Ajustable a metal base Tipo de llama Neutra Neutra Reductora Ligeramente reductora Reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Neutra Neutra Ligeramente reductora Reductora Neutra Ligeramente oxidante Ligeramente oxidante Ligeramente reductora Tipo de fundente Ninguno Ninguno Ninguno Ninguno Ninguno Ninguno Fundente para monel Ninguno Ninguno Fundente de Bórax Fundente de fluoruro Ninguno Ninguno Fundente de Bórax Fundente de Bórax Fundente para Al Otras aplicaciones: Corte de metales ferrosos Enderezado (por calentamiento), de ciertos tipos de estructuras Precalentamiento y post-calentamiento de diferentes piezas Tratamientos térmicos como: temple, revenido, recocido, normalizado, etc. 22 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 CAPITULO II TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES 1.- Estudio De La Soldabilidad De Los Aceros Conocer los efectos del calor sobre los materiales, es imprescindible para realizar una buena soldadura. Las dilataciones y las contracciones experimentadas por los materiales en el proceso de soldeo, pueden producir una serie de fenómenos como las tensiones que al final determinarán una importante deformación en el material. 1.2- Características De Los Materiales Características químicas: Influyen en los fenómenos de corrosión, es decir la destrucción del material por efectos atmosféricos. La oxidación es el fenómeno por el cual se producen óxidos metálicos, es decir combinación de oxigeno y metal. La reducción consiste en eliminar oxigeno mientras se realiza el baño de fusión, en las inmediaciones de la soldadura. Características físicas: Son las que definen el comportamiento del metal, al realizar la soldadura, al aplicar calor a un material, tanto la temperatura de fusión, la conductividad térmica y la estructura granular pueden variar. Características mecánicas: Son las que determinan el comportamiento del metal al aplicarle distintos tipos de cargas o esfuerzos, como resistencia a la tracción, a la abrasión, al impacto, a la conductividad térmica o eléctrica, etc. - Tensión: es la resistencia interna que el material ofrece a las deformaciones (Fuerza / Superficie) - Deformación: es el cambio de dimensiones del material en cuestión (Por ejemplo un alargamiento) - Elasticidad: es la capacidad para recuperar su forma y dimensiones iniciales - Límite elástico: es la carga máxima que puede soportar un material sin perder su forma inicial al cesar la carga. - Resistencia a la tracción: es la capacidad que tiene el material para soportar fuerzas que producen alargamientos. Noviembre 2009 Valerio C German 23 SOLDADURA OXI-GAS 2009 - Resistencia a la compresión: es la capacidad para soportar fuerzas que intentan disminuir de tamaño un material. - Resistencia a la flexión: es la capacidad que tiene un material para soportar fuerzas que lo curvan o flexionan. - Resistencia a la torsión: es cómo se comporta un material al girarlo. - Resistencia al impacto: es la capacidad del material al soportar impactos de forma brusca. - Resistencia a la abrasión: es la capacidad de un material de no desgastarse con facilidad. - Ductilidad: indica la capacidad de deformación de un material. - Dureza: es la oposición de un material al ser rayado o penetrado por otros. - Fragilidad: la capacidad del material de romperse ante pequeñas cargas. - Coeficiente de dilatación: variación de la longitud al aumentar el material un grado centígrado su temperatura. - Conductividad térmica: es la capacidad que tiene un material para transmitir calor. - Conductividad eléctrica: es la capacidad de un material de conducir con facilidad las cargas eléctricas Todas estas características son importantes a la hora de realizar procesos de soldadura. 1.3- Estructura De Los Metales Cualquier pieza metálica está constituida por moléculas y éstas a su vez por átomos que forman los granos o cristales, estos cristales se llaman redes cristalinas y adoptan diversas formas y tamaños. Básicamente hay tres tipos: - Sistema cúbico centrado en el cuerpo (hierro, molibdeno, cromo, vanadio) - Sistema cúbico centrado en caras (aluminio, níquel, cobre, plomo, platino, oro, plata) - Sistema hexagonal compacto (cadmio, titanio, cobalto...) 24 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS Noviembre 2009 Valerio C German 2009 25 SOLDADURA OXI-GAS 2009 1.4- Cristalización De Los Metales Todos los metales al solidificarse, y ser observada su estructura molecular en el microscopio, se aprecia su enlace metálico, en forma de cristales, pero un cambio en la temperatura puede hacer variar este enlace o estructura cristalina y por tanto pueden variar las propiedades químicas, físicas o mecánicas del material. Las velocidades de enfriamiento determinan la cantidad de cristales que se formarán y esto influye en el tamaño del grano y por tanto en las características mecánicas del material, de esta manera un drástico aumento o disminución de temperatura al momento de soldar, afectará en gran medida dichas propiedades. La estructura cristalina de los metales y aleaciones explica bastante una de sus propiedades físicas. La red cristalina de los metales está formada por átomos es decir una red atómica, que ocupan los nudos de la red de forma muy compacta con los otros átomos. En la mayoría de los casos los átomos se ordenan en red cúbica, retenidos por fuerzas provenientes de los electrones de valencia; pero los electrones de valencia no están muy sujetos, sino que forman una nube electrónica que se mueve con facilidad cuando es impulsada por la acción de un campo eléctrico. En química, un metal es un elemento que forma cationes fácilmente y que tiene enlaces metálicos. Una manera de describir a los metales es pensar en ellos como si fuesen un enrejado tridimensional, de iones positivos inmersos en un mar de electrones o si se prefiere rodeados por una nube de electrones des-localizados. Los metales además son uno de los tres tipos de elementos que se distinguen por su energía de ionización y sus propiedades de enlace (además de los metaloides y los no metales). Una definición más moderna del significado de metal procedente de la teoría que mejor los explica es: son elementos que tienen en su estructura electrónica bandas de conducción y bandas de valencia . Con esta definición, se amplía el concepto de metal, incluyendo otras sustancias además de los metales a los polímeros metálicos y a los metales orgánicos. La mayoría de los metales son inestables químicamente, casi todos reaccionan con oxigeno a presión y temperatura ambiente, variando notablemente la escala de tiempo en que esto ocurre. Así, los metales alcalinos reaccionan muy rápidamente, seguidos inmediatamente por los alcalinotérreos. Los metales de transición tardan mucho más en oxidarse y hay algunos de ellos cuya lentitud es prácticamente infinita. Algunos metales forman una barrera de óxido en su superficie evitando con ello la corrosión. Una de las características de los metales es que pueden combinarse químicamente entre ellos mismos de manera no estequiométrica formando lo que se conoce con el nombre de aleación. Así, una aleación es una mezcla (estequiométrica o no) de al menos dos elementos (uno de los cuales es necesariamente un metal). 26 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 De los millones de ejemplos que pueden existir de las aleaciones, las más comunes son las siguientes: Acero.................................. (Hierro y carbón) Latón .................................. (Cobre y cinc) Bronce ................................ (Cobre y estaño) Duraluminio ....................... (Aluminio y Cobre) Acero inoxidable ................ (Hierro, cromo, carbón y Níquel) Plata.................................... (Plata y cobre) Oro de 14 quilates .............. (Oro y cobre) Hay aleaciones compuestas por muchos elementos, aunque en diferentes porcentajes, dependiendo del propósito que se le quiera asignar al metal resultante; y los propósitos más comunes son: Que sean buenos conductores del sonido, el calor y la electricidad Que sean maleables (es decir que puedan laminarse) Que sean dúctiles (que se pueda con ellos hacer alambres) Que tengan lustre (que sean brillantes) Que tengan dureza (casi todos) Que sean densos Los enlaces metálicos deben ser omnidireccionales, es decir que no tengan requerimientos geométricos que deban satisfacerse. Si se piensa en canicas sumergidas en agua dentro de una caja, en principio se podrían empujar a cualquier lugar dentro de la caja y el agua seguirá rodeándolas. Debido a esta propiedad única del enlace metálico, éste puede mantener su existencia a pesar de ser empujado o halado de cualquier manera. Este acomodo será el más sencillo posible, pues, piensen en las maneras que se pueden acomodar un conjunto de canicas o pelotas de ping-pong, se acercarán las unas a las otras hasta que las interacciones repulsivas sean importantes. A este arreglo se le conoce como arreglo empacado cerrado. Así cuando al tener un conjunto de canicas se pueden empujar en cualquier dirección y si estuvieran rodeadas de agua, el agua se desplazaría dejándolas pasar. Este arreglo puede representarse de varias maneras, la tres más importantes son: Bolas y palos Llenado espacial Cúbico cortado Noviembre 2009 Valerio C German 27 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Existen tres maneras en las que los átomos metálicos pueden acomodarse entre sí: Cúbico centrado en el cuerpo Cúbico centrado en la cara Empaquetamiento hexagonal Hexagonal Y la manera en que cada uno de los metales se empaca es la que se muestra aquí: 1.5 - Estructura Molecular En un metal fundido aunque la estructura ordenada se ha roto, el enlace metálico aun está presente, de hecho, puede decirse que el enlace metálico no se rompe por completo sino hasta que el metal llegue a su punto de ebullición; o sea que empiece a hervir; muchas de las propiedades consideradas, que se presentan específicamente en los metales, son compatibles con el modelo de enlace siguiente: Se describe como el intercambio de los electrones libres por un enrejado de átomos metálicos. Los átomos metálicos típicamente tienen electrones de valencia que se encuentran ligados débilmente a sus núcleos (energías de ionización pequeñas), y es de esta manera que pueden deslocalizarse formando un mar de electrones en el que se encuentran sumergidos los núcleos de los átomos metálicos, es decir de iones positivos. El hecho de que la mayoría de los metales sean sólidos y que en general tengan puntos de fusión de muy alta temperatura, implica que el enlace entre ellos es fuerte, pues es un enlace no polar o muy poco polar, esto significa que las diferencias de electronegatividad entre los metales son muy pequeñas. De manera que los electrones no tienen preferencia por ninguno de los átomos del enrejado y por tanto se deslocalizan a lo largo de toda la estructura cristalina del metal, y este tipo de enlace explica la mayoría de las propiedades de los metales. 1.6 - Clasificación De Los Aceros Al Carbono Los aceros al carbono son aquellos en los que el carbono es el único elemento de aleación. La cantidad de carbono determina las características del material como la dureza y la resistencia al aumentar el contenido del carbono, y al disminuir el porcentaje de carbono, aumenta la ductilidad. Si se hace una clasificación de los aceros por el contenido de carbono, podemos nombrar tres grandes tipos: - Aceros de bajo contenido de carbono (entre 0.03% y 0.35 %). Son fácilmente soldables, confortables y mecanizables. 28 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 - Aceros de medio contenido de carbono (entre 0.35 y 0.55 % en carbono) resistentes y duros y para soldarlos con buenos resultados hay que utilizar electrodos especiales. - Aceros con alto contenido de carbono (entre 0.55 y 1.7 %). Se requieren electrodos especiales, precalentamiento etc. para realizar las soldaduras. Normalmente no se practican soldaduras en los aceros de muy alto contenido en carbono. 1.7 - Aceros Aleados Los aceros aleados son los que tienen uno o más elementos de aleación, elementos tales como manganeso, molibdeno, tungsteno, vanadio, cromo, níquel, fósforo, magnesio, titanio, etc. Estos elementos le dan algunas características especiales al acero, como puede ser un aumento de la resistencia a la tracción o al impacto o a la corrosión etc., y así se denominarán: aceros al cromo, al manganeso, al níquel, etc. 1.8 Otros Metales El cobre Es un metal de color rojo característico cuyo punto de fusión es de 1083ºC y su punto de ebullición 2336ºC. Con excepción de la plata, es el metal que mejor conduce la electricidad y el calor, es muy dúctil y maleable pero no se presta para el vaciado ni moldeo, expuesto a temperatura ambiente se cubre de una capa delgada llamada pátina o cardenillo y es el óxido del cobre. El latón Es una aleación de cobre y zinc, tiene un punto de fusión que varía entre 850ºC y 900ºC, según su porcentaje de zinc. Es dúctil y maleable, de fácil vaciado, tiene buena resistencia mecánica y a la corrosión. Las más comunes aplicaciones para esta aleación, dependen del porcentaje de zinc que contenga; los usos más comunes son: Con 20% de zinc en Joyería Con 28 a 36% de zinc en Estampados Con 40% de zinc en Maquinables Noviembre 2009 Valerio C German 29 SOLDADURA OXI-GAS 2009 El bronce Es una aleación de cobre y estaño, su punto de fusión varía según el porcentaje de estaño entre 900ºC y 950ºC Según el porcentaje contenido de estaño los más comunes son: Con 0% a 8% de estaño, medallas y joyería Con 8% a 12% de estaño, engranajes y grifos Con 13% a 20% de estaño, cojinetes y correderas Con 20% a 30% de estaño, campanas y platillos Con 30% a 40% de estaño, espejos metálicos El cuproníquel Es una aleación de cobre, níquel y las impurezas de la consolidación, tales como hierro y manganeso. Este metal no se corroe en agua de mar, porque por su naturaleza se ajusta a ella, dada su configuración atómica (potencial de electrodo). Debido a esto se utiliza para hardware de marina, y a veces para los propulsores, los cigüeñales y los cascos de remolcadores superiores, los barcos de pesca y otros. Esta aleación es comúnmente usada en muchas monedas modernas de color plateado. Una mezcla típica es 75% de cobre y 25% de níquel, y una muy pequeña cantidad de manganeso. El monel Es una aleación de cobre y níquel, conteniendo un 63% de níquel. Monel, es el nombre que se asigna a las aleaciones comerciales con proporciones, de 2 a 1, de níquel y cobre. Es más duro que el cobre y extremadamente resistente a la corrosión. La conductividad térmica del monel aunque es menor que la del níquel es significativamente mayor que la de las aleaciones de níquel que contienen grandes cantidades de cromo o hierro. Posee mayor resistencia que el níquel al ácido sulfúrico y al agua. Debido a su buena conductividad térmica y resistencia a la corrosión se utiliza frecuentemente en intercambiadores de calor. En anteojos se utiliza para varillas, puentes y partes delanteras, y con menor frecuencia para aros, permite soldaduras muy resistentes y un acabado que no se desgasta. Inconel Es una marca comercial, que se refiere a una familia de austeníticos níquel-cromo basado en súper-aleaciones, se utilizan normalmente en aplicaciones de altas temperaturas. 30 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Los nombres comerciales comunes para Inconel incluyen: Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 y Nicrofer 6020. Cada aleación tiene sus propias composiciones, pero todas tienen en mayor o menor medida níquel y cromo. Algunas de las composiciones de algunas aleaciones son: Elemento (% por masa) 0.5 0.15 0.015 0.5 0.1 0.015 0.015 0.35 0.08 0.015 0.0150.006 2. - Códigos, Normas Y Especificaciones El contenido de estas páginas ha sido preparado para dar un alcance de conocimiento básico en lo referente al porqué, de la utilización de códigos, normas y especificaciones en la aplicación de la industria metal mecánica. Los códigos, normas y especificaciones son documentos que rigen y regulan las diferentes actividades industriales. Los documentos que establecen lineamientos para las actividades relacionadas con la industria de la soldadura tienen el propósito de asegurar que sólo se producirán bienes soldados seguros y confiables, y que las personas relacionadas con las operaciones de soldadura no estarán expuestas a peligros indebidos ni a condiciones que pudieran resultar dañinas a su salud. Todo el personal que participa en la producción de bienes soldados, ya sean diseñadores, fabricantes, proveedores de productos y servicios, personal de montaje, soldadores o inspectores, tienen la necesidad de conocer, por lo menos, las porciones particulares de las normas que aplican a sus actividades. Noviembre 2009 Valerio C German BORO 0.20.65-1.150.3 0.8 FOSFORO 0.35 0.4 AZUFRE 4.75-5.5 1.0 0.4 CARBONO balance 2.8-3.3 0.5 SILICIO 50.0- 17.055.0 21.0 0.5 TITANIO 718 8.0-10.0 3.15-4.151.0 ALUMINIO 5.0 1.0 COBRE 20.023.0 MANGANESO 625 58.0 COBALTO 6.0-10.0 NIOBIO 14.017.0 MOLIBDENO HIERRO CROMO NIQUEL INCONEL 600 72.0 31 SOLDADURA OXI-GAS 2009 2.1. Definiciones Los códigos, las especificaciones y otros documentos de uso común en la industria tienen diferencias en cuanto a su extensión, alcance, aplicabilidad y propósito. A continuación se mencionan las características claves de algunos de estos documentos. 2.1.1. Código Es un conjunto de requisitos y condiciones, generalmente aplicables a uno o más procesos que regulan de manera integral el diseño, materiales, fabricación, construcción, montaje, instalación, inspección, pruebas, reparación, operación y mantenimiento de instalaciones, equipos, estructuras y componentes específicos. 2.1.2. Normas El término NORMA tal y como es empleado por la AWS, la ASTM, la ASME y el ANSI, se aplica de manera indistinta a especificaciones, códigos, métodos, practicas recomendadas, definiciones de términos, clasificaciones y símbolos gráficos que han sido aprobados por un comité patrocinador (vigilante) de cierta sociedad técnica y adoptados por ésta. 2.1.3. Especificación Una especificación es una norma que describe clara y concisamente los requisitos esenciales y técnicos para un material, producto, sistema o servicio. También indica los procedimientos, métodos, clasificaciones o equipos a emplear para determinar si los requisitos especificados para el producto han sido cumplidos o no. 2.2. Origen de Las Normas Las normas son desarrolladas, publicadas y actualizadas por organizaciones y entidades gubernamentales y privadas con el propósito de aplicarlas a las áreas y campos particulares de sus intereses. Algunas de las principales entidades que generan las normas relacionadas con la industria de la soldadura son las siguientes: AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials (Asociación Americana de Oficiales de Carreteras Estatales y Transportación) ABS American Bureau of Shipping (Oficina Americana de Barcos) AISC American Institute of Steel Construction (Instituto Americano de Construcción de Aceros) 32 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 ANSI American National Standards Institute ( Instituto Nacional Americano de Normas) API American Petroleum Institute (Instituto Americano del Petróleo) ASME American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos) AWWA American Water Works Association (Asociación Americana de Trabajos de Agua) AWS American Welding Society (Sociedad Americana de Soldadura) AAR Association of American Railroads (Asociación de Ferrocarriles Americanos) ASTM The Society for Testing and Materials (Sociedad Americana de Pruebas y Materiales) ISO International Organization for Standarization (Organización Internacional para la Normalización) SAE The Society of Automotive Engineers (Sociedad de Ingenieros Automotrices). 2.3. Aplicabilidad de Las Normas El cumplimiento de los requisitos de las normas es obligatorio cuando tales normas están referidas o especificadas en las jurisdicciones gubernamentales, o cuando éstas están incluidas en contratos u otros documentos de compra. El cumplimiento de las prácticas recomendadas o las guías es opcional. Sin embargo, si estos son referidos en los códigos o especificaciones aplicables o en tres acuerdos contractuales, su uso se hace obligatorio. Si los códigos o acuerdos contractuales contienen secciones o apéndices no obligatorios, el empleo de las guías o prácticas recomendadas, quedan a la discreción del usuario. 2.3.1. Descripción de algunas normas de Soldadura 2.3.1.1. Código ANSI / ASME para calderas y recipientes a presión (ASME BPVC). ASME son las siglas con las que se le conoce a los códigos aplicados a la Ingeniería Mecánica. Esta agrupación de información técnica, muy reconocida a nivel mundial, presenta una serie de libros conocidos como NORMAS tendientes a la normalización en la fabricación, inspección y control de calidad de ciertos artículos. El código aplicable a la construcción de tanques y recipientes de presión es el: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Reference . Este código está dividido en 11 secciones identificadas con números romanos. De nuestro interés es la sección IX llamada Welding and Brazing Qualification donde se describen los requerimientos para la calificación de los procedimientos de soldadura y soldadores que se utilizarán en la construcción de tanques y recipientes de presión. Noviembre 2009 Valerio C German 33 SOLDADURA OXI-GAS 2009 2.3.1.2. Sección B31.4, "Sistemas de transporte para Hidrocarburos, Gas Líquido de Petróleo, Amoniaco Anhidro y Alcoholes Esta sección prescribe requisitos para tubería que transporta líquidos tales como petróleo crudo, condensados, gasolina natural, líquidos de gas natural, gas licuado de petróleo, alcohol líquido, amoniaco anhidro líquido y productos líquidos de petróleo, entre las instalaciones de contratación de los productores, conjuntos de tanques, plantas de procesamiento de gas natural, refinerías, estaciones, plantas de amoniaco, terminales marinas, de ferrocarril y de autocamiones, más otros puntos de entrega y recepción. 2.3.1.3. Código ANSI / AWS D1.1 de Soldadura Estructural Acero Este Código cubre los requisitos aplicables a estructuras de acero al carbono y de baja aleación. Está previsto para ser empleado conjuntamente con cualquier código o especificación que complemente el diseño y construcción de estructuras de acero. Quedan fuera de su alcance los recipientes y tuberías a presión, metales base de espesores menores a 1/8 Pulg (3.2 mm), metales base diferentes a los aceros al carbono y de baja aleación y los aceros con un límite de cedencia mínimo mayor a 100,000 psi (690 MPa). A continuación se indican las secciones que lo componen y un resumen de los cuatro requisitos que cubren: 1. Requisitos Generales Contiene la información básica sobre el alcance y limitaciones del código. 2. Diseño de Conexiones Soldadas Contiene requisitos para el diseño de conexiones soldadas compuestas por perfiles tubulares y no tubulares. 3. Precalificación Cubre los requisitos para poder excluir a las especificaciones de procedimiento de soldadura de las exigencias de calificación propias del código. 4. Calificación Contiene los requisitos de calificación para las especificaciones de los procedimientos de soldeo y para el personal tal cómo: soldadores, operarios de soldadura o de equipo para soldar y "punteadores". 5. Fabricación Cubre los requisitos para la preparación, ensamble y mano de obra de las estructuras de acero soldadas. 34 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 6. Inspección Contiene los criterios para la calificación y las responsabilidades de inspectores, los criterios de aceptación para soldaduras de producción y los procedimientos estándar para realizar la inspección visual y las pruebas no destructivas. 7. Soldadura de Pernos Esta sección contiene los requisitos aplicables a la soldadura de pernos a acero estructural. 8. Reforzamiento y Reparación de Estructuras Existentes Contiene la información básica relacionada con la modificación o reparación de estructuras de acero ya existentes. 2.3.1.4. Código para Soldadura de Puentes ANSI/ASHTO/AWS D1.5 Esta norma cubre los requisitos de fabricación por medio de soldadura, aplicables a los puentes de carreteras, y debe ser usado conjuntamente con la Especificación Estándar para Puentes de Carreteras AASHTO o la Especificación AASHTO para. el Diseño de Puentes LRFD. Las provisiones de este código no son aplicables a la soldadura de metales base de espesores menores a 3 mm. 2.3.1.5. Norma API 1104 para Líneas de tubería e Instalaciones Relacionadas Esta norma aplica a la soldadura por arco eléctrico y a la soldadura por oxígeno y gas combustible, para la tubería empleada en la compresión, bombeo y transmisión de petróleo crudo, productos del petróleo y gases combustibles, y también para los sistemas de distribución cuando esto es aplicable. Presenta métodos para la producción de soldaduras aceptables realizadas por soldadores calificados que usan procedimientos y equipo de soldadura y materiales aprobados. También presenta métodos para la producción de radiografías adecuadas, realizadas por técnicos que empleen procedimientos y equipo aprobados, a fin de asegurar un análisis adecuado de la calidad de la soldadura. También incluye los estándares de aceptabilidad y reparación para defectos de soldadura. 2.3.1.6. Especificaciones AWS para materiales consumibles de soldadura La Sociedad Americana de Soldadura, publica entre una cantidad numerosa de normas y que algunas de las cuales han sido descritas o referidas en este texto; información sobre usos y calidad de materiales, productos, pruebas, operaciones y procesos de soldadura, las especificaciones para varillas, electrodos y metales de aporte de soldadura. Estas especificaciones cubren la mayor parte de los materiales consumibles empleados en procesos de soldadura blanda y soldadura fuerte, e incluyen requisitos obligatorios y opcionales. Noviembre 2009 Valerio C German 35 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Los requisitos obligatorios cubren aspectos tales como composición química y propiedades mecánicas, fabricación, pruebas, marcado e identificación y empaque de los productos. Los requisitos opcionales incluidos en seis apéndices, se proporcionan como fuente de información sobre la clasificación, descripción o uso previsto de los metales de aporte cubiertos. La designación alfanumérica de la AWS para especificaciones de metales de aporte consta de una letra "A seguida de un 5, un punto y uno o dos dígitos adicionales, por ejemplo la AWS A5-1, Especificación para Electrodos de Acero al Carbono para Soldadura por Arco Metálico Protegido. Cuando ASME adopta estas especificaciones, ya sea de manera completa y fiel o con revisiones, le antepone las letras "SF a la designación AWS, así, la especificación ASME SFA5.1 es similar, si no idéntica, a la AWS A5.1 (de la misma edición). 3. - Posiciones De Soldadura La clasificación de las posiciones que se indican más adelante tiene aplicación principalmente a la hora de juzgar la habilidad de los soldadores u operadores de las maquinas de soldeo y también cuando se trata de responsabilidad. La AWS establece cuatro posiciones de soldadura básicas: plana, horizontal, vertical y sobre-cabeza. La Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) posee un código para identificar las diferentes posiciones de soldeo, según el cual se designan las uniones con costura de ranura como G y las uniones con costuras de filete como F (figura sig.). Este código ha sido reconocido internacionalmente y por lo general se utiliza en la identificación de las posiciones de soldadura. La clasificación de las posiciones que se indican más adelante tiene aplicación principalmente a la hora de juzgar la habilidad de los soldadores u operadores de las maquinas de soldeo y también cuando se trata de responsabilidad. La AWS (Sociedad Americana de Soldadura) y otras especificaciones, distinguen las posiciones cuando se trata de soldar chapas o tuberías, tanto a tope como en ángulo como se indica a continuación. 36 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS Noviembre 2009 Valerio C German 2009 37 SOLDADURA OXI-GAS 2009 4. Tipos De Juntas Existen cinco estilos básicos de juntas que son: La junta a traslape La junta a tope La junta de esquina La junta de orilla La junta en T 4.1. Juntas A Traslape. Están formadas en esencia por dos piezas de metal solapadas o traslapadas, que se unen por fusión mediante soldadura de puntos, de filete, de tapón o de agujero alargado. 4.2. Juntas A Tope. Están comprendidas entre los planos de las superficies de las dos partes. Las juntas a tope pueden ser simples, escuadradas, biseladas, en V, de ranuras de una sola J, de ranura de una sola U, o dobles. 4.3. Juntas De Esquina Son lo que implica su nombre: soldaduras hechas entre dos partes situadas a un ángulo de 90 grados. Estas pueden ser de medio traslape, de esquina a esquina, o de inserción completa, y pueden prepararse para formar un solo bisel, una sola V o ranuras de una sola U. 4.4. Juntas de brida o juntas de orilla Resultan de la fusión de la superficie adyacente de cada parte, de manera que la soldadura quede dentro de los planos superficiales de ambas partes. Éstas pueden ser de una sola brida o de doble brida. 4.5. Juntas en T Son precisamente lo que su nombre indica, pero también pueden ser de un solo bisel, de doble bisel, de una sola J y de doble J. 5. Tipos De Soldaduras. Existen cinco tipos básicos de soldadura: 38 Noviembre 2009 Valerio C German La de cordón La ondeada La de filete La de tapón La de ranura SOLDADURA OXI-GAS 2009 5.1. Las soldaduras de cordón. Se hace en una sola pasada, con el metal de aporte sin movimiento hacia uno y otro lado. Esta soldadura se utiliza principalmente para reconstruir superficies desgastadas, y en muy pocos casos se emplea para juntas. 5.2. Las Soldaduras Ondeadas. Se logran haciendo un cordón con algo de movimiento hacia uno y otro lado. Entre estos movimientos hay de varios tipos, como el zigzag, el circular, el oscilante. Esta soldadura se usa principalmente para la reconstrucción de superficies. 5.3. Las soldaduras de tapón y de agujero alargado. Sirven principalmente para hacer las veces de remaches. Se emplean para unir por fusión dos piezas de metal cuyos bordes, por alguna razón, no pueden fundirse. 5.4. Las Soldaduras De Ranura. Se realiza en el espacio disponible entre dos piezas de metal. Estas soldaduras se emplean en muchas combinaciones dependiendo de la accesibilidad, de la economía, del diseño, y del tipo de proceso de soldadura que se aplique. 5.5. Las Soldaduras De Filete. Son similares a las de ranura, pero se hacen con mayor rapidez que aquellas. Las juntas soldadas de filete son simples de preparar desde el punto de vista de ajuste de borde, aunque a veces requieran de más soldadura que las juntas soldadas de ranura. 6. Calificación De Procedimientos Y Personal De Soldadura En términos generales, todos los trabajos de soldadura necesitan de uno o más procedimientos que definan con suficiente detalle, cómo deben realizarse las operaciones involucradas, y todas las normas sobre equipos, partes de equipos, tuberías y estructuras en cuya fabricación, construcción y montaje intervienen operaciones de soldadura, establecen requisitos relacionados con la preparación, calificación y certificación de los procedimientos de soldadura, así como de la calificación de la habilidad de los soldadores y operadores de equipo para soldar a emplearse en la realización de soldaduras de producción en los trabajos a realizar. Noviembre 2009 Valerio C German 39 SOLDADURA OXI-GAS 2009 La exigencia de tales requisitos se debe a la existencia de muchos factores influyentes en las características de las uniones soldadas. Entre estos factores pueden mencionarse, entre muchos otros, los diferentes procesos de soldadura con que puede realizarse una junta, los diversos materiales base (aceros al carbono, aceros inoxidables, aleaciones de níquel, magnesio, titanio, etc.), las variaciones de espesor del metal base y los diferentes diseños de junta. A fin de que las uniones producidas tengan, de manera consistente, las propiedades especificadas y la calidad requerida, es necesario controlar, de manera rigurosa, todas las variables de intervención en la producción de las uniones soldadas. Tal control se logra mediante la preparación por escrito los procedimientos de soldadura necesarios, la calificación de los mismos y la calificación de la habilidad del personal que los empleará. Es un hecho indiscutible que el éxito de los trabajos de soldadura depende, en gran medida, del cumplimiento total de las condiciones anteriores (disponibilidad de los procedimientos de soldadura calificados y apropiados para cubrir los requisitos de las aplicaciones previstas, así como del personal apto para aplicarlos). Además de una inspección completa antes, durante y después de soldar, a fin de asegurar que los procedimientos establecidos son aplicados de manera correcta por el personal debidamente calificado. ASME sección IX, API 1104 y AWS D1. 1, entre otras normas, establecen los requisitos de calificación y/o certificación para el personal que realiza los exámenes y pruebas o inspecciones por parte del fabricante o contratista y por segundas o terceras partes. Los requisitos de calificación para este tipo de personal generalmente están fijados en términos de entrenamiento y experiencia, aunque algunas veces se hace referencia a esquemas más completos de calificación y certificación, mismos que incluyen también requisitos de escolaridad, exámenes de pericia y de agudeza visual. Entre estos esquemas destaca el programa de certificación de inspectores de soldadura de la Sociedad Americana de Soldadura. 6.1. Formatos Utilizados En Soldadura. 6.1.1. Especificación del Procedimiento de Soldadura WPS (Welding Procedure Specification) Es un formato en que se detallan todas las variables indispensables y suficientes para realizar una soldadura. Los datos registrados en un WPS deben permitir al soldador, ajustar todos los parámetros de soldadura sin dejar nada a libre interpretación. 6.1.2. Registro de la Calificación del Procedimiento PQR (Procedure Qualification Record). Es un formato en el cual se detalla con claridad los datos reales utilizados para fabricar una probeta de soldadura así como los resultados obtenidos de las pruebas realizadas en la misma probeta. 40 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 6.1.3. Calificación de la Ejecución del Soldador WPQ (Welding Performance Qualification). Formato donde se especifican los resultados de las pruebas realizadas a la junta soldada, no para calificar un procedimiento sino para determinar la habilidad de una persona (soldador) para hacer soldaduras de buena calidad. Noviembre 2009 Valerio C German 41 SOLDADURA OXI-GAS 2009 CAPÍTULO III 1.- Componentes Del Equipo De Oxi-Gas El equipamiento necesario para aplicar soldadura con gas combustible que se muestra en la figura siguiente, cuenta con una fuente de: un cilindro que suministra oxígeno y otro que suministra el gas combustible (acetileno en el caso OAW); un regulador con dos manómetros (en cada uno de los cilindros); uno que nos indica la cantidad de gas existente dentro de la botella y el otro nos indica la presión de gas con la cual se va a trabajar; dos mangueras debidamente identificadas; una antorcha, una cámara de mezcla y una boquilla, además es indispensable un encendedor de chispa y gafas con vidrios inactínicos # 5 Fig. 1: Equipamiento para la soldadura oxiacetilénica 42 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS Noviembre 2009 Valerio C German 2009 43 SOLDADURA OXI-GAS 2009 1.1 Cilindros de gas Las figuras anteriores son esquemas de la clase de cilindros utilizados para almacenamiento de gases para la soldadura. En la mayoría de los talleres de soldadura, los gases utilizados en soldadura oxi-gas, están almacenados en botellas o cilindros. En las grandes industrias el oxígeno puede venir desde tanques o baterías de botellas y el acetileno (si es el gas combustible utilizado), puede ser producido directamente por un generador. Las botellas o cilindros facilitan la transportación y conservación de los gases comprimidos, así como su manipulación o traslados dentro del taller. Son diseñados para gases específicos y no admiten intercambiabilidad y se construyen de acero dadas las presiones que soportan. La capacidad generalmente no excede de 150 litros (de agua), aunque en los talleres de soldadura suelen utilizar cilindros de 40 litros como máximo. El oxígeno se tiene en cilindros de acero con capacidad de 20 hasta 300 pies cúbicos de gas, con presiones hasta de 2200 lb / pulg2. Los cilindros se surten generalmente pintados de verde. El acetileno presenta un gran peligro de explosión por presión, pues en ausencia de aire una presión de 2 atmósferas puede ser suficiente para provocar la explosión. Por esta causa, las botellas o cilindros de acetileno se fabrican con una masa porosa (esponjosa) embebida en acetona que al disolver grandes cantidades de acetileno, permite embotellar mayores cantidades de gas sin peligro de explosión, dado que el acetileno disuelto en acetona no es explosivo. 1.2 Reguladores Los reguladores o válvulas reductoras de presión, se conectan a la válvula del cilindro y son las encargadas de suministrar el gas comprimido de los cilindros a la presión y velocidad de trabajo, el gas a alta presión entra al cuerpo del regulador a través de una tobera pequeña controlada por una válvula, luego se introduce a la cámara y se eleva hasta vencer la tensión del resorte. Cuando esto sucede, el diafragma es flexionado hacia afuera y la válvula que está unida a él, se cierra evitando que entre más gas a la cámara. A medida que el gas escapa de la cámara por la abertura de las válvulas en el soplete, la presión disminuye, bajando a cierto valor, entonces la tensión del resorte flexiona al diafragma hacia adentro reabriendo la válvula para permitir de nuevo el paso del gas. Si se incorpora un tornillo ajustador de presión en un extremo del resorte para variar su tensión, se puede obtener la presión que se desee en la descarga. 44 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Si el tornillo ajustador de presión está roscado hacia adentro, y se abre la válvula del cilindro, la fuerza total instantánea contra un diafragma estándar de 7 pulgadas cuadradas (45 cm2) es de 15.400 libras o más de 7 toneladas. Este impacto produce muy frecuentemente graves daños al regulador. Algunos fabricantes han instalado dispositivos que evitan este tipo de daños. Generalmente se construyen de bronce o latón. Es muy importante verificar que el tornillo ajustador de presión esté totalmente fuera antes de abrir la válvula del cilindro. Los reguladores o válvulas automáticas de reducción, deben usarse sólo con los gases para los que están diseñados y marcados. Deben usarse únicamente para los intervalos de presión y gasto indicados por el fabricante. Existen reguladores de simple paso y de doble paso (una etapa y dos etapas). 1.2.1 Reguladores de una etapa Estos reguladores tienen el inconveniente de que la presión de trabajo a que se ajusta al comenzar irá decreciendo o disminuyendo a medida que decrezca o disminuya la presión en el cilindro, por tanto es necesario monitorear constantemente el regulador y reajustar la presión en caso de que se requiera trabajar con la presión y el flujo constantes. Fig. 5: Reguladores de una etapa o de simple paso Noviembre 2009 Valerio C German 45 SOLDADURA OXI-GAS 2009 1.2.2. Reguladores de doble etapa En el regulador de doble etapa, la presión se reduce en dos pasos. En el primero, la tensión del resorte se ajusta por el fabricante de modo que la presión en la cámara de alta, será una cantidad fija. En el segundo paso, el gas pasa a una segunda cámara reductora que tiene su tornillo de ajuste y permite obtener la presión deseada en la salida del soplete (dentro de la escala del regulador). Habrá menos variaciones en el flujo del gas con un regulador de doble etapa que con otro de una sola etapa. SISTEMA MÚLTIPLE En muchas escuelas e industrias se usa un sistema múltiple que consiste en varios cilindros conectados y localizados en un área central. Los gases se trasladan a través de una red de tuberías desde esta área, hasta los diferentes lugares en donde se realizan los trabajos de soldadura. Este sistema tiene la ventaja de mantener las áreas de trabajo libres de cilindros. Debido a que el acetileno está disuelto en acetona, ésta podría ser arrastrada por el flujo de gas del cilindro, con el uso del sistema múltiple, se elimina este problema. Fig. 6: Regulador de doble paso o de dos etapas 46 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 1.3 Mangueras Son tubos flexibles de goma por cuyo interior circula el gas transportándose desde los cilindros hasta el soplete. Generalmente son de hule o caucho, reforzado con una malla de nylon en su interior. Son muy resistentes al corte y la abrasión. Para distinguirlas en cuanto al gas que circula por ellas, las de acetileno son de color rojo y los acoples al soplete y al manómetro son de rosca izquierda y con pequeñas muescas; mientras que las de oxígeno generalmente de color azul o verde y los acoples al soplete y al manómetro son de rosca derecha y sin muescas. 1.4 Válvulas de seguridad o anti retroceso Se colocan justo a la salida de las válvulas reductoras de presión, con la función de evitar los peligros de un retroceso de llama, que puede producirse cuando la velocidad de propagación de ésta es superior a la velocidad de salida de los gases. A la entrada del soplete no se suele colocar ya que dificultaría su manejo al soldador. En caso de mangueras muy largas, además de la válvula situada a la salida de las válvulas reductoras, también puede situarse otra en algún punto del recorrido de las mangueras, como medida de precaución contra incendios. Se utilizan para evitar peligro de retroceso de la llama, lo cual puede producirse cuando la velocidad de propagación de ésta es superior a la de salida de los gases, por lo cual la llama puede introducirse en el soplete y llegar incluso, a través de la manguera, a los cilindros de gases y provocar su explosión. Descripción de los elementos que pueden incorporar las válvulas de retroceso. Este tipo de válvulas deben tener los siguientes elementos de seguridad: 1. 2. 3. 4. Válvula de corte, que permite el paso de un gas en una sola dirección. Sinterizado micro poroso que apague una llama en retroceso Válvula de descarga que evita presión, al abrirse a la atmósfera Válvula de corte térmico, que evita elevación de temperatura Noviembre 2009 Valerio C German 47 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Fig.: 4 1. Filtro de malla de acero inoxidable de gran superficie (malla de 100 micrón) para evitar la entrada de materias extrañas e impurezas. De fácil acceso para su limpieza. 2. Válvula de corte accionada por presión, para evitar el flujo de gases, uno después de cada retroceso. La operación es indicada por una palanca de aviso 3. Válvula anti retorno de gas para evitar que el retroceso de presión sin llama entre al suministro. Cualquier llama en retroceso es extinguida en este punto. 4. Sinterizado apaga-llamas, micro-poroso, de gran superficie cónica o cilíndrica, en acero inoxidable, para evitar que retrocesos de llamas pasen al suministro, cualquier llama en retroceso es extinguida a este punto. 5. Válvula de cierre de gas, activada por la temperatura, cuando se produce un incremento de temperatura tanto por ignición interna o por fuego externo, la válvula asistida por un fuerte muelle al alcanzar la temperatura de 1000C aprox. se dispara cortando el suministro. 6. Válvula de descarga, que permite conducir a la atmósfera la alta presión generada por una explosión como consecuencia de un retroceso. Las mangueras quedan aliviadas de la fuerte presión recibida 48 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 1.5- Válvulas de entrada de gas Estas válvulas permiten regular la presión, velocidad y caudal de gas, teniendo en cuenta los límites marcados por la válvula reductora de presión y los requerimientos prácticos precisos de la llama, además, permite variar la proporción de gases comburente y combustible. 1.6 Antorcha o soplete La antorcha o soplete, es la parte del equipo de soldadura que transporta los gases desde las mangueras hasta la cámara de mezcla en donde se produce la mezcla del gas combustible con el comburente en las proporciones necesarias de forma que exista equilibrio entre la velocidad de salida y la inflamación. Un soplete está formado por tres partes fundamentales: cuerpo de dos válvulas de admisión, una cámara mezcladora y una boquilla. Mediante las válvulas del soplete el soldador controla las características de la llama y maneja la misma durante la operación de soldadura. La elección del tipo y tamaño del soplete y de la boquilla, depende de las características del trabajo a realizar. Fig. 2: Antorcha para la soldadura OFW Noviembre 2009 Valerio C German 49 2009 SOLDADURA OXI-GAS Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Las partes principales son: cuerpo con válvulas de entrada de gas, cámara de mezclas y boquillas. 1.7- Cámara de mezcla. En el mezclador (cámara de mezcla), se realiza la mezcla íntima de combustible y comburente. Existiendo dos tipos fundamentales de cámara de mezcla: A) - De igual presión: El gas combustible y el oxígeno están a la misma presión y se mueven a la misma velocidad. El mezclado se realiza al juntarse ambos gases en el recorrido. Los sopletes con este tipo de cámara, según la presión de trabajo se denominan de alta presión o media presión. B) - De inyección o aspiración: En esta cámara el gas combustible a baja presión es aspirado por la corriente de oxígeno de alta velocidad, garantizado por el sistema de tobera (venturi). Los sopletes con este tipo de cámara son utilizados cuando el gas combustible es suministrado a una presión demasiado baja para producir una combustión adecuada y se les denominan de baja presión Fig.: 3 Cámara de mezcla 1.8 Boquillas Son toberas intercambiables que se ajustan a la parte final del soplete, que es también el extremo de la cámara de mezcla y controlan el flujo de gas por medio del diámetro del orificio de salida. Ahora bien; la potencia del caudal de salida del soplete. Noviembre 2009 Valerio C German 51 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Para el soldeo clásico, de los hierros y los aceros soldables, debe ser de 100 litros de acetileno de salida por hora por milímetro de espesor a soldar. Esta regla ha sido formulada a partir de estudios y experiencia comprobada. En la práctica, la forma de efectuar esta graduación, es a través de la selección del diámetro del agujero de salida de las boquillas. Normalmente las boquillas diseñadas para soldar, están numeradas desde el 0 hasta el 7; así: Boquilla Nº Boquilla Nº Boquilla Nº Boquilla Nº Boquilla Nº Boquilla Nº Boquilla Nº Boquilla Nº         0 75 litros/h/mm 1 150 litros/h/mm 2 225 litros/h/mm 3 350 litros/h/mm 4 500 litros/h/mm 5 750 litros/h/mm 6 1200 litros/h/mm 7 1700 litros/h/mm De acuerdo a lo anterior, para soldar una pieza con espesor de 1,5 mm, se debe usar una boquilla Nº 1 y si se trata de una pieza con espesor de 3mm, se debe usar una boquilla Nº 3, etc., Las boquillas deben permitir el flujo constante y una llama uniforme. Debe prestarse especial atención a que en el orificio de salida no se introduzcan pequeñas partículas de carbono, proyecciones o suciedad que pudieran disminuir su sección o, incluso, obstruirlo. 1.9. Tipos de boquillas Las boquillas utilizadas en el equipo oxiacetilénico son fabricadas en una gran variedad de calibres y formas, por lo que se pueden clasificar de diversas maneras: a) Por el tipo de gas: - Para oxi-gas; utilizan oxigeno puro y un gas combustible que puede ser: - Acetileno - Butano - Propano - MAAP (Metil-acetileno-propadieno-propano) - Hidrógeno b) Por el tipo de trabajo que se realiza: - soldar - calentar - cortar - quemar pintura 52 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 c) Por el tipo de mezclador - Múltiple; un mezclador para distintos calibres - Individual: un mezclador para cada boquilla 2.-Instalación Y Conexión Correcta Del Equipo De Oxi-acetileno Medidas De Seguridad  Limpiar e inspeccionar cada uno de los componentes del equipo, asegurarse de que no exista grasa o aceite en ninguna de las conexiones del equipo y principalmente en las del oxígeno.  Realizar el purgado de las botellas.  Generalmente es conveniente utilizar cinta adhesiva de teflón, para envolver las roscas de las conexiones y de esta manera prevenir posibles fugas.  Se debe utilizar tubería apropiada, para el transporte del gas acetileno, pues los tubos de cobre o sus aleaciones forman acetaldehídos explosivos y por ello no deben ser usados para éste propósito.  Evitar el contacto del acetileno con: cobre, mercurio o plata sin alear, pues dicho contacto puede provocar explosiones.  Montar el equipo con las válvulas cerradas y cerciorarse de la correcta conexión de cada pieza antes de abrir cualquiera de ellas.  Las conexiones roscadas de los manómetros a los cilindros; de las mangueras a los manómetros y de las mangueras al soplete o antorcha deben hacerse o ajustarse con una llave para tuercas (llave francesa), mientras que las conexiones roscadas de la antorcha o soplete, hacia el mezclador o cámara de mezcla y de ésta a la boquilla, deben ajustarse sólo con la presión de la mano.  Se debe utilizar agua jabonosa para buscar posibles fugas de gas en todo el sistema. 2.1 - Apertura De Los Sistemas De Oxigeno Y Acetileno  Nunca se deben abrir simultáneamente el oxígeno y el acetileno Oxígeno  Iniciar primero con la botella o cilindro del oxígeno  Antes de abrir la válvula, comprobar que el tornillo de regulación de la presión de trabajo o de baja presión, ha sido aflojado.  Abrir la llave de la botella por completo pero lentamente.  Girar en el mano-reductor, el tornillo de ajuste de la presión de trabajo, hasta que el reloj o manómetro de trabajo marque 8 a 12 psi  Abrir la válvula en el soplete. Noviembre 2009 Valerio C German 53 SOLDADURA OXI-GAS 2009  Dejar salir el gas 5 segundos por cada 15 metros de manguera y cerrar la válvula del soplete.  Nunca dirigir el flujo de oxígeno hacia donde halla grasas o aceites pues esto podría provocar fuego. Acetileno  Si el tanque de acetileno ha estado en posición horizontal, se le debe poner en posición vertical y no se le debe utilizar, sino hasta doce horas después; cuando se halla asentado la acetona y el contenido interno de la botella.  Antes de abrir la válvula, comprobar que el tornillo de regulación de la presión de trabajo o de baja presión, ha sido aflojado.  Abrir la llave de la botella o cilindro solamente una vuelta  Girar en el mano-reductor, el tornillo de ajuste de la presión de trabajo, hasta que el reloj o manómetro de trabajo marque 3 a 4 psi  Abrir la válvula en el soplete  Dejar salir el gas 5 segundos por cada 15 metros de manguera y cerrar la válvula del soplete.  Abrir el tornillo de regulación hasta que se obtiene la llama deseada. 2.2 Encendido Del Soplete  Verificar siempre el estado del soplete, sobre todo la limpieza de las boquillas.  Verificar que el soplete, la cámara de mezcla y la boquilla estén debidamente ajustados.  Comprobar presiones de trabajo de acuerdo al número o diámetro de la boquilla.  Abrir primero y sólo un poco, la válvula del acetileno en el soplete.  Con una chispa o chispero y cerca de la punta de la boquilla, encender la llama.  NUNCA SE DEBE ENCENDER EL SOPLETE CON UN ENCENDEDOR PARA CIGARRILLOS NI CON UN FÓSFORO O CERILLO.  Ajustar la llama del acetileno a una proporción deseada, hasta que deje de producir humo negro, pero que no se separe de la boquilla.  Abrir lentamente la válvula del oxígeno en la antorcha, hasta lograr una llama neutra, que es la más apropiada para la mayoría de las soldaduras con el proceso OAW.  Durante el trabajo es relativamente normal que la proporción de la mezcla de gases se desajuste, por lo que es necesario reajustarla moviendo exclusivamente la válvula de oxígeno. 2. 2 - Forma correcta de encendido y ajuste de la llama a) Ajustar en el manómetro, la presión de trabajo correspondiente al calibre de la boquilla que se utilice b) Colocarse las gafas en la frente 54 Noviembre 2009 Valerio C German 2009 SOLDADURA OXI-GAS c) Abrir la válvula de acetileno en el soplete girándola ½ vuelta o menos d) Encender el acetileno con un encendedor de chispa en la punta de la boquilla e) Ajustar la válvula del acetileno, hasta que la llama deje de producir humo negro, pero que no se separe de la boquilla f) Abrir la válvula de oxígeno del soplete hasta obtener la llama carburante, neutra u oxidante (según sea), que se necesite para trabajar g) Es relativamente normal que durante el trabajo, la llama se desajuste constantemente, por lo que es necesario reajustarla moviendo exclusivamente la válvula de oxígeno. Precaución: Para reducir el riesgo de un retroceso de llama es necesario utilizar siempre la presión de trabajo recomendada por el fabricante, según el tipo de boquilla utilizada. La presión de trabajo provoca que salga un determinado volumen de gas, a la velocidad adecuada, para que su combustión ocurra fuera de la boquilla. El volumen de gas proporciona el calor necesario para ejecutar el trabajo que se desea; a mayor espesor de la placa metálica mayor volumen de gas combustible y viceversa, a menor espesor, menor volumen. La temperatura de la llama es constante, ya sea ésta muy pequeña o extremadamente grande. Con relación a la velocidad de salida del gas por la boquilla deberá ser igual de combustión del gas combustible utilizado. Ejemplos de velocidad de combustión Hidrogeno ................................................... 11.2 m / s Acetileno ....................................................... 7.9 m / s Metano .......................................................... 5.5 m / s Propano ......................................................... 2.9 m / s Tomando la velocidad de combustión del acetileno, si la presión es excesiva para una determinada boquilla, la velocidad de salida del gas es mayor de 7.9 m / s y la llama se apaga; si es demasiado baja, la velocidad es menor de 7.9 m / s y la llama tiende a meterse en la boquilla lo que la calienta y provoca un retroceso de llama. Si la presión de trabajo es la indicada el gas sale a una velocidad igual a la velocidad de combustión, con lo cual tendremos una operación segura y correcta. 2.3 Apagado Del Soplete  Siempre se debe cerrar primero la válvula del acetileno (combustible), en el soplete y luego se debe cerrar la válvula del oxígeno (comburente)  Si se ha terminado por completo la labor de soldeo y se debe guardar el equipo de oxi-gas, se debe:  Después de haber apagado la llama del soplete; cerrar por completo las válvulas de ambos cilindros. Noviembre 2009 Valerio C German 55 SOLDADURA OXI-GAS 2009  Abrir la válvula del acetileno en el soplete y permitir que salga todo el gas que se encuentre dentro de las mangueras y del mano-reductor (purgar el equipo).  Girar en el mano-reductor, el tornillo de ajuste de la presión de trabajo, hasta que se afloje.  Cerrar la válvula del acetileno en el soplete  Habiendo cerrado ya la válvula de la botella de oxígeno; abrir la válvula del oxígeno en el soplete y permitir que salga todo el gas que se encuentre dentro de las mangueras y del manoreductor (purgar el equipo).  Girar en el mano-reductor, el tornillo de ajuste de la presión de trabajo, hasta que se afloje.  Cerrar la válvula del oxígeno en el soplete 56 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 CAPITULO IV 1. - Principios Básicos En El Proceso De Soldeo Oaw Oxiacetileno En el primer capítulo, estudiamos y aprendimos los conceptos básicos sobre los diferentes procesos de soldeo OFW y también sobre algunas de las principales características de algunos de los gases más utilizados en estos procesos. En el presente capítulo centraremos nuestra atención en las características, detalles y condiciones de la soldadura oxiacetilénica. Como ya explicamos, para conseguir la combustión es necesario el empleo de dos gases. Uno de ellos tiene la cualidad de consumirse durante la combustión, en este caso el acetileno; el otro es un gas comburente, que aviva o acelera la combustión, en este caso el oxígeno. La llama tiene dos zonas diferentes. El máximo de temperatura 3500°C (6300º F), se produce a partir del extremo del cono interior y hasta cuatro o cinco milímetros después de este punto. En el cono envolvente alcanza 2100°C y en la punta extrema llega a 1275°C. Es importante que las piezas a soldar estén limpias y exentas de óxidos, aceites y grasas, pues estas cosas sin duda producirán poros. Cuando el espesor de las chapas es inferior a 3 mm, no es necesario biselar las piezas a soldar, pues los bordes se pueden disponer juntos, sin separación. A las chapas o láminas, de entre 3 a 5 mm de espesor, se les debe hacer un bisel doble, en v con un ángulo de 35 º a 45 º. Este tipo de soldeo no es muy adecuado para espesores mayores a los 5 mm porque resulta muy lento y en consecuencia más costoso que realizarlo con arco metálico y además produce severas deformaciones en el metal. 2. - Diferentes Llamas Y Sus Características En la figura: 1, puede observarse un esquema de las distintas zonas que componen la llama oxi-acetilénica, así como la representación de la combustión. Dentro del núcleo, en la parte indicada en la figura como zona fría, hay únicamente una mezcla mecánica de oxígeno y acetileno, ambos en estado completamente íntegro, es decir, sin quemar. La señal más característica de la mezcla, es el cono luminoso de color blanco deslumbrante, cuyo contorno netamente limitado lo debe a la desintegración brusca del acetileno en sus dos componentes carbono e hidrógeno. Delante del cono yace la zona más importante de toda la imagen de la llama, que sin embargo no puede reconocerse ópticamente y se ha señalado con la zona de puntos. En esta llamada zona de soldar , se encuentran los resultados de la primera combustión, la incompleta, o sea óxido de carbono e hidrógeno, ambos gases de acción reductora. Noviembre 2009 Valerio C German 57 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Por tal razón y porque en esta zona de la llama está la máxima temperatura, es aquí donde se debe realizar el soldeo de la pieza, según se muestra en la figura. Es importante, por consiguiente, dejar entre la punta del cono o dardo y la superficie del baño de fusión una distancia, que depende del tamaño de la llama (del soplete), y que varía entre 2 y 5 mm. 3500 ºC 3000 ºC Curva de las temperaturas de la llama 2500 ºC 2000 ºC 1500 ºC 1000 ºC 500 ºC 0 ºC Inclusión del o2 del aire Dardo o cono luminoso Combustión completa Zona fría Centro de la llama Mezcla dequemados Gases no gases Pieza en la zona de soldeo Fig. 1: zonas de la llama oxi-acetilénica Los gases que se mesclan en el punto intermedio por la entrada del oxígeno del aire (en la zona exterior de la llama), son quemados y convertidos en su estado final. Esta combustión se efectúa dentro de la tercera zona de la llama denominada zona exterior, la cual impide que el oxígeno del aire entre en contacto con los metales a unir, constituyendo una capa protectora que evita que se produzca oxidación. 58 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 También se indican en la figura 1, las condiciones de temperatura de la llama. La curva de la parte superior muestra que la máxima temperatura de 3100 °C o más, existe únicamente dentro de la zona sombreada. Una de las características de la llama oxiacetilénica consiste en sus propiedades químicas, por lo que su acción sobre el metal fundido puede variar notablemente. Las diferentes características se obtienen variando las proporciones relativas de oxigeno y acetileno en la mezcla de gases que arde en la punta del soplete. Las válvulas del soplete además de cerrar y abrir los gases, permiten al operario el control de la graduación de la llama. Para hacer lo anterior, el operario debe estar familiarizado con la composición del metal base en que va a trabajar y conocer bien las diferentes llamas, características y modos de obtenerlas. La llama oxiacetilénica se produce por la combustión del acetileno en una atmósfera de oxígeno. Como consecuencia hay una combustión incompleta y la llama queda cargada de carbono cuyo color es amarillo y escape de humo negro. Si la cantidad de oxigeno se modifica hasta el punto de llegar a un ligero exceso de acetileno, la llama se denomina reductora, con tres zonas diferenciables: el dardo, la zona reductora y el penacho. En la punta del dardo nos encontramos con la zona más caliente 3480 ºC, luego con la zona reductora que corresponde a la reducción primaria con una temperatura de 2000º C, y por último está el penacho que es la región de combustión secundaria en la que tiene influencia el aire del ambiente, cuya temperatura es de1200ºC. Existen tres tipos distintos de llamas, dependiendo de la proporción de oxígeno y acetileno suministradas a la antorcha: 2.1 - Llama Neutra 3500 ºC El nombre de este ajuste de llama, se deriva del hecho de que el efecto químico de la llama sobre el metal fundido durante la soldadura, es neutro, cuando la llama es mantenida de la manera apropiada, y con el cono interior sin tocar el metal fundido. La llama neutra es ajustada por lo tanto quemando una proporción de mezcla de uno a uno oxígeno y acetileno. El núcleo de color azul pálido de la llama es conocido como el interior. El oxígeno requerido para la combustión del monóxido de carbono e hidrógeno en la envoltura exterior de la llama, se obtiene del aire. 2.2 Llama Reductora O Carburante (Exceso De Acetileno) 2900 ºC En este tipo de llama existe un exceso de acetileno sobre la proporción requerida para una llama neutra. Una característica especial de la llama con exceso de acetileno es una tercera zona entre el cono interior y la envoltura exterior, conocida como Pluma de exceso de acetileno. Esta Pluma obtiene partículas de carbón a altas temperaturas (Temperatura Blanca), algunas de las cuales, durante la soldadura, son disueltas por el metal fundido. Por esta razón, este ajuste de llama es frecuentemente conocido como Carburante . Noviembre 2009 Valerio C German 59 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Durante la soldadura de hierro y el acero, el exceso de acetileno o llama carburante tiende a remover el oxígeno de los óxidos de hierro que puedan encontrarse presentes, y este es el hecho por el cual esta llama es conocida como Reductora . En estas condiciones debería tenerse en cuenta que los productos de la combustión del cono interior de la llama neutra, principalmente monóxido de carbono e hidrógeno, son por sí mismos, los agentes reductores y por lo tanto desoxidantes del óxido de hierro, de la misma manera pero, no con la misma intensidad, que la llama con exceso de acetileno. 2.3 - LLAMA OXIDANTE (EXCESO DE OXIGENO) 3600 ºC En el tercer tipo de ajuste de llama la proporción de oxígeno y acetileno requerida para una llama neutra es cambiada para producir un exceso de oxígeno, este tercer tipo de llama es más frecuentemente llamado Oxidante debido a su efecto sobre el metal fundido. En otras palabras, en esta llama existe más oxígeno entre los gases mezclados, que el requerido para una llama neutra, que como se explicó antes, contiene una proporción de uno a uno, oxígeno y acetileno. La llama en esta forma será más pequeña y más caliente que la de los otros dos ajustes de llama antes mencionados, debido a que los gases combustibles no tienen que extenderse tanto en la atmósfera para encontrar la cantidad necesaria de oxígeno, ni calentar tanto gas inerte. 2. 2 60 Diversas zonas caloríficas de la llama oxiacetilénica Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Si el exceso de acetileno se reduce, las zonas reductoras desaparecen lentamente y en un momento dado se confunde con el dardo, obteniendo así la llama neutra. Si continuamos reduciendo, las regiones de la llama se limitan a dos, el dardo y el penacho, obteniéndose así una llama oxidante. El dardo es puntiagudo y se escucha un sonido de siseo . Además se observa como si el dardo se desprendiera de la punta del soplete. 2. 4 - Aplicación de las llamas En el cuadro que se presenta a continuación podemos observar el tipo de llama que debe aplicarse de acuerdo con el tipo de material base que vamos a soldar. Material Base acero bajo carbono hierro galvanizado hierro fundido gris acero inoxidable al cromo-níquel acero al cromo acero alto carbono aluminio acero bajo carbono hierro galvanizado hierro fundido gris hierro fundido maleable Noviembre 2009 Valerio C German Material De Aporte Fundente Tipo De Llama acero bajo carbono similar o 25-12 con colombio acero al carbono aluminio puro o al silicio si neutra acero bajo carbono bronce no si neutra neutra no si carburante carburante si ligeramente oxidante 61 SOLDADURA OXI-GAS 2009 3. Limpieza Y Preparación Previa De Los Materiales Base Como en todo proceso de soldadura, la correcta limpieza y preparación de las piezas a soldar es un factor indispensable, para lograr que la soldadura depositada sea de excelente calidad. Las partes que se van a soldar, deben estar libres de óxidos o herrumbre, de cualquier residuo graso y de cualquier sustancia que se encuentre adherida a las secciones metálicas, en las zonas en que se aplicará la soldadura. En el proceso de soldadura OFW, el soldeo de dos o más secciones metálicas, utilizando material de aporte de la misma naturaleza que el metal base; generalmente se aplica en espesores inferiores a 3 mm; pues en espesores superiores a ésta medida es más recomendable utilizar otros procesos de soldeo, que entre otras ventajas, son mucho más económicos y rápidos. Por esta razón la preparación de las piezas a soldar, generalmente suele ser un poco más simple, pero de igual importancia para la calidad del cordón depositado. En el caso de las juntas a tope, la separación de las piezas a soldar, puede ser igual al espesor de la pieza más delgada o completamente nula, pues en ambos casos es posible lograr unja buena penetración del cordón. Antes de depositar el cordón, se deben fijar las piezas por medio de puntos de soldadura (apuntalar), con una separación entre cada punto de aproximadamente 5 cm de distancia o menos y esto a todo lo largo de la sección a soldar. 4. Técnicas De Soldeo La técnica más cómoda y común, para aplicar este tipo de soldadura en posición plana o 1G , es con el soplete en la mano derecha y el material de aporte, en la mano izquierda, (o viceversa, en el caso de las personas que trabajen con la mano izquierda), y el avance del depósito de soldadura, debe hacerse de empuje, tal como se muestra en la figura 1, donde el ángulo que se forma entre la boquilla y el metal base sea entre 55° y 60° y el ángulo entre el material de aporte y el metal base, sea entre 30° y 35° y así el ángulo entre la boquilla y el metal de aporte será de 90°. En éste tipo de técnica, el avance del cordón suele hacerse con un movimiento de la boquilla de forma circular o de zigzag; para que el calor sea uniforme en ambos bordes de las piezas; o puede usarse un avance directo y constante en la misma dirección; en cualquier caso, el material de aporte siempre estará entrando y saliendo del pozo de metal fundido. También puede utilizarse la técnica de soldeo de arrastre, tal como se muestra en la figura 2, pero ésta es menos común y dependerá del criterio profesional, de cada soldador, el aplicarla o no, según la naturaleza del trabajo a realizar. 62 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS Figura: 1 Empuje 5. - Defectos En La Soldadura 2009 Figura: 2 Arrastre Al realizar una soldadura se puede observar una serie de acontecimientos que se pueden considerar como defectos en una deposición soldada, bien mediante una observación a simple vista o bien mediante un análisis de laboratorio.  Porosidad: son cavidades producidas por el aprisionamiento de gases o de diferentes partículas en el metal del cordón.  Agrietamiento: El agrietamiento de las juntas soldadas ocurre por la presencia de esfuerzos multidireccionales localizados, que en algún punto rebasan la resistencia máxima del metal. Cuando se abren grietas durante la soldadura o como resultado de ésta, generalmente sólo es aparente una ligera deformación de la pieza de trabajo. Después que se ha enfriado una junta soldada, hay más probabilidades de que ocurra agrietamiento cuando el material es duro o frágil.  Penetración incompleta: Esta expresión se usa para describir la situación en que el metal depositado y el metal base no se funden en forma integral en la raíz de la soldadura. Puede ser ocasionada porque la cara de la raíz de la soldadura de ranura no alcance la temperatura de fusión en toda su altura, o porque el metal de la soldadura no llegue a la raíz de una soldadura de filete, o porque la velocidad del avance es demasiado rápida. Aunque la penetración incompleta, puede deberse en unos cuantos casos a la falta de disolución de los óxidos e impurezas de la superficie, las condiciones de transmisión de calor que existen en la junta son una fuente más frecuente de este defecto. La penetración incompleta es indeseable, particularmente si la raíz de la soldadura está sujeta ya sea a tensión directa o a esfuerzos flexionantes. El área que no se funde permite concentraciones de esfuerzos que pueden resultar en fallas sin deformación apreciable.  Socavación: se emplea este término para describir: a. La eliminación por fusión de la pared de una ranura de soldadura en el borde de una capa o cordón. Noviembre 2009 Valerio C German 63 SOLDADURA OXI-GAS 2009 b. La reducción de espesor en el metal base, en la línea en la que se unió por fusión el último cordón de la superficie. La socavación en ambos casos se debe a la técnica incorrecta empleada por el soldador. Una boquilla de muy grande diámetro para soldar una chapa o lámina muy delgada produce demasiado calentamiento y en consecuencia una severa deformación. Una limpieza incorrecta de los materiales a soldar, impide buena presentación y penetración del cordón.  Inclusiones: son impurezas o sustancias extrañas que se quedan atrapadas dentro del baño de fusión.  Segregaciones o formación de cristales que eliminan parte de las aleaciones, se pueden evitar procurando enfriamientos lentos.  Porosidades o pequeñas picaduras por causa de la contaminación. 6. - Soldadura fuerte Este proceso consiste en juntar dos metales usando un material de aporte que posea un punto de fusión por encima de los 450ºC (843°F), pero siempre por debajo del punto de fusión de los metales base. De acuerdo a la AWS A5.8; tenemos: Ag, Au, Al, Cu, Ni. Este es probablemente el método más versátil para unir metales hoy en día por muchas razones. Este tipo de soldadura realmente es muy fuerte, en metales no ferríticos y aceros, la fuerza tensil de una soldadura, correctamente hecha, muchas veces supera la de los metales base, de hecho, en acero inoxidable, es posible desarrollar una soldadura con una fuerza tensil de 130.000 psi (libras por pulgada cuadrada). Estas soldaduras son dúctiles, considerablemente fáciles y rápidas de hacer y cuando son hechas apropiadamente, prácticamente no hay necesidad de usar esmeril, rellenar o usar cualquier acabado mecánico después que la soldadura es completada. Es ejecutado relativamente a bajas temperaturas, reduciendo la posibilidad de deformaciones, sobrecalentamientos, o diluir de los metales a ser soldados, además es económico y altamente adaptable a métodos de automatización. La soldadura fuerte, suelda los metales creando una unión metalúrgica, entre el metal de aporte y la superficie de los dos metales a ser soldados, el principio por el cual el material de aporte es conducido por las hendiduras y cavidades de la junta para crear esta unión es conocido como acción capilar . Tomando en cuenta que los metales base, en ningún momento del proceso se funden, ellos retienen básicamente intactas todas sus propiedades mecánicas y físicas. Una ventaja importante de la soldadura fuerte, es la facilidad con la que se pueden unir metales no similares, si los metales base no se derriten, en realidad no importa si ellos tienen diferentes puntos de fusión o diferente estructura molecular. 64 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Otra ventaja de esta clase de soldaduras es su excelente apariencia, esta característica es especialmente importante en productos de consumo donde la apariencia es crítica como en la industria alimentaria y hospitalaria, donde los suaves acabados no se convierten en una trampa para los materiales sólidos o líquidos que transitan por la superficie. Hay muchas clases de juntas con soldadura fuerte, pero hay dos en particular que constituyen los procedimientos básicos, la junta a tope y la junta de traslape. La junta a tope da la ventaja de un espesor uniforme en la unión, la preparación de este tipo de juntas usualmente es muy simple, sin embargo la fuerza de la soldadura a tope es limitada y dependerá, en parte, del espesor de los metales y de la sección del área a soldar, mientras que la soldadura de traslape da el doble de espesor en la soldadura. En casi todas la juntas existen requisitos básicos, dependiendo del trabajo al que estarán sometidas, por ejemplo, se podría trabajar en un ensamble hecho con esta soldadura, cuyos requisitos sean: buena conductividad eléctrica, así como buena resistencia a la presión, en el caso de tubos o tanques. Buena resistencia a la tracción, en el caso de láminas traslapadas, etc. La otra consideración importante es ventilar el ensamblaje para que durante el proceso de soldar, el aire o los gases en expansión, puedan escapar del material fundido que fluye por la junta, ventilando el ensamble también se previene que el fundente quede atrapado en la junta. Una de las técnicas más utilizadas es un movimiento circular de la boquilla, en el avance, para que por ejemplo en una junta a tope, la flama sea dirigida alternamente de un borde a otro de las piezas a soldar; mientras el material de aporte se mantiene en un movimiento constante de entrada y salida de la sección de metal fundido. Otra técnica común es el avance de velocidad constante en una sola dirección y es más aplicable a espesores muy delgados, con el propósito de reducir las deformaciones del metal producidas por el sobre-calentamiento. La técnica de soldeo hacia adelante y hacia atrás, implica movimientos repetitivos de la llama desde un lado del bisel al otro y la varilla de material de aporte, se sitúa al lado opuesto al de la llama. La acción capilar acontece exclusivamente cuando las superficies de los metales están limpias de contaminantes tales como, grasa, óxidos o cualquier tipo de suciedad, por esa razón si éstos permanecen formarán una barrera entre las superficies de los metales base y la aleación fundida, la cual comenzará a formarse en pequeñas bolitas que rodarán sobre las superficies del metal sin que pueda mojar o adherirse al material base. Una mancha de grasa o aceite repelerá el fundente dejando zonas desprotegidas que se oxidarán bajo el calor y darán lugar a grandes poros. La delgada capa de óxido de cromo, da a los aceros inoxidables su buena resistencia a la corrosión, sin embargo perjudica al proceso de soldadura. La capa de óxido se adhiere fuertemente y evita parcialmente la adhesión del metal base y por tanto restringe la fluidez del material de aporte fundido. Noviembre 2009 Valerio C German 65 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Por eso el proceso de soldeo es más eficaz cuando esta capa es eliminada mediante procesos químicos o mecánicos. Los métodos mecánicos como el esmerilado, son preferibles debido a que la superficie quedará áspera o rugosa, obteniéndose una mejor unión. No se debe utilizar el lijado ya que podrían permanecer pequeñas partículas de arena que evitarían de nuevo la fluidez del material de aporte y en caso de que la lija sea el único método disponible, debe asegurarse una correcta limpieza posterior. Con un método químico, el aceite y la grasa se pueden eliminar con algún disolvente o con un agente desengrasante; aunque siempre es mejor, utilizar agua caliente con jabón. Una vez que las piezas han sido limpiadas adecuadamente, es buena práctica aplicar el fundente y soldarlas lo antes posible para reducir las posibilidades de re-contaminación de las superficies provenientes del polvo o de las impurezas que se encuentren en el aire. La soldadura fuerte de los aceros inoxidables, requiere de una llama ligeramente reductora o casi neutra con el fin de reducir la oxidación en la superficie de los materiales base durante el calentamiento. Para evitar el sobre-calentamiento e inclusive al fusión del metal base, se deberá utilizar la zona exterior de la llama y no las zonas cercanas al cono interno, manteniendo el soplete en continuo movimiento para evitar la concentración de calor en un mismo punto Al soldar dos piezas con diferentes espesores o distintas en su conductividad térmica, siempre deberá recibir mayor aporte calórico, la pieza de mayor espesor o la de mayor conductividad, simplemente debido a que ésta última disipará el calor más rápidamente. En cualquier caso, la mejor manera de comprobar la homogeneidad del calentamiento, radica en observar que el desplazamiento que realiza el fundente sobre los materiales base, sea de manera uniforme o independiente de los espesores o de la conductividad térmica de las superficies a soldar. 6.1 - Diseño de la unión Una unión completamente sólida es aquella en la que el 100 % del área de la unión es impregnada completamente por el material de aporte. Estas uniones son raramente obtenidas fuera del laboratorio debido a diferentes causas que se irán viendo a lo largo de este documento. Las uniones más típicas utilizadas para la soldadura fuerte son las de traslape, ya sean planas o tubulares, también se pueden realizar a tope con poca área de contacto y con una baja resistencia, a tope con una placa de respaldo y finalmente con bordes dentados o con muescas, que poseen mayor resistencia pero requieren también de más tiempo de preparación y por tanto su costo de realización es mayor. Para el diseño de una buena unión de tipo traslape se han de considerar los dos criterios siguientes: 66 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009  La medida del cruce del traslape y la holgura de la unión. La mejor medida de cruce del traslape para una unión plana es de 3-4t, siendo t el espesor del material más delgado que forma parte de la unión.  La regla general para piezas tubulares es que la longitud del traslape deberá ser una vez el diámetro del tubo, para tuberías de hasta 25,4 mm de Ø 6. 2 - Holgura de la Unión El efecto de la holgura tiene un profundo impacto en la resistencia de la junta. Si la holgura es muy pequeña, se puede llegar a inhibir la distribución del material de aporte entre el conjunto a soldar, reduciéndose la resistencia de la unión, mientras que si la holgura es demasiada ancha, se reduce la acción capilar, lo que no favorece el llenado en la junta, y en consecuencia, hay disminución de la resistencia a valores propios del material de aporte. Por estas razones la holgura más adecuada es de 1 o 1.5 veces el espesor de la pieza más delgada y que se mantenga así a lo largo de la unión. En tuberías, un ajuste en que se deslice un tubo dentro de otro, proporciona una mínima adecuada para la unión, y si lo que se unen son dos piezas planas, clocando una sobre de la otra y considerando la rugosidad superficial (que podría considerarse, cómo holgura mínima), será suficiente para proporcionar el efecto capilar adecuado. El pulido de las superficies impide que la aleación fundida fluya. Por otro lado, una unión de soldadura fuerte es una pequeña fundición, de tal manera que durante el proceso de solidificación se pueden formar cavidades debido a la contracción del material, que volverán a disminuir la resistencia de la unión. Cuanto mayor sea el volumen de material de aporte mayores serán las cavidades formadas. Es evidente por tanto, que una pequeña holgura encerrará menor volumen de material de aporte y los vacíos producidos serán de menor tamaño durante la solidificación. Las holguras recomendadas, dependen principalmente de la fluidez del material de aporte y son las que se deberían tener a la temperatura de soldeo. Por lo tanto en frío, deberán estar compensadas para absorber la expansión producida por los materiales base, particularmente si estos tienen diferentes coeficientes de expansión. 7. - Elección del material de aporte La mayoría de los materiales de aporte son aleaciones que funden a través de un rango de temperaturas, a excepción de las eutécticas que lo hacen a una temperatura específica. Noviembre 2009 Valerio C German 67 SOLDADURA OXI-GAS 2009 La aleación por tanto, adquiere inicialmente un estado pastoso cuando se encuentra entre el sólido y el líquido, debido a que una porción permanece sólida hasta que la temperatura alcanza el estado completo de líquido. Se recomienda la temperatura de fusión en 830ºC, cuando el punto de fusión del material de aporte es aproximadamente de 800ºC. Para la correcta selección del material de aporte se considerará: a. Los materiales base: Donde se contempla, sus temperaturas de fusión, la acción capilar entre ellos y la posibilidad de que se produzca corrosión o compuestos inter-metálicos que reduzcan las propiedades mecánicas de la unión. b. Tipo de soldadura: Que afectará principalmente a la forma del material de aporte, lamina, pasta etc. c. La composición: propiedades del material de aporte y su comportamiento durante la fusión. Los materiales más sencillos de usar, son aquellos con un alto contenido en plata, y de fácil fluidez, debido a que combinan una baja temperatura de soldeo junto con un estrecho rango de temperaturas de fusión. Si la aleación tiene un rango más amplio, del orden de 65ºC, fluyen con más dificultad pero permite rellenar holguras más amplias y son buenos formadores de filetes. Los siguientes materiales de aporte son utilizados en la soldadura fuerte de aceros inoxidables austeníticos estabilizados: Silver-flo 55 Silver-flo 24 Rango de fusión Ag Cu Zn Sn Tensile shear/Strength (630-660ºC) 55 21 22 2 390/145 Mpa (740-800ºC) 24 43 33 470/155 MPa La soldadura con Silverflo 55 es más sencilla que con Silverflo 24 ya que fluirá más fácilmente, sin embargo el segundo permite holguras mayores y su costo económico, será inferior al tener menor contenido de plata. La relación actual es de: costo del Silver-flo 55 = 1.5 veces Costo del Silver-flo 24. El Silver-flo 55 pertenece al grupo de aleaciones con temperaturas de soldadura fuerte, más bajas y rangos de fusión más estrechos, produce filetes limpios y pequeños. Posee buenas propiedades mecánicas y se puede utilizar en aplicaciones marinas siendo resistente a la corrosión salina. 68 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Su contenido en estaño le hace ser susceptible a agrietarse si se enfría bruscamente desde altas temperaturas (por encima de los 300ºC) y este efecto se hace aún mayor si los componentes a soldar tienen diferentes coeficientes de expansión. Se presenta en todas las formas, varilla, hilo, pasta, varilla recubierta con fundente, laminas, tiras, anillos y arandelas. El Silver-flo 24 es ampliamente usado en el campo aeroespacial, se presenta en varilla, hilo, pasta y en forma de lámina, con un espesor de 0.127 mm. Tiene propiedades mecánicas mayores (resistencia al corte y a la rotura), algo mayores que el Silver-flo 55, pero menor resistencia a la corrosión. Los dos materiales de aporte citados no están recomendados, para cuando la unión va a trabajar por encima de los 250ºC, debido a que por encima de esa temperatura, sus propiedades mecánicas van deteriorándose. 8. Elección del fundente La elección del fundente es tan importante como la elección del material de aporte. Utilizar un fundente incorrecto o una técnica de aplicación pobre, puede tener un dramático efecto en la calidad de la unión. La finalidad de los fundentes, es efectuar una limpieza química de los metales a solar, eliminar gran parte de las impurezas y mejorar la fluidez de la soldadura y se pueden encontrar en diferentes presentaciones: En polvo En pasta Líquidos Y también con tres diferentes componentes: Los de cloruro: llamados a veces ácidos, son eficaces en casi todos los metales comunes, excepto en el aluminio y el magnesio y no deben utilizarse en sistemas, conexiones o conjuntos eléctricos. Los orgánicos: son menos corrosivos que los de cloruro, porque pierden su actividad con rapidez al exponerlos al calor, con lo cual se secan y se forman en hojuelas o escamas. Los de resina: no son corrosivos ni conductores de electricidad. La gran importancia y necesidad del fundente, es debido a que el calentamiento de la superficie de un metal acelera la formación de óxidos, que son el resultado de una reacción química entre el metal caliente y el oxígeno del aire. Esos óxidos deben ser eliminados, pues, evitarán la correcta acción capilar y en consecuencia, la correcta unión de las superficies. Cuando el material de aporte se funde, desplaza al fundente, ya que la atracción entre el metal base y el de aportación es mayor que entre el fundente y el metal base. Si las superficies que están siendo soldadas, se oxidan, debido a la falta de fundente o a un fundente inadecuado, el fundente saturado de óxidos aumenta su viscosidad y no puede ser completamente desplazado por el material de aporte. Noviembre 2009 Valerio C German 69 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Con lo cual, se tiene un defecto de soldadura llamado: fundente atrapado. El fundente básicamente, proporciona un escudo que evita la formación de óxidos, absorbiéndolos durante el calentamiento. Por tanto, deberá cumplir las siguientes funciones: 1. Fundir y llegar a estar activo por debajo del punto de fusión del material de aporte. Los fundentes hechos a base de boro no funden a bajas temperaturas con materiales de aporte, que tienen como base la plata; y por esta razón se deben utilizar los fundentes basados en fluoruro, del tipo Easy-flo. 2. Debe ser capaz de disolver y eliminar los óxidos de la superficie del metal, además de proteger las superficies de los metales base de nuevas oxidaciones. Al suprimirse los productos de oxidación permite que el material de aporte fluya bien o con mayor eficacia entre la holgura del material base. 3. El fundente debe permanecer activo a la temperatura de soldeo y durante el tiempo suficiente como para permitir que la operación de soldadura pueda ser llevada a cabo adecuadamente. 4. El material base va a determinar la selección del fundente, más que cualquier otro factor involucrado en el proceso. El material de aporte, el costo y las condiciones de la soldadura fuerte, influirán en menor medida. Los fundentes como ya se ha citado, son compuestos químicos que disuelven los óxidos formados durante el calentamiento. Cuando estos compuestos químicos alcanzan un punto donde se saturan, son incapaces de disolver más óxidos, sus residuos toman una apariencia ennegrecida y acristalada, quedando el fundente exhausto. Las superficies de trabajo quedaran oxidadas y la limpieza posterior de la zona será mucho más difícil. En caso de que se den estas situaciones es necesario utilizar un fundente con mayor rango de trabajo y estabilidad o aplicar mayor cantidad de fundente. También se puede mejorar utilizando un período razonablemente corto de calentamiento. Los fundentes se diseñan solamente para eliminar las películas de óxidos producidas durante la soldadura, cualquier otro contaminante como grasa, polvo, etc., debe ser eliminado con anterioridad. Los fundentes más comúnmente utilizados son: Rango de Actividad (*) Easyflo (550-800ºC) Se especifica para aplicaciones que utilizan cobre, latón, aceros poco aleados e inoxidables, siempre que la temperatura de soldadura fuerte sea inferior a 700ºC. 70 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Easyflo Stainless Steel Grade (550-775ºC) Esta recomendado para aceros inoxidables, soldados con aleaciones con base de plata y que tengan un punto de fusión de 725ºC, su mayor contenido en flúor aumenta su actividad en la disolución de óxidos. Tenacity No 5 (600-900ºC) Se recomienda para aceros inoxidables que requieran temperaturas de soldadura por encima de 700ºC o en materiales de cobre donde el calor aplicado sea prolongado. (*) El primer número del rango es la temperatura a la que el fundente es capaz de eliminar los óxidos del metal, el último es la máxima temperatura a la que el fundente permanecerá activo durante un tiempo determinado que depende de los parámetros de calentamiento. 8.1 - Factores que afectan al funcionamiento del fundente La habilidad del fundente para realizar satisfactoriamente la operación de soldeo, dependerá de: material base, temperatura, tiempo del proceso y cantidad de fundente aplicado. 8.1.1 - Material base - Temperatura Para que el fundente sea efectivo, ya se comentó, que debía de fundirse y estar activo antes de que el material de aporte se funda y que debe permanecer activo mientras que el material de aporte fluye a través de la unión y se solidifica. Por tanto el punto de fusión del metal de aporte determina la mínima temperatura de trabajo del fundente y dictamina la máxima temperatura que debe soportar. Generalmente se selecciona el fundente, para que esté activo al menos 50ºC, por debajo del punto de fusión, del material de aporte y que permanezca activo 50ºC, por encima del punto de fusión del material de aporte. Esto asegurará que el fundente sea efectivo durante la operación de soldadura. En el caso de que pueda darse sobrecalentamiento, como sucede con el soplete, este valor se debería incrementar idealmente hasta los 100ºC, lo que daría al fundente la suficiente capacidad para eliminar los óxidos a mayores temperaturas de las esperadas. 8.1.2 Tiempo El tiempo de soldeo, afecta a las actuaciones del fundente. Este tiene que eliminar los óxidos del componente durante todo el ciclo de soldadura. El fundente disuelve los óxidos y evita la oxidación, solamente durante un período limitado. Cuanto más largo sea el ciclo de trabajo, más posibilidades de que el fundente se sature, finalizando su actividad, exhibiendo los residuos el color negro habitual. No hay un tiempo fijo por el cual el fundente deja de ser efectivo, dependerá de la temperatura de operación y del tipo de metal base. Noviembre 2009 Valerio C German 71 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Si el tiempo es suficientemente largo puede saturarse por debajo de su temperatura de trabajo. Para ciclos de larga duración se recomienda fundentes con amplios rangos de trabajo. Para ciclos cortos de calentamiento rápido, tipo inducción, se puede utilizar fundentes de baja temperatura que trabajen incluso por encima de su rango de temperatura recomendada. De tal forma que los utilizados sean solubles en agua y por lo tanto, más fáciles de eliminar. 8.2 - Aplicación del fundente Con el soplete se realiza un calentamiento rápido, del extremo de la varilla de aporte y se introduce en el fundente en polvo, para que se adhiera a la varilla. Esto cuando se trabaja con varillas desnudas de material de aporte. Generalmente es factible conseguir varillas de material de aporte, con revestimiento de fundente, o con núcleo de fundente. 9. - Soldadura suave No es sólo unir un par de piezas de metal usando algún material que se pueda fundir con una antorcha o un cautín. En realidad es más que eso, pues envuelve metalurgia, física y química en la interacción de elementos, la constitución de fundentes, la química térmica envuelta en el calor aplicado sobre los fundentes y los metales al estado de soldadura líquida. Además de la termodinámica fundamental y la dinámica de los fluidos, promoviendo la formación de la soldadura. Traduciendo lo que los Ingenieros están tratando de decirnos es que la soldadura suave significa calentar una junta a una temperatura apropiada, usando un material de aporte, el cual funde por debajo de los 450°C (843°F), la soldadura fundida (liquida) es distribuida entre las angostas cavidades de la junta por la acción capilar Para este tipo de soldeo, generalmente se utiliza un cautín, pues los materiales de aporte, tienen puntos de fusión muy bajos y por tanto no son necesarias las altas temperaturas de la llama oxi-acetilénica. Soldadura suave, es el procedimiento de juntar o soldar dos metales usando un material de aporte, cuyo punto de fusión se dé, a una temperatura por debajo de los 450°C (843°F), y en consecuencia, muy por debajo del punto de fusión de los metales base. De acuerdo a ASTM b32, tenemos: Sn, Pb, Zn. Para que el procedimiento sea exitoso, en este tipo de soldadura es indispensable la buena preparación del borde de las juntas, para que estén lo más cerca posible, limpiar apropiadamente las zonas de contacto, la aplicación correcta del fundente, el ensamble de las partes y la aplicación de calor y el material de la soldadura y luego, cuando la temperatura de las juntas haya regresado a una temperatura ambiente, se procede a la remoción del fundente. 72 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Como en todo proceso de soldadura, un alto grado de destreza es requerido para ejecutar adecuadamente esta operación, particularmente en componentes delicados o complicados, tales como los circuitos electrónicos. Este proceso, es preferido por muchos como una excelente alternativa, sobre otros métodos, tales como adhesivos, pegamentos o uniones mecánicas, porque ofrece las siguientes ventajas: 1. Se requiere muy poca energía 2. Es posible tener un control preciso de la cantidad de material de aporte a usar 3. Se pueden usar una gran variedad de métodos de calentamiento 4. Es posible seleccionar varios rangos de fundición para ajustarse a la aplicación. 5. Se puede automatizar de manera fácil y económica. 6. Es posible el ensamblaje secuencial. 7. Las juntas son altamente confiables. 8. Las juntas son de fácil reparación o re-ejecutables. 9. Las aleaciones de los materiales de aporte pueden ser seleccionadas según la atmósfera circundante. La mayoría de las operaciones en este proceso, pueden ser ejecutadas al aire libre, con el fundente actuando como barrera contra la oxidación de la superficie e interacción con la atmósfera. Las superficies a ser soldadas pueden acceder a ser bañadas con el metal liquido sin ninguna formación ínter-metálica, donde la adherencia metalúrgica de las superficies limpias es esencialmente mecánica, de todas formas la reacción metalúrgica entre el fundente, el metal liquido y la superficie del metal base es la más deseada. Un cuidado especial se debe tener cuando se busca el material correcto para ejecutar cada procedimiento ya que cada aleación es única en referencia a su composición y sus propiedades. De los materiales para soldar disponibles en el mercado, los de de estaño- plomo son los más ampliamente usados, cuando se refiere a los materiales de estaño (Sn) /plomo (Pb), el contenido de estaño es casi siempre dado primero, Ej.: 40% Sn / 60% Pb o conocido simplemente como soldadura 40/60. Las proporciones para las aleaciones de estos materiales van desde 2% estaño / 98% plomo y con un punto de fusión de 312°C, hasta 63% estaño / 37% plomo y con un punto de fusión de 182°C. Otras aleaciones comúnmente usadas son: Estaño / plata = Sn/Ag Estaño / Zinc = Sn/Zn Estaño / antimonio = Sn/Sb Plomo / plata = Pb/Ag Cadmio / plata = Cd/Ag Cadmio / Zinc = Cd/Zn Noviembre 2009 Valerio C German Zinc / aluminio = Zn/Al Plomo / Plata / Estaño = Pb/Ag/Sn 73 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Los materiales para soldar, con soldadura suave, han sido usados también con mucho éxito en la industria de la joyería, así como las soldaduras de altísima resistencia desarrolladas por la industria aeroespacial. Para poner la soldabilidad en perspectiva, el diseñador de la soldadura casi siempre encuentra que los metales base han sido seleccionados por algunas otras de sus propiedades aparte de su soldabilidad, como por ejemplo su conductividad eléctrica o térmica, coeficiente de expansión lineal, fuerza en proporción a su peso, o resistencia a la corrosión. Una vez que el metal base es escogido, el diseñador de la soldadura deberá comprender su capacidad soldable inherente, y si es necesario, debe buscar la forma para mejorar esas capacidades, en la implementación de otros materiales en capas ínter-metálicas o preparando la superficie y también debe analizar cómo preservar esas capacidades hasta que el procedimiento de ensamblaje sea completado. 9. 1 - Preparando las áreas a juntar La buena ejecución de cualquiera de estos procedimientos depende grandemente de la correcta preparación de las áreas que van a ser soldadas, se debe empezar con la limpieza. Tomando en cuenta que el proceso a ocurrir será básicamente una reacción químico-física, y cualquier agente contaminante que esté presente al momento de la unión se convertirá en parte de la soldadura mezclándose químicamente y afectando el estado final de la composición de la soldadura realizada, convirtiéndose en el 90% de los casos en contaminación. 9. 2 - La limpieza se divide en dos categorías Mecánica: Las áreas deben ser limpiadas con una acción mecánica efectiva como papel de lija, bandas abrasivas o lanas metálicas, teniendo siempre la precaución de evitar la posibilidad de que algunas partículas producidas por la lijadura se introduzcan en las tuberías cuando son limpiadas mecánicamente. Química: En muchos de los casos la limpieza mecánica es adecuada y suficiente, pero si fuera necesario limpiar más profundamente, como es el caso de las tuberías que llevan presiones considerables o sujetas a tensiones mecánicas de algún tipo, como por ejemplo, el caso de la refrigeración, se deberá realizar la limpieza con un buen solvente. En todo lo relacionado con la refrigeración, es indispensable evitar siempre el uso de los solventes con base de cloro. 74 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 CAPITULO V 1.-Proceso De Oxicorte El término oxicorte indica la operación de seccionamiento o corte de piezas metálicas, por la acción de un chorro o flujo de oxígeno, dirigido sobre zonas calentadas a una temperatura algo inferior a la temperatura de fusión del metal base. Esto se realiza con un soplete alimentado por un gas combustible y el oxígeno. Este es un proceso de combustión, ya que al cortar el acero, el metal arde al combinarse con el oxígeno formándose óxidos de hierro, debido a una reacción fuertemente exotérmica (calor extremo). Por ejemplo, un hilo de hierro llevado a la temperatura de 900°C a 1.000°C y puesto en presencia del oxígeno puro, arde rápidamente continuando la combustión por la reacción de oxidación. Los óxidos forman una escoria fundida que puede evacuarse o eliminarse fácilmente de la sección cortada. Uno de los requisitos básicos que debe cumplirse para que se pueda realizar el proceso de oxicorte es que los productos de la combustión (óxidos del metal) tengan un punto de fusión inferior al del metal propiamente dicho. El hierro es uno de los pocos metales en que sucede esto. En estado puro, tiene un punto de fusión de 1.530°C. En el diagrama reflejado en la figura 2 se pueden observar las temperaturas de fusión de aleaciones compuestas de hierro y oxígeno, en donde la temperatura se expresa en función de un incremento progresivo de 02. Siendo la temperatura más baja de fusión de los óxidos de hierro de 1.400°C. Fig.2 : Temperaturas de fusión de los óxidos de hierro. Noviembre 2009 Valerio C German 75 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Es una técnica auxiliar de la soldadura, puesto que se emplea con frecuencia para preparar los bordes de las piezas o secciones que serán, posteriormente soldadas con electrodo revestido, o con algún otro proceso de soldeo. Es además, afín con el soldeo oxi-gas, ya que necesita los mismos gases y accesorios, que para la soldadura oxi-acetilénica, con la excepción, que en el soplete o antorcha, se cambia la cámara de mezcla y la boquilla, y se sustituyen por un cortador o manubrio de corte. Esta técnica se utiliza para cortar aceros al carbono y sus derivados. Sólo pueden cortarse aquellos metales que se prestan a una oxidación rápida, siempre que la temperatura de fusión del oxicorte deseado, sea inferior a la del metal base. 2- Teoría Del Oxicorte El hierro al rojo vivo se quema rápidamente con el oxígeno. Para lograr un corte correcto con el proceso oxi-gas, son necesarias las condiciones siguientes: Una fuente calorífica para llevar el hierro al rojo vivo Un chorro de oxígeno a presión que se encarga de quemarlo (oxidar el hierro), de fundir el óxido y arrastrarlo, permitiendo un corte limpio. El hierro se oxida fácilmente con el oxígeno a altas temperaturas, desprendiendo a su vez gran cantidad de calor. El óxido del hierro derretido funde a temperatura inferior que el propio hierro o aleación de hierro. Los trabajos de oxicorte pueden clasificarse en: -Corte de piezas planas. -Corte de chapas anchas. -Corte de perfiles y barras. -Corte bajo el agua. 3- Oxicorte Manual Antes de realizar el corte hay que examinar los factores que regulan el corte y que esencialmente son: Potencia del soplete Regulación de la presión del oxígeno de corte Velocidad de avance Regulación y encendido del soplete Iniciación del corte Ejecución del corte 76 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 4- Pantógrafo (oxicorte automático) Se denomina así al procedimiento de corte de piezas realizado con máquinas de oxicorte semiautomáticas, que pueden estar compuestas por una o varias cabezas o sopletes y que generalmente constan de:  Una mesa donde se fija la plantilla de la pieza a cortar.  Un carro o dispositivo móvil, que se desplaza sobre la mesa, accionado por un motor eléctrico, el cual desplaza a las cabezas o los sopletes que realizan la operación.  Un equipo oxi-gas completo, para suministro y la conducción de los gases que se emplearán en el proceso de oxicorte.  El moto-reductor arrastra mediante engranajes, a un rodillo de eje horizontal, que se desplaza por la mesa y comunica el movimiento a los sopletes. La orientación de este rodillo se hace manualmente.  El ojo electrónico o trazador así dispuesto se llama curvi-grafico. Cuando el rodillo es el eje vertical y permite seguir el contorno de una plantilla metálica por adherencia magnética, se llama trazador magnético. Hay equipos modernos que van provistos de trazador fotoeléctrico, el cual sigue el contorno de un dibujo o superficie. 5- Diferentes Procesos De Corte De Metales Existen diferentes procesos para el corte de materiales sólidos, según el esquema que aparece a continuación. Noviembre 2009 Valerio C German 77 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Esta sección se dedica fundamentalmente al proceso de oxicorte de metales, dada la importancia que presenta el mismo en las industrias de fabricación de piezas y equipos. Una vez estudiado este gráfico, puede responderse la siguiente pregunta ¿Por qué algunos metales, coma por ejemplo el aluminio, no se pueden oxi-cortar? La respuesta es bien sencilla, porque el óxido de aluminio (alúmina) tiene un punto de fusión de 2050°C, mientras que el aluminio puro tiene su punto de fusión a los 660°C Sabemos que el hierro puro, no tiene aplicación como material de construcción, sino que está aleado con otros elementos, tales como C, Mn, Cr, Ni, etc. En consecuencia, estos elementos pueden formar diferentes compuestos con el Fe puro, y por lo tanto tener diferentes puntos de fusión. Veamos la influencia que tienen algunos de estos elementos en un metal, para que éste sea apto o no, para el oxicorte, según el elemento aleado. Carbono En aceros con contenido de C = 0,3 % sin dificultades. En aceros con contenido de C desde 0,3 hasta 2%, precisan precalentamiento, para lograr el oxi-corte. Manganeso El manganeso no tiene ninguna influencia ya que en estado puro se corta más fácil que el acero común. Silicio Las proporciones de silicio que se encuentran en los aceros no reducen la aptitud para el corte, pero si tienen influencia en la velocidad de corte. Cromo Hasta un 5% de Cr, no afecta excesivamente al acero y se puede realizar el oxi-corte sin dificultades, pero se conoce que contenidos mayores lo dificultan grandemente. La llama utilizada para cortar los aceros al cromo debe ser carburante. Níquel Se puede cortar acero que tenga hasta un 3% o menos de níquel. Molibdeno En este caso puede repetirse lo dicho para el cromo. Tungsteno o Wolframio El contenido máximo para no presentar dificultades es del 10%. 78 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Cobre Hasta un 2% de contenido en cobre no tiene influencia en el corte. El cobre puro no se puede cortar con oxicorte. Aluminio Hasta un 10 % de aluminio no tiene influencia apenas en el oxicorte. Fósforo Y Azufre Los porcentajes tan bajos, contenidos en los aceros, no dificultan el corte. Vanadio En pequeñas cantidades, facilita el oxicorte. En el gráfico de la siguiente figura, podemos observar la influencia que tiene el contenido de carbono en la aleación con el hierro. La temperatura más baja de fusión se obtiene con contenido de 4,3% de carbono (1.150°C.) Luego de analizar lo anterior puede afirmarse que la primera condición para que un material pueda oxi-cortarse, es que los productos de la combustión (óxidos del metal) tengan un punto de fusión inferior al del metal en cuestión. La segunda condición necesaria para que sea posible el proceso de oxicorte es, que la temperatura de ignición del metal sea inferior al punto de fusión, ya que de lo contrario, el metal se fundiría antes de que se pudiera iniciar el proceso de oxicorte. La tercera condición se refiere a que, es preciso que los productos de la combustión no sean gaseosos en una proporción apreciable, ya que éstos diluyen el oxigeno utilizado para cortar. Esta es la causa por la que no es posible cortar la madera con oxi-corte, ya que debido a estas diluciones el contenido de O2 baja tanto que hace que el corte se detenga. Noviembre 2009 Valerio C German 79 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Como cuarta condición, es necesario que al arder el metal desarrolle el calor suficiente para que la propia combustión del metal prosiga, es decir, que debe liberarse una cantidad de calor suficiente para que esto ocurra, y no sea necesario seguir precalentando para continuar el proceso. Por último, como quinta condición está el hecho de que es necesario que el metal tenga una conductividad térmica, relativamente baja o mala, ya que si ésta es muy buena o alta, el calor aportado a la sección de corte, se disipa rápidamente, lo cual dificulta el proceso de combustión. En la siguiente tabla, se presentan ejemplos de algunos metales y sus óxidos: Tipo De Metal Y Punto De Fusión Su Óxido Hierro 1538°C Óxido de Fe 1525°C Cobre 1084°C Óxido de Cu 1250°C Aluminio 660°C Óxido de Al 2050°C Cromo 2130°C Óxido de Cr 2275°C Níquel 1453°C Óxido de Ni 1990°C Manganeso 1517°C Óxido de Mn 1790°C Punto De Ignición 911°C Conductividad Térmica Mala Excelente Excelente Excelente Excelente Muy mala 6- Influencia de la pureza del oxígeno en el oxicorte El contenido de impurezas en el O2 tiene gran incidencia en la velocidad de corte que puede alcanzarse. Cuanto mayor es el contenido de impurezas, menor es la velocidad de corte y mayor, por tanto, el desfase. El O2 industrial, contiene 0,5% de impurezas. La siguiente figura muestra de forma simplificada, el recorrido del chorro de oxígeno de corte a través del espesor de una plancha. Obsérvese la capa de oxígeno contaminado que rodea al chorro de gas. Cuando el oxígeno de corte sale de la boquilla, entra inmediatamente en un ambiente en el que hay otros gases. Aunque el chorro del soplete tiene una velocidad de 500-800 m/s, es contaminado por los gases circundantes, al menos en la capa exterior. El medio en el que el chorro de O2 choca primero es la zona extremadamente caliente entre las llamas de calentamiento. 80 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 La alta temperatura de los productos de la combustión facilita la mezcla del O2, el cual, merced a su alta velocidad, arrastra consigo una pequeña parte de los gases de las llamas. Por ello, cuando el chorro de oxígeno de corte choca con el acero ya está rodeado de una delgada capa de impurezas, cuyo contenido es 0,5%. Cuando el O2 se consume durante la combustión del acero, las impurezas que contenía aún subsisten. Esto significa que la cantidad de contaminación en la capa superficial del chorro de O2 aumenta a lo largo del recorrido del chorro por el acero. El O2 no tiene la misma pureza en la parte superior del corte que en la inferior. Puesto que la pureza influye sobre la velocidad de corte, la conclusión que puede obtenerse es que el corte no se desarrolla a la misma velocidad en la parte superior de la hendidura que en la inferior. Par tanto, se produce un desfase. Como puede verse el contenido de impurezas en el oxigeno tiene una gran incidencia en la velocidad de corte, ya que cuanto mayor es el contenido de impurezas, menor es la velocidad de corte y mayor el desfase. Fig. 4 Recorrido del chorro de oxígeno a través del espesor del material a cortar. El oxígeno industrial tiene una pureza no menor del 99,5%, y el promedio suele ser de un 99,7%. Como se puede observar en la sig. Figura, la velocidad de corte disminuye rápidamente con el incremento de la contaminación del oxigeno. Noviembre 2009 Valerio C German 81 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Fig. 5 Efecto de la contaminación del oxígeno de corte sobre la velocidad de corte Un aumento en la contaminación del oxígeno de únicamente 0,4% reduce la velocidad de corte en 60 mm/min., que es aproximadamente un 15% de la velocidad total. 7- Función de la llama de calentamiento en el oxicorte Antes de iniciar el proceso de oxicorte, se debe de calentar el acero hasta la temperatura de ignición, que es de 1500°C. Cuando el proceso de corte ya se ha iniciado, se genera una gran cantidad de calor por la combustión del metal, principalmente en el fondo del corte. Debido a que el acero tiene muy poca conductividad térmica, no hay tiempo para que la superficie superior de la plancha pueda llegar una cantidad suficiente del calor producido en la reacción, como para que el acero superficial alcance a calentarse hasta la temperatura de ignición. Por ello, al empezar a cortar y durante todo el proceso hay que aportar calor a la parte superior de la plancha. Esta es la principal función de las llamas de calentamiento; además de quemar la pintura y la cascarilla de laminación, y de concentrar el chorro de oxígeno de corte. La cantidad de energía calórica, transferida a la pieza, depende del poder calorífico de la llama y este depende entre otras cosas, del tipo de boquilla que se utilice y del gas elegido. Refiriéndonos al gas, tenemos que en la llama, se pueden diferenciar dos partes: la primera, es el núcleo, dardo, cono o llama central. La segunda, es la llama secundaria. 82 Noviembre 2009 Valerio C German Llama de oxicorte SOLDADURA OXI-GAS 2009 El poder calórico de la llama central o dardo, es de gran importancia para la velocidad de calentamiento del metal a la temperatura de ignición, también se requiere que este poder esté concentrado en una superficie pequeña con el fin de que se produzca un fuerte calentamiento en el punto en que debe iniciarse el proceso de corte. El gráfico de la siguiente figura muestra el poder calórico por unidad de superficie en la llama central del acetileno y del propano. La diferencia entre los dos es muy grande. Queremos resaltar la gran influencia que tiene la proporción de mezcla entre el gas combustible y el oxigeno que se aporta a la combustión por unidad de tiempo. Esto significa que el poder calórico lo determina, por un lado, la cantidad de canales de salida de oxígeno-gas de combustión de la boquilla y por otro, la velocidad con que la mezcla de oxígeno-gas combustible sale por los canales. Esta velocidad a su vez está limitada por la velocidad de combustión de la mezcla de gases. Poder calórico de las distintas llamas de acuerdo a los gases combustibles y su proporción en la mezcla con el O2. En el siguiente gráfico, puede apreciarse que la velocidad de combustión del acetileno aumenta considerablemente al incrementar la mezcla de O 2. Si la cantidad de O2 en comparación con la llama normal, se aumenta el doble, también se incrementa casi el doble la velocidad de la combustión. En el propano, el incremento de la velocidad de combustión es mucho menor. Noviembre 2009 Valerio C German 83 SOLDADURA OXI-GAS 2009 a) b) Diferencia de velocidad de ignición (a) y temperatura de la llama (b) entre el propano y el acetileno para distintas relaciones de gas combustible/oxígeno. La transferencia de calor desde la llama hasta la superficie es mayor cuanto mayor es la velocidad de combustión del gas. Otra consecuencia de la mayor velocidad de combustión del acetileno es que la llama es más concentrada, en comparación con la del propano. Esto es también una explicación de por qué es tan grande la diferencia entre el poder calórico de ambos gases. Por tanto, para conseguir un efecto calórico determinado se necesita una llama mayor de propano que de acetileno. La mayor extensión de la llama es una de las explicaciones del por qué las planchas delgadas se deforman más fácilmente cuando se utiliza propano como gas combustible. En el anterior gráfico; b), muestra las distintas temperaturas de la llama de acuerdo con los gases combustibles y su proporción de mezcla con el O2. 84 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Esquema del equipo y accesorios necesarios para el Proceso de oxicorte En la siguiente figura, pueden apreciarse todos los componentes de un regulador. La presión de trabajo se controla mediante el tornillo de reglaje 10. Del regulador al soplete, el gas circula por las mangueras que, normalmente son de color verde para el oxígeno y rojas las de acetileno. Para evitar el retroceso de la llama, y en la entrada de los gases al soplete, se deben poner válvulas anti retorno que permiten el paso del gas en un sentido, pero no en el contrario, normalmente mediante un muelle que comprime una bola o un pequeño vástago y que está ajustado a una presión determinada. 8- El soplete El soplete o cortador es el dispositivo que cumple la función de generar la llama y hacer que ésta sea estable y regulable. Consta de un mango, el cual tiene una serie de válvulas, normalmente 4, una de paso del gas combustible y las otras de paso para el oxígeno. Además, si el soplete es universal, se le puede acoplar un dispositivo llamado lanza de soldadura. Los hay de varios tipos según el caudal, y en función del espesor a cortar y del tipo de trabajo a realizar. También se diferencian por la forma en que mezclan el O2 y el C2H2: unos lo hacen en una cámara dispuesta en el soplete por medio de un inyector y otros lo hacen en la boquilla de corte, lo que los hace menos peligrosos al retroceso de la llama. Si se observa una boquilla de corte vemos que tiene un orificio central para el O2 de corte y otros seis que lo rodean concéntricamente por donde sale la llama de calentamiento. Noviembre 2009 Valerio C German 85 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Con un ajuste adecuado de la llama de calentamiento, el metal puede alcanzar la temperatura de fusión rápidamente. Entonces entra en acción el flujo constante de O2 y comienza la reacción química de O2 con el metal, en 3 etapas sucesivas para producir: FeO, Fe3O4 y Fe2O3. Corte esquemático de un regulador Antorcha de una pieza. En el caso de la antorcha de una pieza, en un mismo dispositivo se mezclan los gases para el precalentamiento y se regula el oxígeno de corte. En el caso de la antorcha combinada estos pasos se desarrollan en dispositivos separados. 86 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Antorcha combinada 9- boquillas de corte El incremento en la velocidad de corte puede ser atribuido parcialmente a un incremento en la pureza de oxígeno y al desarrollo de las boquillas de corte, especialmente en lo concerniente al diseño de su canal de salida del oxígeno de corte. (Fig. 01). En 1.965, una compañía japonesa resucitó la vieja idea de las boquillas de alta velocidad de corte, protegiendo el chorro de oxígeno de corte por una cortina concéntrica de oxígeno puro, para evitar la contaminación de éste por los subproductos de la combustión de la llama de calentamiento y del nitrógeno de la atmósfera, introducir oxígeno de alta pureza en la sección de corte y pulir la superficie de corte. Desarrollando esta nueva boquilla (boquillas de cortina), se obtuvieron considerables incrementos en la velocidad de corte, pero algunas desventajas: 1. Tendencia a sobrecalentarse las boquillas en el calentamiento y la perforación 2. Dificultades para el corte con bisel 3. Sangría mucho más ancha 4. Gran sensibilidad a la variación de la distancia de la boquilla a la chapa 5. Gran consumo de oxígeno Hoy en día, la mayoría de estas desventajas han sido eliminadas o reducidas considerablemente. Pero quizás la condición más importante para el funcionamiento de una boquilla de cortina es que esté fijada a un soplete adecuado. Noviembre 2009 Valerio C German 87 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Fig. 01 Evolución progresiva de la velocidad de corte 10- Correcto manejo del soplete 10.-1 Encendido Del Trabajo  Se debe soplar por las mangueras con el gas de los cilindros, de forma que éstas solo contengan gases puros.  El fijado de la presión de trabajo y el soplado de la manguera se puede hacer al mismo tiempo, pero sólo para un gas a la vez.  La válvula del soplete de gas en cuestión debe estar completamente abierta.  La válvula del soplete para el otro gas debe estar cerrada.  Se debe comenzar por el oxígeno.  El soplete es encendido por acetileno puro o por acetileno con una pequeña cantidad de O2 para evitar el carbono superficial no absorbido. 88 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009  La válvula de acetileno del soplete será abierta en primer lugar. La regulación de la llama se debe hacer por medio de la válvula de oxígeno. 10.-2 Apagado Del Soplete Se cierra primero la válvula del soplete de acetileno y después la válvula de oxígeno. Al terminar el trabajo se debe purgar el equipo, de la misma forma como se explicó en el capítulo anterior. 10.-3 Retroceso De La Llama En caso de retroceso de la llama, debemos cerrar primero el oxígeno, para que cese la combustión. En el caso de incendio en las mangueras, debe cerrarse primero la válvula de la botella de oxígeno y después la válvula de la botella de acetileno. Para evitar este riesgo, todos los sopletes deben tener colocadas las válvulas anti retomo. Una variable en el oxicorte, y que tiene gran influencia en la calidad y rendimiento de éste, es la velocidad de corte. Válvula anti retorno para mangueras 10.-4 Requerimientos Los requisitos indispensables a tener en cuenta en el proceso de oxi-corte son: Presión de oxígeno. Presión del combustible. Consumo de oxígeno. Consumo de combustible. Velocidad de corte. Numero de la boquilla. Noviembre 2009 Valerio C German 89 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Todos estos parámetros están estipulados y dependen del grado de mecanización de dicho proceso. (Ver tabla 1) Válvula anti retorno para el soplete 90 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Tabla 1. Parámetros recomendados para el oxicorte manual y mecanizado de aceros al carbono sin precalentamiento. Espesor a Diámetro cortar del orificio (mm) de corte (mm) 3.2 0.51-1.02 6.4 0.76-1.52 9.5 0.76-1.52 13 1.02-1.52 19 1.14-1.52 25 1.14-1.52 38 1.52-2.03 51 1.52-2.03 76 1.65-2.16 102 2.03-2.29 127 2.03-2.41 152 2.41-2.67 203 2.41-2.79 254 2.41-2.79 305 2.79-3.3 Velocidad de corte (mm/s) Flujo de gas (l/min) Oxígeno de Acetileno corte MPS Gas Natural Propano 6.8-13.5 6.8-11 6.4-10.1 5.1-9.7 5.1-8.9 3.8-7.6 2.5-5.9 2.5-5.5 1.7-4.7 1.7-4.2 1.7-3.4 1.3-3 1.3-2.1 0.85-1.7 0.85-1.7 7.2-21.1 14.2-26 18.9-33 26-40 47.2-70.9 51.9-75.5 51.9-82.6 61.4-89.6 89.6-142 113-170 127-170 123-236 217-293 274-331 340-401 2-4 2-5 2-5 2-5 3-5 4-7 4-8 4-8 4-10 4-10 5-10 5-12 10-19 10-19 15-29 4-12 4-12 5-12 7-14 7-14 8-17 9-17 9-19 10-19 10-19 12-24 12-24 14-23 16-33 20-75 2-5 2-6 3-7 3-8 3-9 4-9 4-10 4-10 5-11 5-11 5-12 6-19 7-15 5-15 10-22 2-4 2-4 3-5 3-5 3-6 4-7 4-8 4-8 4-9 5-10 5-10 5-12 7-14 7-17 9-19 Nota: El consumo de oxígeno de precalentamiento: Para acetileno multiplicar por 1.1 a 1.25 el flujo de acetileno en ft3/h. Para gas natural multiplicar por 1.5 a 2.5 el flujo de gas natural en ft3/h. Para propano multiplicar por 3.5 a 5 el flujo de propano en ft3/h. 11- oxi-Corte con polvos o fundentes especiales Desde el inicio de este tema se ha explicado que en los aceros aleados con cromo-níquel, en aleaciones no ferrosas y el propio hierro fundido, se cortan muy mal o no se pueden cortar, debido a la presencia de óxidos refractarios, que se forman durante el proceso de oxidación y que no se separan del plano de corte. Para obviar estas dificultades se utiliza el corte con polvos o fundentes. Esta técnica se basa en la utilización de un polvo-fundente que se lleva hasta la zona de corte para ayudar a la fusión o disolución de los óxidos refractarios que van a formarse durante el corte. Noviembre 2009 Valerio C German 91 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Según el principio de trabajo que se emplee existen tres métodos diferentes, en dependencia de la acción del fundente: termo-mecánico, químico y químico-mecánico. De estos tres el más utilizado es el de acción termo-mecánica, que consiste en la utilización de partículas finas de polvo de hierro (0.1-0.2 mm), de modo tal que logran su combustión en la zona de corte y liberan una cantidad de calor adicional a la que se produce por el efecto de la oxidación del metal base, además de que el efecto cinético por salir a alta velocidad de la boquilla y chocar con la superficie de corte, motiva a que estas partículas ayuden a expulsar los óxidos fundidos de forma mecánica o abrasiva. Cuando se efectúa el oxicorte de los aceros inoxidables, se forma inmediatamente una película refractaria de óxido de cromo, adherida a la superficie del metal, lo que impide el aumento de la oxidación y la fusión del mismo. Al usar el polvo de hierro como fundente inyectado a la zona de corte, la oxidación de estas partículas eleva la temperatura al nivel necesario, como para fundir la película refractaria y por efecto mecánico es expulsado de la zona de trabajo, permitiendo encontrar un nuevo metal que puede ser sometido al proceso normal de corte y que avance en profundidad y longitud. En algunos casos además de polvo de hierro se añaden otros aditivos para incrementar la acción de limpieza del fundente. El método de corte basado en el principio químico, no ha tenido un amplio campo de aplicación. Su función es la de convertir los óxidos refractarios en compuestos solubles y ayudar a que ellos salgan de la zona de corte conjuntamente con la escoria. Estos fundentes en su reacción química no producen mucho calor, por tanto no favorecen la fusión necesaria de los mismos. Los fundentes químicos más utilizados son las sales de sodio, tales como carbonatos de sodio, con pequeñas adiciones de fosfato de sodio (1-1,5%) El método que utiliza el principio químico-mecánico se caracteriza por utilizar la arena como fundente, la cual disuelve los óxidos y los elimina de la zona de corte de forma mecánica, por efecto erosivo. La arena resulta un fundente barato y de fácil obtención, produce una zona de afectación térmica bastante reducida y libera algo de calor en la zona de reacción. Sin embargo el uso de la arena es perjudicial para la salud del operador, ya que libera un polvillo muy fino que puede dañar las vías respiratorias, si no se usa correcta protección. La razón de corte, en el caso de utilización de la arena, resulta menor que cuando se utilizan polvos metálicos y compuestos químicos como aditivos, lo que motiva a que este procedimiento tenga un uso limitado. En todos los casos mencionados el fundente es llevado a la zona de corte por el conducto de salida del oxígeno, o por otro orificio independiente de este. El método más generalizado es el que efectúa la mezcla previa del fundente con el oxígeno y lo transporta hasta la antorcha por el conducto empleado para el oxígeno de corte. 92 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Para emplear el corte con el fundente para hierro fundido se recomienda utilizar una mezcla de polvo de hierro y ferro-fósforo. Para aceros inoxidables se puede utilizar el polvo de hierro solamente, y para el cobre y sus aleaciones se recomienda el polvo de hierro mezclado con ferro-fósforo y polvo de aluminio. En la siguiente tabla aparece una descripción más detallada. Tabla No 2 Composición típica de fundentes para el corte de metales Composición del fundente , porcentaje en peso Tipo de Polvo Polvo de Polvo metal a Arena de Polvo de FerroFerrode aluminio de cortar cuarzo aluminio silicio fósforo hierro magnésico calcio Aceros y 100 aleaciones 100 con alto 80-90 10-20 contenido 60-80 20-40 de cromo níquel Hierro 65-75 35-25 fundido 70-75 20-25 10-5 Cobre, 70-80 30-20 bronce y 70-80 15-20 latón 70-75 15-20 10-15 Fig.16 Esquema del equipo de corte oxiacetilénico con polvos Noviembre 2009 Valerio C German 93 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Capítulo VI 1.-Aluminio Aunque en la actualidad los procesos más utilizados para el soldeo del aluminio, son GTAW, FCAW y GMAW, y en menor medida GMAW; también se pueden lograr buenas soldaduras con el proceso OAW, siempre y cuando se respeten ciertas indicaciones importantes, pues las características propias del aluminio, tan diferentes a las del acero, hacen que se tenga que variar un poco las técnicas de soldeo; además de requerirse gran habilidad por parte del soldador. 1.- 2 Propiedades Del Aluminio Para lograr aplicar correctamente el proceso de soldeo en el aluminio, debemos conocer sus propiedades y comprender el comportamiento de este metal.  En su estado puro es muy dúctil y maleable, pero tiene poca resistencia, y por eso lo que más se emplea son las diferentes aleaciones que tienen como base al aluminio.  Es tan maleable que permite la fabricación de láminas tan delgadas como el papel de aluminio.  Es sumamente ligero o liviano  Posee excelente conductividad térmica y excelente conductividad eléctrica.  Su punto de fusión es de 660°C  Es muy resistente a la corrosión, a los productos químicos, a la intemperie y al agua de mar; gracias a su capa de óxido de aluminio o alúmina (Al2O3); formada en su superficie y cuyo punto de fusión es de 2050°C  Se emplea en la fabricación de tuberías, aparatos para laboratorios químicos y utensilios para la industria alimentaria.  Debido a su gran reactividad química, el aluminio se usa finamente pulverizado como combustible sólido de cohetes espaciales y para aumentar la potencia de los explosivos.  También se usa como ánodo de sacrificio para el acero y en procesos de alumino-termia (termita), para la obtención y soldadura de metales.  Se oxida a altas temperaturas 2.- Proceso de soldeo La soldabilidad de las aleaciones de aluminio, varía significativamente dependiendo de la composición química de la aleación usada. Las aleaciones de aluminio, se agrietan con facilidad cuando se calientan, y para contrarrestar esta situación, el soldador debe aumentar la velocidad de soldeo, para reducir el aporte de calor. 94 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Un correcto precalentamiento de toda la pieza a soldar, puede reducir este agrietamiento, pues este se da principalmente cuando hay concentración de calor en un mismo lugar. Además de la limpieza normal para soldar, debemos eliminar la capa de óxido o alúmina, pues al tener un punto de fusión (2050°C), superior al del metal base (660°C), esta película no permitirá una correcta soldadura. Una forma común de hacerlo es calentando un poco las piezas a soldar, con la misma llama del equipo de oxi-gas y así será más fácil remover el óxido con un cepillo de acero. Aunque también se puede hacer en frío, con papel de lija o algún otro abrasivo. Debe asegurarse que esta tarea se realice bien, pues como el óxido y el aluminio, tienen el mismo color, será difícil darse cuenta en cuáles zonas se eliminó el óxido y en cuáles no. También a la varilla de metal de aporte se le debe eliminar la alúmina antes de aplicarle el fundente y esto se puede lograr con papel de lija. Si la varilla tiene núcleo de fundente, también debe eliminársele el óxido. La llama que se debe utilizar debe ser un poco carburante, para reducir la cantidad de oxígeno proyectado hacia el metal base. Es necesaria gran habilidad, en la constancia de la velocidad de avance al momento de depositar el cordón, porque por la gran conductividad térmica del aluminio, una velocidad muy lenta, provocará la rápida fusión de una zona muy amplia del metal y en consecuencia se producirá un gran agujero por derretimiento. Aunque este problema es más propenso en láminas o chapas delgadas, también puede ocurrir en espesores mayores. La preparación de los bordes, puede ser igual que para los aceros al carbono, pero debe evitarse el punteado muy continuo, debido a la facilidad de deformación en caliente. 3. - Metal de aporte Diferentes aleaciones de aluminio sólido, en varilla desnuda, con revestimiento de fundente o con núcleo de fundente. 4. - fundente Generalmente es factible conseguir como material de aporte, varillas con fundente en su núcleo o en su revestimiento. Sin embargo hay varillas desnudas, para las cuáles es necesario utilizar el fundente que viene en presentación de polvo y que está hecho a base de antioxidantes, como él bórax, cloruro sódico y fosfato sódico. 5.- Cobre La temperatura de fusión del cobre (Cu), es de 1084 C, es decir bastante inferior a la del hierro, sin embargo, como la conductividad térmica del cobre es 6 veces mayor que la del hierro; el soldeo en piezas de cobre, se debe hacer con boquillas de mayor diámetro que las usadas para soldar piezas de hierro del mismo espesor. Noviembre 2009 Valerio C German 95 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Para la soladura en cobre es conveniente usar llama oxidante. Si se usan varillas de cobre como material de aporte, se deben utilizar fundentes hechos a base de bórax. Si se usan varillas de aleación de cobre con plata, no es necesario emplear fundentes y se obtienen soldaduras más uniformes y densas. 6. Soldadura de relleno con bronce Es importante recalcar que cuando se trata de este tipo de rellenos, como por ejemplo el relleno de un diente en un piñón de engrane, la acción capilar sólo se da, aunque mínima, en el primer pase, pues los siguientes pases serán como cualquier otro relleno donde se funden tanto el metal base como el de aporte. 7 Soldadura con plata También se le llama plateado o soldadura fuerte de baja temperatura. Es un proceso relativamente fácil de ejecutar y casi todos los metales comerciales, ferrosos y no ferrosos se pueden soldar con plata. Los aspectos más importantes a tener en cuenta; al igual que en todo proceso de soldeo, son la correcta preparación de los materiales involucrados y la técnica correcta de aplicación. Teniendo en cuenta que generalmente los metales en los cuales se aplica la soldadura de plata, son muy delgados, es importante que la holgura entre ellos no sea menor de 0.38 mm ni mayor de 2 mm. Los materiales de aporte para este tipo de aplicaciones son generalmente aleaciones de cobre, plata y cadmio además de algunos otros elementos, siendo el contenido de plata en estas aleaciones, muy variable, pues está entre el 5% y el 50%. El fundente que se debe utilizar para el soldeo con plata, generalmente viene en forma de pasta y se debe aplicar con una brocha o pincel en ambas piezas a unir. En caso de no disponer del fundente adecuado, se puede usar bórax (ácido bórico), mezclado con agua muy caliente y una vez terminada la soldadura se debe limpiar de inmediato, para evitar la acción corrosiva de este producto. Al soldar o unir piezas de cobre con soldadura de plata, no es necesario utilizar fundente. 96 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 CAPÍTULO VII 1 Soldeo de las fundiciones Partiendo del entendido que cuando se habla de realizar soladuras en piezas de fundición, éstas, siempre serán reparaciones y en consecuencia no existen dos reparaciones iguales. Por lo tanto sólo trataremos los aspectos más generales sobre este tipo de reparaciones. Los metales fundidos, son en general bastante frágiles, esto significa que su resistencia a la tracción es casi nula y por ello tienen gran tendencia a agrietarse en caliente, pues las contracciones y las dilataciones producidas por el calentamiento, aunque sean mínimas, superan las resistencias de la fundición. Los hierros fundidos son aleaciones de Hierro (Fe) y Carbono (C). Aunque el contenido de Carbono puede teóricamente variar entre 2,0 y 6,7%, lo común, es encontrar hierros fundidos con 2,6% a 3,7% de Carbono. Otros elementos químicos típicamente presentes en los hierros fundidos son: Manganeso (Mn), Silicio (Si), Fósforo (P) y Azufre (S). Los hierros fundidos varían principalmente de acuerdo con la forma en que se encuentra el carbono en su estructura molecular, por lo que se catalogan como hierros fundidos: grises, de alta resistencia (nodular), blancos, maleables, y con grafito compactado. Los hierros fundidos también pueden estar aleados con cromo, níquel, y otros elementos químicos para conseguir características específicas tales como resistencia al calor o a la corrosión. Así que para lograr una reparación exitosa es indispensable conocer para aplicar, el procedimiento adecuado antes, durante y después del soldeo. Debemos saber que el soldeo con oxi-gas, es más recomendable aplicarlo a piezas de espesores no mayores a 10 mm, pues en espesores superiores, será más aconsejable otro proceso de soldeo. La facilidad para soldar hierros fundidos depende principalmente de sus propiedades físicas, y existe toda una gama de hierros fundidos. Su in-soldabilidad se puede deber a factores como: 1. 2. 3. 4. La baja plasticidad que tienen los hierros fundidos La formación de cementita, en su estructura molecular La contaminación de las piezas por contacto prolongado con grasas, aceites o agua de mar. Por el quemado, la formación y el crecimiento de poros. A diferencia de los aceros, los hierros fundidos poseen mayor contenido de carbono y en su estructura puede aparecer ledeburita, perlita, ferrita y grafito. A mayor contenido de Si, Mn, P y S, menor el punto de fusión (1150°C), lo que provoca una mayor fluidez y poca capacidad a la deformación. Noviembre 2009 Valerio C German 97 SOLDADURA OXI-GAS 2009 En algunas ocasiones el proceso de reparación mediante soldadura se dificulta por problemas del mismo material base: 1. El hierro fundido presenta el fenómeno de crecimiento del grano, cuando la pieza trabaja durante largos períodos de tiempo, por encima de los 400°C, o sufre calentamientos reiterados por encima de esta temperatura y muy especialmente por sobre 800°C. Esta condición de trabajo que se observa en las puertas de hornos, turbinas de vapor, y motores de combustión interna, provoca en la pieza un aumento de su volumen y desarrolla grandes tensiones internas. 2. La pieza de hierro fundido ha estado en contacto prolongado con aceites, grasas y agua de mar. Al estar la pieza saturada de estos contaminantes, los mismos emergen a la superficie con el calor localizado del proceso de soldadura, ocasionando la in-fundibilidad del material y dificultades en el proceso de soldadura. 3. La pieza de hierro fundido que ha trabajado a altas temperaturas (400°C) presenta el fenómeno de quemado , una oxidación tanto interna como superficial. El quemado superficial muestra óxidos visibles (Fe2O3, Fe3O4 y FeO). 2.-Precalentamiento para soldeo De Los Hierros Fundidos Luego de una adecuada limpieza (y un adecuado bisel cuando corresponda), en ocasiones se debe realizar un precalentamiento, de ser posible en toda la extensión de la pieza a reparar, el propósito de esto es contrarrestar el efecto de contracción y dilatación del metal y así reducir los efectos negativos en la zona crítica. Si no fuese posible el calentamiento en toda la pieza, entonces se deberá calentar la mayor zona posible o realizar el calentamiento en puntos estratégicos. Primero hay que analizar si se soldará con o sin precalentamiento. Si se decide precalentar, hay que analizar si se hará local o totalmente. En general, sólo se debe precalentar cuando se considere indispensable y aún así, el precalentamiento no debe exceder la temperatura necesaria. Para analizar la necesidad del precalentamiento del hierro fundido, se considera primero la baja plasticidad del material y segundo la tendencia a la formación de la cementita (Fe3C). Para decidir si precalentar en una forma local o total, será necesario analizar si durante el calentamiento se da la libre dilatación, es decir que no se den las tensiones de dilatación y contracción. Si se da la libre dilatación, no será necesario el precalentamiento de las piezas; sin embargo, se aplica un ligero precalentamiento local, con el fin de evitar la formación de cementita. 98 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 En la soldadura de piezas grandes, por lo general se aplica sólo precalentamiento local, el cual se mantiene durante todo el proceso de soldadura, tratando de obtener la libre dilatación. Este precalentamiento debe tomar en consideración la forma geométrica de la pieza y la ubicación de la rotura. En la Figura 1, se ilustra una pieza con una rotura en el brazo central. El precalentamiento se aplica en los brazos adyacentes. Figura 1 Precalentamiento en puntos necesarios. 3.-Procedimiento De Soldeo De Los Hierros Fundidos Previo al proceso de soldeo, la superficie de la pieza de hierro fundido debe estar libre de aceites, grasas, y otros contaminantes. Las grietas y otras imperfecciones deben limpiarse con disco abrasivo. La soldadura de los hierros fundidos se puede ejecutar utilizando el proceso OFW o el proceso SMAW. Los materiales de aporte y/o electrodos que se deben emplear deben ser a base de níquel, níquel-hierro, níquel-cobre y acero inoxidable. En la soldadura en frío se precalienta la pieza a una temperatura aproximada a los 60°C. Se debe soldar preferiblemente en posición plana y con material de aporte de diámetro pequeño. Los cordones de soldadura se depositan con una longitud pequeña y en forma alterna (salteada), y se deben martillar en caliente. Una vez hecho el depósito de soldadura, la pieza soldada, de ser posible, deberá meterse en un horno, para que su enfriamiento sea lo más lento posible y si la opción del horno no es viable, la pieza deberá protegerse rodeándola con arena bien seca o envolviéndola en cuero o en algún otro material, para protegerla de las corrientes de aire del ambiente; y así evitar cambios bruscos de temperatura en su estructura molecular, que generen fracturas. Noviembre 2009 Valerio C German 99 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Siempre será preferible usar el sistema de soldadura fuerte, para lo cual se debe seleccionar como material de aporte, de entre diferentes aleaciones de cobre la que mejor se adapte al tipo de fundición. El fundente recomendado dependerá también del material de aporte escogido. 4.-Problemas En La Soldadura De Los Hierros Fundidos Al soldar hierros fundidos surgen dos problemas fundamentales: 1. Primero: aparecen grietas debido a la casi nula plasticidad del material, y la relación entre sus propiedades físico-químicas y sus propiedades mecánicas. La presencia del grafito (carbono), en forma laminar constituye un factor que favorece el desarrollo del agrietamiento. 2. Segundo: se dificulta grandemente la maquinabilidad de los hierros fundidos que han sido soldados, operación necesaria en la reparación de algunas piezas de estos materiales. La dificultad al maquinado se debe a la formación de cementita Fe3C (fundición blanca), tanto en la zona fundida como en la zona afectada por el calor o de influencia térmica. Esta formación se produce al quemarse el silicio durante el proceso de soldadura y también debido a la rápida velocidad de enfriamiento del área afectada, un fenómeno conocido como grafitización . Otros problemas secundarios en la soldabilidad de los hierros fundidos son: 1. Se forman poros en la zona fundida. Por el alto contenido de carbono en estos materiales, durante su fundición se forman óxidos de carbono (CO, CO2) que, por el rápido enfriamiento, no tienen tiempo de escapar del baño fundido, ocasionando la porosidad. 2. Se dificulta la adherencia de la soldadura debido a la presencia de una película refractaria de óxidos de Silicio y Manganeso producidos durante el proceso de soldadura. Esta película posee un alto punto de fusión con respecto al metal base. 3. Se dificulta soldar estos materiales en ciertas posiciones, debido a la alta fluidez de los hierros fundidos durante su fabricación. 100 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS Acción Capilar 2009 GLOSARIO La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial (la cual a su vez, depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), que le confiere la capacidad de subir o bajar por la superficie interna de un tubo capilar. Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular (o cohesión intermolecular) entre sus moléculas es menor a la adhesión del líquido con el material del tubo (es decir, es un líquido que moja). El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y ésta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin utilizar energía para vencer la gravedad. Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión capilar (como el caso del mercurio, en un termómetro), la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior, y su superficie es convexa. Admitancia En ingeniería eléctrica, la admitancia de un circuito es la facilidad que éste ofrece al paso de la corriente. Fue Oliver Heaviside quien comenzó a emplear este término en diciembre de 1887. De acuerdo con su definición, la admitancia es lo contrario de la impedancia . Agente oxidante En química, se llama proceso redox, cuando un elemento acepta electrones y, por lo tanto, se reduce en dicho proceso. Por ejemplo, cuando se hacen reaccionar cloro elemental con calcio: Ca0 + Cl2 (0) -----> CaCl2 El cloro es el agente oxidante puesto que, gana electrones y su carga o número de oxidación pasa de 0 a 1- Esto se puede escribir como: 2e-+Cl2 (0) ---> 2Cl1En resumen: Un agente oxidante, gana electrones y disminuye su número de oxidación. Noviembre 2009 Valerio C German 101 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Agente Reductor En química, se llama proceso redox, cuando un elemento pierde electrones y, por tanto, se oxida en dicho proceso (aumenta su número de oxidación). Por ejemplo, cuando se hacen reaccionar cloro elemental con calcio: Ca (0) + Cl2 (0) -->CaCl2 El calcio es el agente reductor puesto que pierde electrones y su carga o número de oxidación pasa de 0 a 2+ Esto se puede escribir como: Ca0 -->Ca2+ + 2eEn resumen: Un agente reductor, pierde electrones y aumenta su número de oxidación. Un agente reductor es aquel que cede electrones a un agente oxidante. Existe un método químico conocido como reacción de oxidación-reducción, o también llamado como proceso redox, este proceso se considera como reacciones de transferencia de electrones. Asimismo, La mayoría de los elementos metálicos y no metálicos se obtienen de sus minerales por procesos de oxidación o de reducción. Una reacción redox consiste en dos semi reacciones, una semi-reacción implica la pérdida de electrones de un compuesto, en este caso el compuesto se oxida, mientras que en la otra semi-reacción el compuesto se reduce, es decir gana los electrones, uno actúa como oxidante y el otro como reductor. Como ejemplos tenemos:        Carbón Monóxido de carbono Muchos compuestos ricos en carbón e hidrógeno. Elementos no metálicos fácilmente oxidables tales como el azufre y el fósforo. Sustancias que contienen celulosa, tales como maderas, textiles, etc. Muchos metales como aluminio, magnesio, titanio, circonio Los metales alcalinos como el sodio, potasio, etc. Monóxido de carbono El monóxido de carbono es utilizado en metalurgia como agente reductor, reduciendo los óxidos de los metales. La reducción del mineral se efectúa en el alto horno a unos 900º C aproximadamente. Aluminio Puesto que el aluminio tiene gran afinidad química con el oxigeno se emplea en la metalurgia como reductor, así como para obtener los metales difícilmente reducibles (calcio, litio, y otros) valiéndose del así llamado procedimiento alumino-térmico. 102 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Alotropía Estructuras del Diamante y del grafito Alotropía, en química es la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras moleculares diferentes, como el oxígeno, que puede presentarse como oxígeno atmosférico (O2) y como ozono (O3), o con características físicas distintas, como el fósforo, que se presenta como fósforo rojo y fósforo blanco (P 4), o el carbono, que lo hace como grafito, diamante y fullereno. Para que a un elemento se le pueda denominar como alótropo, sus diferentes estructuras moleculares deben presentarse en el mismo estado físico. Las propiedades alotrópicas se presentan en elementos que tienen una misma composición, pero aspectos diferentes; por lo tanto, la propiedad debe observarse en el mismo estado de agregación de la materia y es característico del estado sólido. La explicación de las diferencias que presentan en sus propiedades se ha encontrado en la disposición de los átomos en el espacio. Por ejemplo, en los cristales de diamante, cada átomo de carbono está unido a cuatro átomos de carbono vecinos, adoptando una ordenación en forma de tetraedro que le confiere una particular dureza. La hibridación del carbono en el diamante es sp 3 En el grafito, los átomos de carbono están dispuestos en capas superpuestas y en cada capa ocupan los vértices de hexágonos regulares. De este modo, cada átomo está unido a tres de la misma capa con más intensidad y a uno de la capa próxima en forma más débil, en este caso, la hibridación del carbono es sp2. Esto explica porqué el grafito es blando y untuoso al tacto. La mina de grafito de un lápiz forma el trazo porque, al desplazarse sobre el papel, se adhiere a éste una pequeña capa de grafito. Noviembre 2009 Valerio C German 103 SOLDADURA OXI-GAS 2009 El diamante y el grafito, por ser dos sustancias simples diferentes, sólidas, constituidas por átomos de carbono reciben la denominación de variedades alotrópicas del elemento carbono. Una tercera variedad alotrópica del carbono, es el fullereno C 60 o buckminsterfullereno (en honor al arquitecto Buckminster Fuller) que tiene una forma de balón de fútbol por lo que también se conoce como bucky ball. Anión Un anión es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica negativa, es decir, con exceso de electrones. Los aniones se describen con un estado de oxidación negativo. Las sales típicamente están formadas por cationes y aniones (aunque el enlace nunca es puramente iónico, siempre hay una contribución covalente) Anisotropía Una lámpara de plasma, mostrando las características anisótropas de los plasmas, en este caso, el fenómeno de "filamentación". La anisotropía (opuesta de isotropía) es la propiedad general de la materia según la cual determinadas propiedades físicas, tales como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas. Algo anisótropo podrá presentar diferentes características según la dirección. La anisotropía de los materiales es más acusada en los sólidos cristalinos, en los que se evidencia una relación directa con la estructura atómica y molecular del cuerpo en cuestión. Propiedades anisótropas Conductividad (térmica, electrónica, iónica...)  Elasticidad y resistencia  Crecimiento cristalino  104  Dilatación térmica  Pleocroísmo  Magnetismo Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Ánodo de sacrificio El Ánodo galvánico o Ánodo de sacrificio fue la primera técnica de protección catódica utilizada. Se denomina de esta manera porque protegen de la corrosión a otro material, soportando toda la corrosión hasta que se agotan. En 1823 Sir Humphrey Davy, en Inglaterra, buscando proteger de la corrosión las planchas de cobre que se utilizaban en los cascos de barcos ensaya conectarlas a elementos de hierro, de cinc y de estaño. Los dos primeros elementos dieron buenos resultados para reducir la corrosión de las láminas de cobre. Posteriormente, cuando el cobre es reemplazado por el hierro en la fabricación de barcos, los ánodos de cinc adquieren mayor importancia porque proveen adecuada protección a los aceros durante un tiempo suficientemente prolongado. Características: El material elegido como ánodo de sacrificio debe tener un valor de electronegatividad menor que el material que va a proteger, debe ser menos "noble". Los ánodos de sacrificio o ánodos galvánicos más utilizados son los siguientes: MEDIO CORROSIVO MATERIAL ANÓDICO Suelos Cinc (hasta 1500 ohm-cm)-magnesio Aguas dulces Magnesio Agua de mar o agua salada. Aluminio Desde el punto de vista técnico y económico, un ánodo tiene que reunir una serie de propiedades esenciales como las siguientes:       Tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo para polarizar la estructura (en el caso del acero a -0,8 V). Debe presentar una tendencia pequeña a la polarización, es decir, no debe desarrollar películas pasivantes u obstructoras con los productos de corrosión y tener una fuerte sobretensión de hidrógeno. El material debe tener un elevado rendimiento eléctrico en A/h kg. El ánodo deberá corroerse uniformemente. El metal será de fácil adquisición y deberá poder fundirse en diferentes formas y tamaños. El metal deberá tener un costo razonable, de modo que unido con otras características electroquímicas se pueda conseguir la protección a un costo razonable por amperio/año. Noviembre 2009 Valerio C German 105 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Automatización industrial Es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos. El alcance va más allá que la simple mecanización de los procesos ya que ésta provee a operadores humanos de mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo, la automatización reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del humano. La automatización como una disciplina de la ingeniería es más amplia que un mero sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los censores y transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistema de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. Bronce Bronce es toda aleación metálica de cobre y estaño en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción de entre el 3% y el 20%. Las aleaciones constituidas por cobre y zinc se denominan propiamente latón; sin embargo, dado que en la actualidad el cobre se suele alear con el estaño y el zinc al mismo tiempo, en el lenguaje no especializado la diferencia entre bronce y latón es bastante imprecisa. El bronce fue la primera aleación de importancia obtenida por el hombre y da su nombre al período prehistórico conocido como Edad de bronce. Durante milenios fue la aleación básica para la fabricación de armas y utensilios, y orfebres de todas las épocas lo han utilizado en joyería, medallas y escultura. Las monedas acuñadas con aleaciones de bronce tuvieron un protagonismo relevante en el comercio y la economía mundial. Propiedades: Exceptuando al acero, las aleaciones de bronce son superiores a las de hierro en casi todas las aplicaciones. Por su elevado calor específico, el mayor de todos los sólidos, se emplea en aplicaciones de transferencia del calor. Comparación entre bronces y aceros Aunque desarrollan pátina no se oxidan bajo la superficie, son más frágiles y tienen menor punto de fusión. Son aproximadamente un 10% más pesadas que el acero, a excepción de las aleaciones compuestas por aluminio o sílice. También son menos rígidas, por lo tanto en aplicaciones elásticas como resortes acumulan menos energía que las piezas similares de acero. 106 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Resisten la corrosión, incluso la de origen marino, el umbral de fatiga metálica es menor, y son mejores conductores del calor y la electricidad. Otra característica diferencial de las aleaciones de bronce respecto al acero, es la ausencia de chispas cuando se le golpea contra superficies duras. Esta propiedad ha sido aprovechada para fabricar martillos, mazas, llaves ajustables y otras herramientas para uso en atmósferas explosivas o en presencia de gases inflamables. Aleaciones que imitan la plata Metal de Tonca: aleación compuesta por un 36% de cobre, 28% de níquel y cantidades iguales de estaño, plomo, hierro, zinc y antimonio. Es un metal difícil de fundir, poco dúctil, que se utiliza con poca frecuencia. Mina plata: fabricada con 57% de cobre, 40% de níquel, 3% de tungsteno y trazas de aluminio, tiene la propiedad de no ser atacada por el azufre y presenta propiedades muy similares a la plata. Aleaciones con plomo Para la fabricación de cojinetes y otras piezas sometidas a fricción suelen utilizarse aleaciones de bronce con hasta un 10% de plomo, que le otorga propiedades auto lubricantes. La característica distintiva del plomo es que no forma aleación con el cobre; de allí que queda distribuido de acuerdo a la técnica de fundido en la masa de la aleación, sin mezclarse íntimamente. Por este motivo, el calentamiento excesivo de una pieza de maquinaria construida con este material puede llevar a la "exudación" de plomo que queda aparente como barro o lodo. El reciclaje de estas piezas es también dificultoso, porque el plomo se funde y separa de la aleación mucho antes que el cobre llegue a punto de fusión. Catión Un catión es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica positiva, es decir, ha perdido electrones. Los cationes se describen con un estado de oxidación positivo. Las sales típicamente están formadas por cationes y aniones (aunque el enlace nunca es puramente iónico, siempre hay una contribución covalente). Cationes importantes:     Hidronio o protón hidratado Metales alcalinos y alcalinotérreos: Sodio Potasio Noviembre 2009 Valerio C German     Magnesio Calcio Metales Amoníaco 107 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Cátodo Se denomina cátodo al electrodo negativo de una célula electrolítica hacia el cual se puede transportar electrones al tubo de ensayo. Se dirigen los iones positivos, que por esto reciben el nombre de cationes. El término fue inventado por Faraday (serie VII de las Investigaciones experimentales sobre la electricidad), con el significado de camino descendente o de salida, pero referido exclusivamente al electrolito de una celda electroquímica. Su vinculación al polo negativo del correspondiente generador implica la suposición de que la corriente eléctrica marcha por el circuito exterior desde el polo positivo al negativo, es decir, transportada por cargas positivas, convención que es la usual. Si el conductor externo fuera metálico, está demostrado que el sentido de la corriente realmente es el recorrido por los electrones hacia el positivo. Sin embargo, en una célula electrolítica, el conductor es el electrolito, no un metal, y en él pueden coexistir iones negativos y positivos que tomarían sentidos opuestos al desplazarse. Por convenio se adopta que el sentido de la corriente es el del ánodo al cátodo o, lo que es lo mismo, del positivo al negativo. En el caso de las válvulas termoiónicas, diodos, tiristores, fuentes eléctricas, pilas, etc. el cátodo es el electrodo o terminal de menor potencial y es la fuente primaria de emisión de electrones. Por ende, en una reacción redox corresponde al elemento que se reducirá. Cátodo termoiónico Es un electrodo que, por efecto del calor, emite electrones (efecto termoiónico). Se conecta a la tensión positiva. En las válvulas termoiónicas es la fuente de electrones. El cátodo puede calentarse por sí mismo, haciendo circular por él una corriente de caldeo, o bien puede calentarse por un filamento al que está acoplado térmicamente. Para prolongar la vida de los dispositivos termoiónicos se buscan materiales con gran emisión de electrones a bajas temperaturas, por lo que se emplean aleaciones de torio, wolframio y torio o se recubre el cátodo de óxido de calcio. Cero absoluto El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible. A esta temperatura el nivel de energía del sistema es el más bajo posible, por lo que las partículas, según la mecánica clásica, carecen de movimiento; no obstante, según la mecánica cuántica, el cero absoluto debe tener una energía residual, llamada energía de punto cero, para poder así cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg. El cero absoluto sirve de punto de partida tanto para la escala de Kelvin como para la escala de Rankine. 108 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Así, 0 K (o lo que es lo mismo, 0 R), corresponden, aproximadamente, a la temperatura de 273,15°C o 459,67°F. Según la tercera ley de la termodinámica, el cero absoluto es un límite inalcanzable. La mayor cámara frigorífica actual sólo alcanza los -271 °C. La razón de ello es que las moléculas de la cámara, al llegar a esa temperatura, no tienen energía suficiente para hacer que ésta descienda aún más. La entropía de un cristal ideal puro y perfecto sería cero. Si los átomos que lo componen no forman un cristal perfecto, su entropía debe ser mayor que cero, por lo que la temperatura siempre será superior al cero absoluto y el cristal siempre tendrá imperfecciones inducidas por el movimiento de sus átomos, necesitando un movimiento que lo compense y, por lo tanto, teniendo siempre una imperfección residual. Cabe mencionar que a 0 K absolutamente todas las sustancias se solidificarían y que según el actual modelo del calor, las moléculas perderían toda capacidad de moverse o vibrar. Hasta ahora la temperatura más cercana al cero absoluto ha sido obtenida en laboratorio por científicos del MIT en 2003. Se obtuvo enfriando un gas en un campo magnético hasta medio nano kelvin (5·10 10 K) por encima del cero absoluto. Fenómenos cerca del cero absoluto: Condensado de Bose-Einstein en un átomo de rubidio. El color rojo indica una velocidad elevada, y el blanco-azulado una baja velocidad. La imagen de la derecha es la muestra más fría de las tres Al aproximarse al cero absoluto se pueden producir en algunos materiales ciertos fenómenos, como el Condensado de Bose-Einstein, o algunos superfluidos como el helio II. En 1924, Albert Einstein y el físico hindú Satyendranath Bose, predijeron la existencia de un fenómeno denominado Condensado de Bose-Einstein. En dicho estado, los bosones se agrupan en el mismo estado cuántico de energía. Este fenómeno se confirmó en 1995, y desde entonces se han investigado muchas de sus propiedades. Noviembre 2009 Valerio C German 109 SOLDADURA OXI-GAS 2009 A temperaturas muy próximas al cero absoluto se pueden formar súper fluidos, o incluso frágiles moléculas que no existen a mayores temperaturas para su estudio, entre otros fenómenos. En la actualidad se puede encontrar una aplicación práctica en el acelerador de partículas LHC del CERN. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) alcanza una temperatura de 1,9 K. Los experimentos que se llevarán a cabo en este acelerador de partículas requieren la criogenización de ciertos circuitos para conseguir superconductores. Esto es posible gracias a la combinación de compresores de Helio alimentados con nitrógeno líquido, el cual entra a los circuitos aproximadamente a 80 K (-193,15 °C) para ir bajando de temperatura en su transcurso por el circuito de los 3 compresores. La temperatura más baja alcanzada en el LHC fue de 1,8 K Coalescencia La coalescencia es la capacidad de dos o más materiales de unirse en un único cuerpo. El término es comúnmente utilizado para explicar los fenómenos de soldadura, en particular de metales. Durante la denominada soldadura por fusión, mediante acción térmica, se puede conseguir la coalescencia de granos parcialmente fundidos y formar un único sistema de cristales. El metal fundido permanece en contacto con los bordes de las superficies de unión parcialmente fundidas. A partir de los granos originales (volúmenes tridimensionales de la misma estructura cristalina, pero con distintas direcciones cristalográficas) se produce un crecimiento de solidificación epitaxial que permite la coalescencia cristalina de la unión y que las superficies de los materiales se unan. Compuesto iónico Estructura de un cristal de cloruro de sodio, un típico ejemplo de un compuesto iónico. Las esferas púrpuras son cationes de sodio, y las esferas verdes son aniones de cloruro. 110 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Un compuesto iónico es un compuesto químico formado por dos sustancias con una diferencia significativa en sus electronegatividades. Un ejemplo de un compuesto iónico es NaCl (Sal de mesa); Cuando se forma un compuesto iónico, el elemento que tiene mayor electronegatividad (en este caso Cl) tratará de quitarle electrones al otro con menor electronegatividad (Na) y se convertirán en [[Anión] (-) y [Catión] (+)]. Los electrones quedan "prestados" en la última órbita del Cl y al mismo tiempo en la del Na, haciendo que el Cl complete su octeto [8 electrones, en su última capa], cumpliendo con la Ley del Octeto o Ley de Lewis. Formas: Las sustancias iónicas forman cristales en estado sólido debido a la forma en la que se acomodan las moléculas del compuesto. Esto provoca que sean sólidos frágiles (no se pueden deformar, sólo fracturar). En disoluciones acuosas, los compuestos iónicos se separan en cationes y aniones, y se pegan al elemento con carga opuesta (en este ejemplo: Na+ O-, ClH+) y ocurre una disociación electrolítica, donde el agua se convierte en conductora de electricidad debido al flujo de iones en presencia de una corriente eléctrica. Coque El coque es un combustible obtenido de la destilación de la hulla calentada a temperaturas muy altas en hornos cerrados y a la cual añaden calcita para mejorar su combustión, que la aíslan del aire, y que sólo contiene una pequeña fracción de las materias volátiles que forman parte de la misma. Es producto de la descomposición térmica de carbones bituminosos en ausencia de aire. Cuando la hulla se calienta desprende gases que son muy útiles industrialmente; el sólido resultante es el carbón de coque, que es liviano y poroso. Durante la revolución industrial sustituyó al carbón vegetal como reductor y fuente de energía en los altos hornos, facilitando el desarrollo de la industria siderúrgica, que dependía hasta entonces de un recurso muy limitado como es la leña. Su empleo se popularizó para la calefacción de hogares, pues su combustión no produce humo y es menos contaminante. El carbón de coque es un combustible muy importante para la fabricación del hierro y del acero. El coque es producido en una instalación llamada batería de coque, constituida por una serie de hornos en batería. El proceso de transformación de la hulla en coque, conocido como coquizado, consiste en su horneado durante un tiempo de entre 10 a 24 horas, dependiendo del tamaño del horno. Durante el coquizado se desprenden una serie de gases y líquidos de gran utilidad industrial, hecho por el que muchas plantas procesadoras de coque se centran más en los subproductos que en el propio coque, vendiendo éste a precio de costo. Noviembre 2009 Valerio C German 111 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Cuproníquel El cuproníquel, es una aleación de cobre, níquel y las impurezas de la consolidación, tales como hierro y manganeso. Este metal no se corroe en agua de mar, porque por su naturaleza se ajusta a ella, dada su configuración atómica (potencial de electrodo). Debido a esto se utiliza para hardware de marina, y a veces para los propulsores, los cigüeñales y los cascos de remolcadores superiores, los barcos de pesca y otros. Esta aleación es comúnmente usada en muchas monedas modernas de color plateado. Una mezcla típica es 75% de cobre y 25% de níquel, y una muy pequeña cantidad o rastro de manganeso. Disociación En química, es un proceso general en el cual complejos, moléculas o sales se separan en moléculas más pequeñas, iones o radicales, usualmente de manera reversible. Disociación es lo opuesto de la asociación, síntesis o a la recombinación. Cuando un ácido de BronstedLowry se pone en el agua, un enlace covalente entre un átomo electronegativo y un átomo de hidrógeno se rompe por la fisión heterolítica, lo que da un protón y un ión negativo. El proceso de disociación es frecuentemente confundido con el de ionización. Ductilidad La ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los materiales poco o nada dúctiles se clasifican como frágiles. En otros términos, un material es dúctil cuando la relación entre el alargamiento longitudinal producido por una tracción y la disminución de la sección transversal es muy elevada. En el ámbito de la metalurgia se entiende por metal dúctil aquel que sufre grandes deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto al metal frágil, que se rompe sin apenas deformación. No debe confundirse dúctil con blando, ya que la ductilidad es una propiedad que como tal se manifiesta una vez que el material está soportando una fuerza considerable; esto es, mientras la carga sea pequeña, la deformación también lo será, pero alcanzado cierto punto el material cede, deformándose en mucha mayor medida de lo que lo había hecho hasta entonces pero sin llegar a romperse. En un ensayo de tracción, los materiales dúctiles presentan una fase de fluencia caracterizada por una gran deformación sin apenas incremento de la carga. 112 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Desde un punto de vista tecnológico, al margen de consideraciones económicas, el empleo de materiales dúctiles presenta ventajas: En la fabricación: ya que son aptos para los métodos de fabricación por deformación plástica.  En el uso: presentan deformaciones notorias antes de romperse. Por el contrario, el mayor problema que presentan los materiales frágiles es que se rompen sin previo aviso, mientras que los materiales dúctiles sufren primero una acusada deformación, conservando aún una cierta reserva de resistencia, por lo que después será necesario que la fuerza aplicada siga aumentando para que se provoque la rotura.  La ductilidad de un metal se valora de forma indirecta a través de la resiliencia. La ductibilidad es la propiedad de los metales para formar alambres o hilos de diferentes grosores. Los metales se caracterizan por su elevada ductibilidad, la que se explica porque los átomos de los metales se disponen de manera tal que es posible que se deslicen unos sobre otros y por eso se pueden estirar sin romperse. La ductibilidad es algo muy útil en cobre, hierro, aluminio. Electrón de valencia Los electrones de valencia son los electrones que se encuentran en el último nivel de energía del átomo, siendo éstos los responsables de la interacción entre átomos de distintas especies o entre los átomos de una misma. Estos electrones, conocidos como "de valencia", son los que presentan la facilidad, por así decirlo, de formar enlaces. Estos enlaces pueden darse de diferente manera, ya sea por intercambio de estos electrones, por el compartir de pares entre los átomos en cuestión o por el tipo de interacción que se presenta en el enlace metálico, que consiste en un "traslape" de bandas. Según sea el número de estos electrones, será el número de enlaces que puede formar cada átomo con otro u otros. Electronegatividad La electronegatividad, denotada por el símbolo es una propiedad química que mide la capacidad de un átomo (o de manera menos frecuente un grupo funcional) para atraer hacia él los electrones, o densidad electrónica, cuando forma un enlace covalente en una molécula. La electronegatividad de un átomo determinado está afectada fundamentalmente por dos magnitudes, su masa atómica y la distancia promedio de los electrones de valencia con respecto al núcleo atómico. Esta propiedad se ha podido correlacionar con otras propiedades atómicas y moleculares. Fue Linus Pauling el investigador que propuso esta magnitud por primera vez en el año 1932, como un desarrollo más de su teoría del enlace de valencia. Noviembre 2009 Valerio C German 113 SOLDADURA OXI-GAS 2009 La electronegatividad no se puede medir experimentalmente de manera directa como, por ejemplo, la energía de ionización, pero se puede determinar de manera indirecta efectuando cálculos a partir de otras propiedades atómicas o moleculares. Se han propuesto distintos métodos para su determinación y aunque hay pequeñas diferencias entre los resultados obtenidos todos los métodos muestran la misma tendencia periódica entre los elementos. El procedimiento de cálculo más común es el inicialmente propuesto por Pauling. El resultado obtenido mediante este procedimiento es un número adimensional que se incluye dentro de la escala de Pauling. Escala que varía entre 0,7 para el elemento menos electronegativo y 4,0 para el mayor (el valor para el hidrógeno es de 2,2) Es interesante señalar que la electronegatividad no es estrictamente una propiedad atómica, pues se refiere a un átomo dentro de una molécula y, por tanto, puede variar ligeramente cuando varía el "entorno" de un mismo átomo en distintos enlaces de distintas moléculas. La propiedad equivalente de la electronegatividad para un átomo aislado sería la afinidad electrónica o electroafinidad. Energía cinética La energía cinética de un cuerpo es una energía que surge en el fenómeno del movimiento. Está definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde el reposo hasta la velocidad que posee. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su rapidez. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Los carros de una montaña rusa alcanzan su máxima energía cinética cuando están en el fondo de su trayectoria. Cuando comienzan a elevarse, la energía cinética comienza a ser convertida a energía potencial gravitacional, pero, si se asume una fricción insignificante y otros factores de retardo, la cantidad total de energía en el sistema sigue siendo constante. 114 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Energía de activación ) en química y biología es la energía que necesita un sistema La energía de activación ( antes de poder iniciar un determinado proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima. A medida que las moléculas se aproximan, sus nubes de electrones se repelen. Esto requiere energía (energía de activación) y proviene del calor del sistema, es decir de la energía traslacional, vibracional, etcétera, de cada molécula. Si la energía es suficiente, se vence la repulsión y las moléculas se aproximan lo suficiente para que se produzca una reordenación de los enlaces de las moléculas. La ecuación de Arrhenius proporciona la base cuantitativa de la relación entre la energía de activación y la velocidad a la que se produce la reacción. El estudio de las velocidades de reacción se denomina cinética química. Un ejemplo particular es el que se da en la combustión de una sustancia. Por sí solos el combustible y el comburente no producen fuego, es necesario un primer aporte de energía para iniciar la combustión auto sostenida. Una pequeña cantidad de calor aportada puede bastar para que se desencadene una combustión, haciendo la energía calórica aportada, las veces de energía de activación y por eso a veces a la energía de activación se la llama fuente de ignición. Según el origen de este primer aporte de energía lo clasificamos como:  Químico: La energía química exotérmica desprende calor, que puede ser empleado como fuente de ignición.  Eléctrico: El paso de una corriente eléctrica o un chispazo produce calor.  Nuclear: La fusión y la fisión nuclear producen calor.  Mecánico: Por compresión o fricción, la fuerza mecánica de dos cuerpos puede producir calor. Enlace covalente Enlace covalente no polar hidrógeno y carbono: metano Noviembre 2009 Valerio C German 115 SOLDADURA OXI-GAS 2009 En química, las reacciones entre dos átomos no metales producen enlaces covalentes. Este tipo de enlace se produce cuando existe electronegatividad polar y se forma cuando la diferencia de electronegatividad no es suficientemente grande como para que se efectúe transferencia de electrones. De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. A diferencia de lo que pasa en un enlace iónico, en donde se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro, en el enlace químico covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. En el enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten un electrón, es decir se unen por uno de sus electrones del último orbital, el cual depende del número atómico del átomo en cuestión. Estequiometria En química, la estequiometria es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el transcurso de una reacción química. Estas relaciones se pueden deducir a partir de la teoría atómica, aunque históricamente se enunciaron sin hacer referencia a la composición de la materia, según distintas leyes y principios. El primero que enunció los principios de la estequiometria fue Jeremías Benjamín Richter (1762-1807), en 1792, quien describió la estequiometria de la siguiente manera: La estequiometria es la ciencia que mide las proporciones cuantitativas o relaciones de masa de los elementos químicos que están implicados. Principio: En una reacción química se observa una modificación de las sustancias presentes: los reactivos se consumen para dar lugar a los productos. A escala microscópica, la reacción química es una modificación de los enlaces entre átomos, por desplazamientos de electrones: unos enlaces se rompen y otros se forman, pero los átomos implicados se conservan. Esto es lo que llamamos la ley de conservación de la masa, que implica las dos leyes siguientes: La conservación del número de átomos de cada elemento químico  La conservación de la carga total  Las relaciones estequiometrias entre las cantidades de reactivos consumidos y productos formados dependen directamente de estas leyes de conservación, y están determinadas por la ecuación (ajustada) de la reacción. 116 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Balance de materia Una ecuación química es la representación escrita de una reacción química. Se dice que está ajustada o equilibrada cuando respeta la ley de conservación de la materia, según la cual la suma de los átomos de cada elemento debe ser igual en los reactivos y en los productos de la reacción. Para respetar estas reglas, se pone delante de cada especie química un número denominado coeficiente estequiométrico, que indica la proporción de cada especie involucrada. Por ejemplo, en la reacción de combustión de metano (CH 4), éste se combina con oxígeno molecular (O2) del aire para formar dióxido de carbono (CO 2) y agua. (H2O). La reacción sin ajustar será: En esta ecuación, las incógnitas son a, b, c y d, que son los denominados coeficientes estequiométricos. Para calcularlos, debe tenerse en cuenta la ley de conservación de la materia, por lo que la suma de los átomos de cada elemento debe ser igual en los reactivos y en los productos de la reacción. En el ejemplo, para el elemento hidrógeno (H) hay 4·a átomos en los reactivos y 2·d átomos en los productos. De esta manera se obtiene un sistema de ecuaciones: Hidrógeno: ............................ 4·a = 2·d Oxígeno:................................ 2·b = 2·c + d Carbono:................................ a=c Obteniendo que en este caso es un sistema de ecuaciones indeterminado, con tres ecuaciones y cuatro incógnitas. Para resolverlo, se asigna un valor a una de las variables, obteniendo así una cuarta ecuación, que no debe ser combinación lineal de las demás. Por ejemplo: a=1. Sustituyendo a=1 en la primera ecuación del sistema de ecuaciones, se obtiene d=2.  Sustituyendo a=1 en la tercera ecuación, se obtiene c=1.  Sustituyendo c=1 y d=2 en la segunda ecuación, se obtiene b=2.  Sustituyendo los coeficientes estequiométricos en la ecuación de la reacción, se obtiene la ecuación ajustada de la reacción: Ésta dice que 1 molécula de metano reacciona con 2 moléculas de oxígeno para dar 1 molécula de dióxido de carbono y 2 moléculas de agua. Noviembre 2009 Valerio C German 117 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Al fijar arbitrariamente un coeficiente e ir deduciendo los demás pueden obtenerse valores racionales no enteros. En este caso, se multiplican todos los coeficientes por el mínimo común múltiplo de los denominadores. En reacciones más complejas, como es el caso de las reacciones redox, se emplea el método del ion-electrón. Coeficiente estequiométrico Es el coeficiente de una especie química que le corresponde en una ecuación química dada. En el ejemplo anterior: El coeficiente del metano es 1, el del oxígeno 2, el del dióxido de carbono 1 y el del agua 2. Los coeficientes estequiométricos son en principio, números enteros, aunque para ajustar ciertas reacciones alguna vez se emplean números fraccionarios. Es el número de moles de cada sustancia. Cuando el coeficiente estequiométrico es igual a 1, no se escribe. Por eso, en el ejemplo CH4 y CO2 no llevan ningún coeficiente delante. Mezcla, proporciones y condiciones estequiometrias Cuando los reactivos de una reacción están en cantidades proporcionales a sus coeficientes estequiométricos se dice: La mezcla es estequiométrica;  Los reactivos están en proporciones estequiométricas;  La reacción tiene lugar en condiciones estequiométricas;  Las tres expresiones tienen el mismo significado. En estas condiciones, si la reacción es completa, todos los reactivos se consumirán dando las cantidades estequiometrias de productos correspondientes. Si no en esta forma, existirá el reactivo limitante que es el que está en menor proporción y que con base en él, se trabajan todos los cálculos. Ejemplo: ¿Qué cantidad de oxígeno es necesaria para reaccionar con 100 gramos de carbono produciendo dióxido de carbono? Masa atómica del oxígeno = 15,9994. Masa atómica del carbono = 12,0107. La reacción es: 118 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Para formar una molécula de dióxido de carbono, hacen falta un átomo de carbono y dos de oxígeno, o lo que es lo mismo, un mol de carbono y dos mol de oxígeno. Despejando x: Realizadas las operaciones: Fotón En física moderna, el fotón, es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja, las microondas, y las ondas de radio. El fotón tiene una masa invariante cero, y viaja en el vacío con una velocidad constante. Como todos los cuantos, el fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpúsculo"). Se comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, o en la cancelación por interferencia destructiva de ondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interacciona con la materia para transferir una cantidad fija de energía, que viene dada por la expresión. Donde h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz, y es la longitud de onda. Fundente Se conocen con el nombre de fundente a una amplia gama de productos químicos que se utilizan en los procesos de fusión de los minerales para rebajar el punto de fusión y eliminar parte de la escoria del propio proceso de fusión. También se llaman fundentes a los productos que se usan en los procesos de soldadura para protegerla de la oxidación y otras impurezas que haya en la zona de soldadura así como acelerar el bañado de metales cuando son calentados por la aleación de aportes. Noviembre 2009 Valerio C German 119 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Galvanómetro Instrumento que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. Este término se ha ampliado para incluir los usos del mismo dispositivo en equipos de grabación, posicionamiento y servomecanismos. Origen: La desviación de las agujas de una brújula magnética mediante la corriente en un alambre fue descrita por primera vez por Hans Oersted en 1820. Los primeros galvanómetros fueron descritos por Johann Schweigger en la Universidad de Halle el 16 de septiembre de ese año. De múltiples vueltas de alambre; estos instrumentos fueron denominados "multiplicadores" debido a esta característica de diseño común. El término "galvanómetro", de uso común desde 1836, se deriva del apellido del investigador italiano, Luigi Galvani. Originalmente, los galvanómetros se basaron en el campo magnético terrestre para proporcionar la fuerza para restablecer la dirección de la aguja. Se basaba en la desviación de un haz de luz muy magnificado debido, a corrientes pequeñas. Alternativamente, la deflexión de los imanes suspendidos se podía observar directamente a través de un microscopio. La capacidad de medir cuantitativamente el voltaje y la corriente en los galvanómetros permitió al físico Georg Ohm formular la Ley de Ohm, que establece que el voltaje a través de un conductor es directamente proporcional a la corriente que pasa a través de él. El primer galvanómetro de imán móvil tenía la desventaja de ser afectado por cualquier imán u objeto de hierro colocado en su cercanía, y la desviación de su aguja no era proporcionalmente lineal a la corriente. En 1882, Jacques-Arsène d'Arsonval desarrolló un dispositivo con un imán estático permanente y una bobina de alambre en movimiento, suspendida por resortes en espiral. El campo magnético concentrado y la delicada suspensión hacían de éste un instrumento sensible que podía ser montado en cualquier posición. En 1888, Edward Weston desarrolló una forma comercial de este instrumento, que se convirtió en un componente estándar en los equipos eléctricos. Este diseño es casi universalmente utilizado en medidores de veleta móvil actualmente. 120 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Galvanómetro de comienzos del siglo XX Según el mecanismo interno, los galvanómetros pueden ser de imán móvil o de cuadro móvil. Imán Móvil En un galvanómetro de imán móvil la aguja indicadora está asociada a un imán que se encuentra situado en el interior de una bobina por la que circula la corriente que tratamos de medir y que crea un campo magnético que, dependiendo del sentido de la misma, produce una atracción o repulsión del imán proporcional a la intensidad de dicha corriente. Cuadro Móvil En el galvanómetro de cuadro móvil el efecto es similar, difiriendo únicamente en que en este caso la aguja indicadora está asociada a una pequeña bobina del interior. En el anterior diagrama está representado un galvanómetro de cuadro móvil en el que, en rojo, se aprecia la bobina o cuadro móvil y en verde (la espiral), el resorte que hace que la aguja indicadora vuelva a la posición de reposo una vez que cesa el paso de corriente. En el caso de los galvanómetros térmicos, lo que se pone de manifiesto es el alargamiento producido al calentarse, por el Efecto Joule, al paso de la corriente, un hilo muy fino arrollado a un cilindro solidario con la aguja indicadora. Noviembre 2009 Valerio C German 121 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Lógicamente el mayor o menor alargamiento es proporcional a la intensidad de la corriente. También existen galvanómetros que a su entrada tienen un termopar y también funcionan bajo efecto joule GERMANIO El germanio es un elemento químico con número atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al grupo 4 de la tabla periódica de los elementos. Es un metaloide sólido, duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso, quebradizo, que conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura cristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis. Forma gran número de compuestos órgano-metálicos y es un importante material semiconductor utilizado en transistores y foto-detectores. A diferencia de la mayoría de semiconductores, el germanio tiene una pequeña banda prohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores de baja intensidad. Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y por ello se investiga su sustitución por materiales más económicos. Sus aplicaciones son: Fibra óptica.  Electrónica: radares y amplificadores de guitarras eléctricas  Aleaciones SiGe en circuitos integrados de alta velocidad. También se utilizan compuestos Si/Ge para aumentar la movilidad de los electrones en el silicio (streched silicon)  Óptica de infrarrojos: Espectroscopios, sistemas de visión nocturna y otros equipos.  Lentes, con alto índice de refracción, de ángulo ancho y para microscopios.  En joyería se usa la aleación Au con 12% de germanio.  Como elemento endurecedor del aluminio, magnesio y estaño.  Quimioterapia.  El tetra cloruro de germanio es un ácido de Lewis y se usa como catalizador en la síntesis de polímeros (PET). Grado Celsius  El grado Celsius, símbolo °C, es la unidad creada por Anders Celsius en 1742 para su escala de temperatura. El grado Celsius pertenece al Sistema Internacional de Unidades, con carácter de unidad accesoria, a diferencia del kelvin que es la unidad básica de temperatura en dicho sistema. El grado Celsius se tomó como punto de partida para definir el kelvin, ya que los intervalos de temperatura expresados en ºC y en kelvin tienen el mismo valor. En la actualidad se define a partir del kelvin del siguiente modo: 122 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 La escala de Celsius es muy utilizada para expresar las temperaturas de uso cotidiano, desde la temperatura del aire hasta una gran cantidad de dispositivos domésticos (hornos, freidoras, agua caliente, refrigeración, etc.). También se la utiliza en trabajos científicos y tecnológicos, aunque en muchos casos resulta obligada la utilización de la escala de kelvin) Kelvin El kelvin (símbolo K), es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thompson en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto ( 273,15 °C) y conservando la misma dimensión. William Thompson, quien más tarde sería Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad f nombrada en su honor. Es una de las unidades del Sistema Internacional de Unidades y se corresponde a una fracción de 1/273,16 partes de la temperatura del punto triple del agua. Se representa con la letra "K", y nunca "°K". Su nombre no es el de "grado kelvin", sino simplemente "kelvin"; no se dice "19 grados Kelvin" sino "19 kelvin" o "19 K". Coincidiendo el incremento en un grado Celsius con el de un kelvin, su importancia radica en el 0 de la escala: a la temperatura de 0 K se la denomina cero absoluto y corresponde al punto en el que las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. A la temperatura medida en Kelvin se le llama "temperatura absoluta", y es la escala de temperaturas que se usa en ciencia, especialmente en trabajos de física o química. También en iluminación de vídeo y cine se utilizan los kelvin como referencia de la temperatura de color. Cuando un cuerpo negro es calentado emitirá un tipo de luz según la temperatura a la que se encuentra. Por ejemplo, 1600 K es la temperatura correspondiente a la salida o puesta del sol. La temperatura del color de una lámpara de filamento de tungsteno corriente es de 2800 K. La temperatura de la luz utilizada en fotografía y artes gráficas es 5000 K y la del sol al mediodía con cielo despejado es de 5200 K. La luz de los días nublados es más azul, y es de más de 6000 K. Rankine Se denomina Rankine a la escala de temperatura que se define midiendo en grados Fahrenheit sobre el cero absoluto, por lo que carece de valores negativos. Esta escala fue propuesta por el físico e ingeniero escocés William Rankine en 1859. El grado Rankine tiene su punto de cero absoluto a 459,67 °F y los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit. La relación entre la temperatura en grados Rankine (R) y la temperatura correspondiente en grados Fahrenheit (°F) es: Noviembre 2009 Valerio C German 123 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Cero grados Rankine (0 °R) equivalen a 273,15°C ó 0 K. Para convertir de grados Rankine a Kelvin se multiplica por un factor de 9/5: Usado comúnmente en EE.UU como medida de temperatura termodinámica. Aunque en la comunidad científica las medidas son efectuadas según el Sistema Internacional de Unidades, por tanto la temperatura es medida en Kelvin (K). Grado Fahrenheit El grado Fahrenheit (representado como °F) es una escala de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala se establece entre las temperaturas de congelación y evaporación del agua, que son 32°F y 212°F, respectivamente. El método de definición es similar al utilizado para el grado Celsius. "Colocando el termómetro en una mezcla de sal de amonio o agua salada, hielo y agua, encontré un punto sobre la escala al cual llamé cero. Un segundo punto lo obtuve de la misma manera, si la mezcla se usa sin sal. Entonces denoté este punto como 30. Un tercer punto, designado como 96, fue obtenido colocando el termómetro en la boca para adquirir el calor del cuerpo humano." Hojalata La hojalata, es un producto laminado plano, constituido por acero y carbono (entre 0.03% y 0.13% de carbono), recubierto por una capa de estaño. La forma en que está compuesta, o constituida la hojalata, es la siguiente: (Del exterior al interior):      Película de aceite Película de pasivación Estaño libre Aleación Fe Sn2 Acero libre 124 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Se trata de un material ideal para la fabricación de envases metálicos, debido a que combina la resistencia mecánica y la capacidad de conformación del acero, con la resistencia a la corrosión del estaño. Se trata de un material ideal para la fabricación de productos tales como: tapones, manijas, tapaderas y recipientes metálicos para alimentos, productos sintéticos, aceites y derivados. Impedancia La impedancia es una magnitud que establece la relación (cociente) entre la tensión y la intensidad de corriente. Tiene especial importancia si la corriente varía en el tiempo, en cuyo caso, ésta, la tensión y la propia impedancia se describen con números complejos o funciones del análisis armónico. Su módulo (a veces impropiamente llamado impedancia) establece la relación entre los valores máximos o los valores eficaces de la tensión y de la corriente. La parte real de la impedancia es la resistencia y su parte imaginaria es la reactancia. El concepto de impedancia generaliza la ley de Ohm en el estudio de circuitos en corriente alterna (AC). El término fue acuñado por Oliver Heaviside en 1886. En general, la solución para las corrientes y las tensiones de un circuito formado por resistencias, condensadores e inductancias y sin ningún componente de comportamiento no lineal, son soluciones de ecuaciones diferenciales. Pero, cuando todos los generadores de tensión y de corriente tienen la misma frecuencia constante y sus amplitudes son constantes, las soluciones en estado estacionario (cuando todos los fenómenos transitorios han desaparecido) son sinusoidales y todas las tensiones y corrientes tienen la misma frecuencia que los generadores y amplitud constante. La fase, sin embargo, se verá afectada por la parte compleja (reactancia) de la impedancia. El formalismo de las impedancias consiste en unas pocas reglas que permiten calcular circuitos que contienen elementos resistivos, inductivos o capacitivos de manera similar al cálculo de circuitos resistivos en corriente continua. Esas reglas sólo son válidas en los casos siguientes: Si estamos en régimen permanente con corriente alterna sinusoidal. Es decir, que todos los generadores de tensión y de corriente son sinusoidales y de la misma frecuencia, y que todos los fenómenos transitorios que pueden ocurrir al comienzo de la conexión se han atenuado y desaparecido completamente.  Noviembre 2009 Valerio C German 125 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Si todos los componentes son lineales. Es decir, componentes o circuitos en los cuales la amplitud (o el valor eficaz) de la corriente es estrictamente proporcional a la tensión aplicada. Se excluyen los componentes no lineales como los diodos.  Si el circuito contiene inductancias con núcleo ferro magnético (que no son lineales), los resultados de los cálculos sólo podrán ser aproximados y eso, a condición de respetar la zona de trabajo de las inductancias.  Cuando todos los generadores no tienen la misma frecuencia o si las señales no son sinusoidales, se puede descomponer el cálculo en varias etapas en cada una de las cuales se puede utilizar el formalismo de impedancias. Inconel Inconel es una marca comercial, que se refiere a una familia de austeníticos níquel-cromo basado en súper aleaciones, se utilizan normalmente en aplicaciones de altas temperaturas. Los nombres comerciales comunes para Inconel incluyen: Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 y Nicrofer 6020. Cada aleación tiene sus propias composiciones, pero todas tienen en mayor o menor medida níquel y cromo. Inductancia En un Inductor o bobina, se denomina inductancia, L, a la relación entre el flujo magnético, y la intensidad de corriente eléctrica, I: El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente I exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas. Esta definición es de poca utilidad porque es difícil medir el flujo abrazado por un conductor. En cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso sólo a través del voltaje V inducido en el conductor por la variación del flujo. Con ello llegamos a una definición de inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión: 126 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 El signo de la tensión y de la corriente son los siguientes: si la corriente que entra por la extremidad A, del conductor, y que va hacia la otra extremidad, aumenta, la extremidad A, es positiva con respecto a la opuesta. Esta frase también puede escribirse al revés: si la extremidad A, es positiva, la corriente que entra por A, aumenta con el tiempo. La inductancia siempre es positiva, salvo en ciertos circuitos electrónicos especialmente concebidos para simular inductancias negativas. De acuerdo con el Sistema Internacional de Medidas, si el flujo se expresa en weber y la intensidad en amperio, el valor de la inductancia vendrá en henrio (H). Los valores de inductancia prácticos van de unos décimos de H, para un conductor de 1 milímetro de largo hasta varias decenas de miles de Henrios para bobinas hechas de miles de vueltas alrededor de núcleos ferro magnéticos. El término "inductancia" fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero de 1886, mientras que el símbolo L se utiliza en honor al físico Heinrich Lenz. Interacción electrostática La interacción electrostática o la fuerza eléctrica es la responsable de la atracción o repulsión entre objetos con carga eléctrica. Establece que dos cargas del mismo signo se repelen, mientras que dos cargas de signos opuestos se atraen. En el siglo XVIII, el físico francés Charles de Coulomb, demostró que la intensidad de la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Siendo la constante de proporcionalidad solamente dependiente del medio en el que se encuentran las cargas. La dirección de la fuerza es la de la recta que une ambas cargas. Se tiene por tanto para el modulo de la fuerza la siguiente fórmula: Donde: F es la fuerza. qi (i =1,2) son las dos cargas. r es la distancia que separa ambas cargas. K es la constante de proporcionalidad. Noviembre 2009 Valerio C German 127 SOLDADURA OXI-GAS 2009 IONES Iones buenos para la salud: los negativos. Según el tipo de iones que predominen en la atmósfera, podemos sentir bienestar o malestar El aire contiene: 1.- Moléculas de nitrógeno, oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono, etc. Estas moléculas pueden dar lugar a iones. Los iones positivos y negativos existen normalmente en el aire que respiramos y en una atmósfera equilibrada, es decir, sana, están en una proporción de uno a cuatro respectivamente. Se producen espontáneamente en la naturaleza por diferentes razones: radiaciones cósmicas, por saltos de agua, por fenómenos meteorológicos (tormentas, rayos, vientos, etc.), por radiaciones de la tierra y por otras muchas causas. Es una electricidad presente en la atmósfera de la tierra y necesaria para la vida ya que, según numerosas experimentaciones hechas con animales y plantas en atmósfera sin electricidad estática, los animales mueren al poco tiempo y las plantas no crecen. 2.- "Iones grandes" o pesados, que no son más que aglomeraciones eléctricas alrededor de granos de polvo o humo, a los que también se les llama lentos por su escasa movilidad. 3.- Polvo atmosférico que se compone generalmente de un tercio de materias orgánicas y dos tercios de materias inorgánicas. Las orgánicas se originan de los desechos de los tejidos y restos vegetales y de alimentos y las inorgánicas están formadas por hierro, carbón, sílice, sustancias terrosas provenientes del desgaste de las calles, etc. Los iones influyen notablemente en nuestros procesos biológicos y psíquicos. La ionización del aire es fundamental en la creación y mantenimiento de la vida en la Tierra y existen factores que alteran drásticamente la proporción de iones de uno y otro signo. La ionización positiva del aire es perjudicial para el ser humano, los animales y las plantas. A todas las personas, en mayor o menor grado, nos afecta este desequilibrio ya que puede provocarnos cansancio, dolor de cabeza, tendencia a la depresión, irritabilidad, insomnio.... El exceso de iones positivos se da normalmente en las ciudades debido a que la contaminación atmosférica destruye los iones negativos, pero en el campo y en las montañas abundan los iones negativos. Los iones positivos se forman por la acción de los rayos ultravioleta del sol, y por los rayos cósmicos. También se suelen producir por fricción de masas de aire entre sí, siendo el fenómeno especialmente notable en las horas anteriores a una tormenta. 128 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Los días húmedos o polvorientos hay exceso de iones positivos porque los iones negativos desaparecen al adherirse al polvo y al agua. Existen fuentes artificiales que también los producen como: la contaminación atmosférica, las pantallas de TV (un televisor puede llegar a producir un campo de 20.000 voltios), las pantallas de computadoras, las fibras sintéticas... En las casas hay además aparatos eléctricos que producen campos estáticos que generan iones positivos. La ionización negativa del aire, por el contrario, produce relajación y aumenta el rendimiento corporal y psíquico. Pero el efecto más importante es la reducción del stress debido a que los iones negativos reducen la Serotonina, una hormona, llamada por los médicos "la hormona del stress". Los iones negativos se forman por las descargas eléctricas de los rayos, por la función clorofílica de las plantas y por la emisión de la radiactividad natural de la tierra. Por eso las zonas montañosas son lugares de especial ionización negativa, porque los estratos rocosos son más radiactivos que la corteza común. Una importantísima fuente de ionización negativa es el agua en movimiento (duchas, fuentes, saltos, cascadas, la orilla del mar) porque cuando el agua choca y la gota se divide, la parte más volátil del agua, que es la que se respira, queda cargada negativamente (Efecto Lenard). Actualmente se puede conseguir artificialmente un flujo constante de iones negativos ("Efecto Corona" o "Efecto de las Puntas") utilizando aparatos ionizadores. Isotropía En física, la isotropía, es la característica de los cuerpos cuyas propiedades físicas no dependen de la dirección en que se midan. Es decir, se refiere al hecho de que ciertas magnitudes vectoriales conmensurables, dan resultados idénticos con independencia de la dirección escogida para dicha medida. Cuando una determinada magnitud no presenta isotropía decimos que presenta anisotropía. En matemáticas, la isotropía se refiere a una propiedad geométrica de invariancia en una variedad diferenciable Latón El latón, es una aleación de cobre y zinc que se realiza en crisoles o en un horno de reverbero o de cubilote. Las proporciones de Cobre y Zinc se pueden variar para crear un rango de latones con propiedades variables. En los latones industriales el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior al 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundición, forja, estampación y mecanizado. Noviembre 2009 Valerio C German 129 SOLDADURA OXI-GAS 2009 En frío, los lingotes obtenidos pueden transformarse en láminas de diferentes espesores, varillas o cortarse en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad también depende de su composición. En general, la densidad del latón ronda entre 8,4g / cm3 y 8,7g / cm3. En cambio, el bronce es principalmente una aleación de cobre con estaño, No obstante, algunos tipos de latones son denominados bronces. El latón es una aleación de sustitución, la cual es usada para decoración debido a su brillo de apariencia similar al del oro, para aplicaciones donde se requiere baja fricción, tales como cerraduras, válvulas, etc. Para fontanería y aplicaciones eléctricas, y extensamente en instrumentos musicales como trompetas y campanas, además de platillos de bajo costo, por sus propiedades acústicas. El latón es conocido por los humanos desde épocas prehistóricas, incluso antes de que el mismo zinc fuese descubierto. Éste se producía por la mezcla de cobre junto con calamina, una fuente natural de zinc. En las villas alemanas de Breinigerberg un antiguo sitio romano se descubrió el lugar donde existía una mina de calamina. Durante el proceso de mezclado, el zinc es extraído de la calamina y mezclado con el cobre. El zinc puro, por otra parte, tiene un bajísimo punto de fusión como para haber sido producido por las antiguas técnicas del trabajo del metal. Maleabilidad La maleabilidad es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos al ser labrados por deformación. Se diferencia de aquella en que mientras la ductilidad se refiere a la obtención de hilos, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa. Es una cualidad que se encuentra opuesta a la ductilidad puesto que en la mayoría de los casos no se encuentran ambas cualidades en un mismo material. También presenta esta característica, en mayor medida, el aluminio, habiéndose popularizado el papel de aluminio como envoltorio conservante para alimentos así como en la fabricación de empaques tetra-brick. Meta-estabilidad Un sistema meta-estable con un estado débilmente estable (1), un estado inestable de transición (2) y un estado fuertemente estable (3). 130 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 La Meta-estabilidad es la propiedad que un sistema con varios estados de equilibrio tiene de exhibir durante un considerable espacio de tiempo un estado de equilibrio débilmente estable. Sin embargo, bajo la acción de perturbaciones externas (a veces no fácilmente detectables) dichos sistemas exhiben una evolución temporal hacia un estado de equilibrio fuertemente estable. Normalmente la Meta-estabilidad es debida a transformaciones de estado lentas. Si representamos un sistema físico-químico por su energía potencial, un estado meta-estable estará caracterizado por un estado que corresponde a un pseudo-mínimo de energía. Para que el sistema pueda alcanzar el estado de energía mínima que corresponde al estado de equilibrio termodinámico, es necesario suministrarle una cantidad de energía llamada energía de activación. Meta-estabilidad química Por ejemplo, a temperatura ambiente los diamantes son meta-estables porque la transformación a su forma estable, el grafito, es extremadamente lenta. A mayores temperaturas, la tasa de transformación se incrementa y el diamante se convierte en grafito. La martensita es una fase meta-estable que se utiliza en el control de la dureza de la mayoría de los aceros mediante las transformaciones martensíticas. Metaestabilidad física En física, Un estado metaestable es un estado que es un mínimo local de energía, que no es totalmente estable bajo perturbaciones del sistema por encima de cierta magnitud. El agua en sobrefusión. Las gotas de agua pura en suspensión en un aire también muy puro no se congelan a los 0 °C, sino que siguen en estado líquido hasta alcanzar los - 39 °C. Este estado de sobrefusión cesa bruscamente cuando la gota entra en contacto con un cuerpo externo (como un cristal de hielo). Para un isótopo radioactivo, el estado de inestabilidad está caracterizado por el período radiactivo de desintegración, más o menos largo (abarcando desde minutos hasta varios siglos e incluso millones de años). Monel El monel, es una aleación de cobre y níquel, conteniendo un 63% de níquel. Monel es el nombre que se asigna a las aleaciones comerciales con proporciones, de 2 a1, de níquel y cobre. Es más duro que el cobre y extremadamente resistente a la corrosión. La conductividad térmica del monel aunque es menor que la del níquel es significativamente mayor que la de las aleaciones de níquel que contienen grandes cantidades de cromo o hierro. Posee mayor resistencia que el níquel al ácido sulfúrico y al agua. Noviembre 2009 Valerio C German 131 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Debido a su buena conductividad térmica y resistencia a la corrosión se utiliza frecuentemente en intercambiadores de calor. En anteojos se utiliza para varillas, puentes y partes delanteras, y con menor frecuencia para aros, permite soldaduras muy resistentes y un acabado que no se desgasta. Normalizado Los aceros que han sufrido una deformación en frío, presentan una micro estructura perlítica, con tamaños de grano relativamente grandes y de forma irregular. Mediante le tratamiento de normalizado se afina el grano disminuyendo su tamaño medio y consiguiendo al mismo tiempo mayor uniformidad de este tamaño de grano. La primera fase consiste en un calentamiento a una temperatura de unos entre 20 y 40ºC por encima de la temperatura crítica superior. Posteriormente se mantiene la pieza a esta temperatura hasta conseguir transformar la ferrita en austenita y el tratamiento concluye con un enfriamiento al aire. Orbital Molecular En química cuántica, los orbitales moleculares son los orbitales (funciones matemáticas que describen los estados de los electrones), que pueden tener en las moléculas. Los orbitales moleculares se construyen por combinación lineal de orbitales atómicos. El orbital molecular enlazante descrito para la molécula de hidrógeno, que tiene forma elipsoidal (simétrico respecto al eje de unión de los dos núcleos), recibe el nombre de orbital molecular s (sigma) y el enlace covalente resultante, enlace s. Análogamente el orbital molecular anti enlazante correspondiente, recibe el nombre de orbital s (sigma estrella o sigma asterisco). Pantógrafo Instrumento que consta de un paralelogramo articulado con dos de sus lados adyacentes prolongados, uno de los cuales se fija por un solo punto en la mesa, que sirve para copiar, ampliar o reducir un plano o dibujo. Pasivación La pasivación, se refiere a la formación de una película relativamente inerte, sobre la superficie de un material (frecuentemente un metal), que lo enmascara o lo protege, en contra de la acción de agentes externos. Aunque la reacción entre el metal y el agente externo sea termodinámicamente factible a nivel macroscópico, la capa o película pasivante no permite que éstos puedan interactuar, de tal manera que la reacción química o electroquímica, se ve reducida o completamente impedida. 132 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 La pasivación no debe ser confundida con la inmunidad, en la cual el metal base es por sí mismo resistente a la acción de los medios corrosivos, por ejemplo el oro y el platino, que no se oxidan fácilmente y por eso se les llama metales nobles. En muchos casos, la formación de esta película pasivante es espontánea, cuando el metal entra en contacto con el agente externo. Un ejemplo clásico es el aluminio. Cuando una superficie de este metal entra en contacto con el aire ambiental, la parte más externa del objeto se oxida espontáneamente para formar una capa transparente e impermeable de alúmina Al2O3 tipo cerámica, muy congruente y adherente. Por esta razón, aunque el aluminio es termodinámicamente muy reactivo, la capa pasivante lo protege de manera muy efectiva en contra de la corrosión a condiciones ordinarias. Otro caso típico es el acero inoxidable. Como resultado de sus contenidos de cromo, esta aleación, forma naturalmente una capa de óxido de algunos Angstrom (medida de longitud que se usa para medir distancias entre átomos y moléculas) Pudelar La pudelación, también llamada pudelado o pudelaje, es una técnica de refinado del hierro que se produce en los altos hornos, mediante la que se consigue rebajar el contenido de carbono hasta un porcentaje muy bajo y, sobre todo, eliminar casi todo el azufre, por lo que el hierro resultante ya es hierro forjado. Durante la pudelación, el metal fundido se remueve o bate dentro de un horno de reverbero, para conseguir airearlo. Así, el carbono y el azufre consiguen arder, con lo que resulta un metal más puro y de mejores propiedades mecánicas. La torre Eiffel o el armazón original de la Estatua de la Libertad son algunas de las construcciones realizadas con este material, que no sería sustituido por el acero hasta finales del siglo XIX. La palabra pudelación procede del inglés puddle, que significa remover. En la obra de Julio Verne, Los quinientos millones de la Begún , se puede encontrar una descripción literaria pero precisa de este proceso. Reactancia Se denomina Reactancia a la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) o capacitores (condensadores) y se mide en Ohms. La reactancia capacitiva se representa por y su valor viene dado por la fórmula: Noviembre 2009 Valerio C German 133 SOLDADURA OXI-GAS 2009 En electrónica se usan además de transistores, tres tipos básicos de componentes: resistencias, condensadores y bobinas. Estos dos últimos, son las que tienen que ver con la reactancia. Cuando circula corriente alterna por alguno de estos dos elementos que contienen reactancia, la energía es alternativamente almacenada y liberada en la forma de campo magnético (Bobinas) o eléctrico (Condensadores). Esto produce un adelanto o atraso entre la onda de corriente y la onda de tensión. Este desfasaje hace disminuir la potencia entregada a una carga resistiva conectada luego de la reactancia sin consumir energía. Recocido El recocido es el tratamiento térmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero, regenerar la estructura de aceros sobrecalentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en frío. Recocido de Regeneración: También llamado normalizado, tiene como función regenerar la estructura del material producido por temple o forja. Se aplica generalmente a los aceros con más del 0.6% de C, mientras que a los aceros con menor porcentaje de C sólo se les aplica para afinar y ordenar su estructura. Ejemplo: Después de un laminado en frío, donde el grano queda alargado y sometido a tensiones, dicho tratamiento devuelve la micro estructura a su estado inicial. Recocido de Globulización Usado en aceros hipoeutectoides para ablandarlos después de un anterior trabajo en frío. Por lo general se desea obtener globulización en piezas como placas delgadas que deben tener alta embutición y baja dureza. Los valores más altos de embutición por lo general están asociados con la micro estructura globulizada que solo se obtiene en un rango entre los 650 y 700 grados centígrados. Temperaturas por encima de la crítica producen formación de austenita que durante el enfriamiento genera perlita, ocasionando un aumento en la dureza no deseado. Por lo general piezas como las placas para botas de protección deben estar globulizadas para así obtener los dobleces necesarios para su uso y evitar rompimiento o agrietamiento. Finalmente son templadas para garantizar la dureza. Es usado para los aceros hipereutectoides, es decir con un porcentaje mayor al 0,89 % de C, para conseguir la menor dureza posible que en cualquier otro tratamiento, mejorando la maquinabilidad de la pieza. La temperatura de recocido está entre AC3 y AC1. Ej.: El ablandamiento de aceros aleados para herramientas de más de 0.8% de C. 134 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Recocido de Sub-crítico Para un acero al carbono hipoeutectoide: La micro estructura obtenida en este tratamiento varía según la temperatura de recocido. Por lo general las que no excedan los 600 grados liberarán tensiones en el material y ocasionaran algún crecimiento de grano (si el material previamente no fue templado), generalmente mostrando Ferrita-Perlita. Por encima de los 600°C y bajo los 723°C, se habla de recocido de globulización puesto que no sobrepasa la temperatura crítica. En este caso no hay grano de perlita, los carburos se esferoidizan y la matriz es totalmente ferrítica. Se usa para aceros de forja o de laminación, para lo cual se usa una temperatura de recocido inferior a AC1, pero muy cercana. Mediante este procedimiento se destruyen las tensiones internas producidas por su moldeo y mecanización. Comúnmente es usado para aceros aleados de gran resistencia, al Cr-Ni, Cr-Mo, etc. Este procedimiento es mucho más rápido y sencillo que los antes mencionados, su enfriamiento es lento. Resiliencia (desambiguación) Resiliencia (del verbo latino resilio, resilire: saltar hacia atrás, rebotar ) depende del contexto en que se tome:  La resiliencia (ingeniería), es una magnitud que cuantifica la cantidad de energía por unidad de volumen que almacena un material al deformarse elásticamente debido a una tensión aplicada.  La resiliencia (en ecología), se refiere a la capacidad de las comunidades de absorber (en el sentido de soportar) perturbaciones;  La resiliencia (en psicología), se refiere a la capacidad de las personas o grupos para sobreponerse al dolor emocional para continuar con su vida. Revenido El revenido o recocido es un tratamiento térmico que sigue al de templado del acero. Tiene como fin reducir las tensiones internas de la pieza originadas por el temple o por deformación en frío. Mejora las características mecánicas reduciendo la fragilidad, disminuyendo ligeramente la dureza, esto será tanto más pronunciado cuanto más elevada sea la temperatura de revenido. Noviembre 2009 Valerio C German 135 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Características generales del revenido  Es un tratamiento que se da después del temple  Se da este tratamiento para ablandar el acero  Elimina las tensiones internas  La temperatura de calentamiento está entre 150 ºC y 500 ºC (debe ser inferior a AC1, porque por encima se revertiría el temple previo)  El enfriamiento puede ser al aire o en aceite El revenido se hace en tres fases: 1. Calentamiento a una temperatura inferior a la crítica. 2. Mantenimiento de la temperatura, para igualarla en toda la pieza. 3. Enfriamiento, a velocidad variable. No es importante, pero no debe ser excesivamente rápido. Calentamiento El calentamiento se suele hacer en hornos de sales. Para los aceros al carbono de construcción, la temperatura de revenido está comprendida entre 450°C a 600°C, mientras que para los aceros de herramientas la temperatura de revenido es de 200°C a 350°C. En esta fase la martensita, a la que se llega con el temple expulsa el exceso de carbono. Mantenimiento de la temperatura La duración del revenido a baja temperatura es mayor que a las temperaturas más elevadas, para dar tiempo a que sea homogénea la temperatura en toda la pieza. Enfriamiento La velocidad de enfriamiento del revenido no tiene influencia alguna sobre el material tratado cuando las temperaturas alcanzadas no sobrepasan las que determinan la zona de fragilidad del material; en este caso se enfrían las piezas directamente en agua. Si el revenido se efectúa a temperaturas superiores a las de fragilidad, es conveniente enfriarlas en baño de aceite caliente a unos 150°C y después al agua, o simplemente al aire libre. Revenido del acero rápido Se hace a la temperatura de 500°C a 600°C en baño de plomo fundido o de sales. El calentamiento debe ser lento, el mantenimiento del caldeo será por lo menos de media hora; finalmente se deja enfriar al aire. Dos revenidos sucesivos mejoran las características mecánicas y las de corte de los aceros rápidos. 136 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 Temple El acero, en mayor proporción que cualquier otro metal, tiene la propiedad de aumentar su tenacidad y dureza cuando luego de calentado al rojo vivo se lo enfría repentinamente. En cambio, con el enfriamiento lento disminuye la dureza y aumenta la maleabilidad. Endurecimiento del acero El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad. El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 790°C y 830°C, lo cual se identifica cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero, la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frágil. Bonificado: Temple y revenido Después que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frágil, lo que impide su manejo, pues se rompe con el mínimo golpe debido a la tensión interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda el temple del acero (en algunos textos a este proceso se le llama revenido y al endurecido temple). Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (ver tabla), para después enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizó para endurecerla. Noviembre 2009 Valerio C German 137 SOLDADURA OXI-GAS 2009 Tabla de temperaturas para revenido de acero endurecido Color Grados C Tipos de aceros Paja claro 220 Herramientas como brocas, machuelos Paja mediano 240 Punzones dados y fresas Paja obscuro 255 Cizallas y martillos Morado 270 Árboles y cinceles para madera Azul obscuro 300 Cuchillos y cinceles para acero Azul claro 320 Destornilladores y resortes Tratamiento térmico Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales u otros sólidos con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos. 138 Noviembre 2009 Valerio C German SOLDADURA OXI-GAS 2009 BIBLIOGRAFÍA Autor desconocido (2004) Introducción a los procesos de soldeo Autor desconocido (2005) Teoría del oxi-acetileno Autor desconocido (2006) Mecanismos de fisuración en soldadura Calderón Celis Julia Marilú (2004) Modelo ULIRAM para determinar nuevas composiciones químicas para materiales de aporte. Carabali Loboa Jonny Leicer (2006) Welding Process in the Engineering Carito (2006) UMSS Facultad de Ciencias y Tecnología Ing. Mecánica Tecnología Mecánica II Procesos de unión y ensamble por soldadura. CONCOA (2006) Sopletes de corte y soldadura manuales y aditamentos de corte Esparza Félix (2002) Combustibles sólidos líquidos y gaseosos. Bomberos de Navarra F. 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