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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGIA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN – BARCELONA, MATURIN

SOLDABILIDAD DE LAS FUNDICIONES

Autores: Assi, Hamid – C.I: 26.975.304 Gil, Fernando – C.I: 26.516.641 Gomez, Rafael – C.I: 25.589.090 Docente: Palma, Amalia Asignatura: Soldadura

Noviembre del 2020.

ÍNDICE SOLDABILIDAD DE LAS FUNDICIONES ............................................................... 1 Fundición ............................................................................................................. 1 Propiedades de las fundiciones ........................................................................... 1 Fundición gris ....................................................................................................... 1 Fundiciones .......................................................................................................... 2 Soldadura por arco con electrodo revestido ......................................................... 3 Soldadura autógena ............................................................................................. 3 Biselado ............................................................................................................... 4 Precalentamiento ................................................................................................. 4 Soldadura de fundiciones ..................................................................................... 4 Aleaciones de aluminio ........................................................................................ 5 Temperatura de fusión del aluminio ..................................................................... 5 Conductividad térmica.......................................................................................... 5 Procesos de soldeo.............................................................................................. 5 Limpieza y preparación de las superficies antes del soldeo ................................ 6 LA SOLDABILIDAD DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ................................... 6 SOLDABILIDAD DE LOS METALES SECUNDARIOS ........................................... 8 Aceros al carbono ................................................................................................ 8 Aceros inoxidables ............................................................................................... 8 Hierro fundido ...................................................................................................... 8 Metales de bajo punto de fusión .......................................................................... 8 Aluminio y magnesio ............................................................................................ 8 Aleaciones con base de cobre ............................................................................. 8 Níquel................................................................................................................... 8 Titanio y zirconio .................................................................................................. 9

SOLDABILIDAD DE LAS FUNDICIONES Fundición Proceso de obtener piezas a partir de licuación de metales (aleación) que luego pasara a un proceso de solidificación y tomara la forma deseada. Las fundiciones están constituidas por elementos como hierro, carbono, silicio, además de magnesio, fosforo, azufre, etc. Las fundiciones no son sometidas a procesos de deformación plásticas ya que no poseen propiedades dúctiles para que se produzca este cometido. Propiedades de las fundiciones 

Buena resistencia a la compresión.

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Baja resistencia a la tracción.



Resistencia a las vibraciones.



Fragilidad.

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Moldeabilidad en caliente.



Resistencia al desgaste. Fundición gris

El hierro fundido, hierro colado, más conocido como fundición gris, es un tipo de aleación cuyo tipo más común es el conocido como hierro fundido gris. El hierro gris es uno de los materiales ferrosos más empleados y su nombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleación ferrosa contiene en general más de 2 % de carbono y más de 1 % de silicio, además de manganeso, fósforo y azufre. Una característica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como “hojuelas”. Este grafito es el que da la coloración gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material.

Fundiciones Como preámbulo cabe señalar que las fundiciones o hierros fundidos o las conocidas aleaciones “cast iron” generalmente son asociadas a fundiciones grises, pero en realidad identifican a un grupo grande de aleaciones ferrosas. El color de una superficie fracturada puede ser usado para identificarla de manera global, así, un color blanco identifica a una fundición blanca debido a su carburo e impurezas, y el hierro fundido gris tiene una variedad de composiciones, pero por lo general es tal que la estructura de la matriz es principalmente perlita con copos de grafito dispersos. El Hierro (Fe) representa más del 95% en peso del material de la aleación, mientras que el principal elemento de aleación es el carbono (C), seguido del silicio (Si). El hierro fundido tiende a ser frágil, con excepción de los hierros fundidos maleables. Gracias a su bajo punto de fusión, buena fluidez, colado, excelente maquinabilidad, resistencia a la deformación y resistencia al desgaste, las fundiciones de hierro se han convertido en un material de ingeniería con una amplia gama de aplicaciones, incluyendo tuberías, máquinas y partes de la industria automotriz, como cabezas de cilindros, bloques de cilindros, y los housing de cajas de cambios, housing de bombas, tambores de freno, entre otras. Es resistente a la destrucción y debilitamiento por corrosión. La fundición gris tiene una capacidad muy baja para doblar y baja ductibilidad. La ductilidad es baja debido a la presencia de los copos de grafito que actúan como discontinuidades. En la mayoría de los procesos de soldadura el ciclo de calentamiento y enfriamiento crea la expansión y contracción de la aleación, lo que crea tensiones de tracción durante el período de contracción. Por esta razón, la fundición gris es difícil de soldar sin precauciones especiales. Por otra parte, el hierro fundido dúctil como el hierro maleable, hierro dúctil y hierro nodular pueden ser exitosamente soldadas. Para obtener los mejores resultados, estos tipos de fundiciones de hierro, deberán estar soldadas en estado recocido.

Soldadura por arco con electrodo revestido En la preparación de la pieza de fundición para la soldadura es necesario eliminar todos los materiales extraños de la superficie, y limpiar completamente el área de la soldadura, esto significa quitar pintura, grasa, aceite y otros materiales indeseables de la zona de soldadura. Es conveniente calentar el área de soldadura por un corto tiempo para eliminar el gas atrapado en el defecto(s) o la zona de soldadura del metal base. Se recomienda biselar la zona afectada en V, con un ángulo entre 60-90° se debe utilizar soldaduras de penetración completa para que la grieta o defecto se elimine completamente, dado que el defecto puede volver a aparecer en condiciones de servicio. Soldadura autógena El proceso de gas combustible-oxígeno es a menudo usado para la soldadura de hierro fundido. La llama debe ser neutra. Hay dos tipos de metales de relleno que están disponibles: Las barras de hierro fundido (RCI y A y B) y las barras de zinc-cobre (RCuZn-B y C). Las soldaduras realizadas con las varillas de hierro fundido adecuadas serán tan fuertes como el metal base. La clasificación RCI se utiliza para la fundición gris ordinaria. La varilla RCI-A tiene pequeñas cantidades de la aleación y se utiliza para la aleación de hierro fundido de alta resistencia y la RCI-B se utiliza para la soldadura de hierro fundido nodular y maleable. El procedimiento de soldadura debe ser óptimo y se debe preparar bien la junta, y tener presente el precalentamiento, y postcalentamiento. Las barras de zinccobre producen soldaduras de bronce. Hay dos clasificaciones: RCuZn-B, y RCuZn C- El bronce depositado tiene ductilidad relativamente alta. Se recomienda emplear la varilla que trae el fundente extruido en ella como revestimiento, de lo contrario emplear desoxidante, así se mantendrá el baño de fusión limpio y fluido, de lo contario se formaran óxidos de difícil fusión que dificultan la operación y provocan inclusiones y sopladuras. Hay que recordar emplear el metal de aporte adecuado y procurar que las piezas se enfríen

lentamente, de lo contrario se puede formar una fundición blanca en la zona del cordón, con lo que éste quedará duro, frágil y de muy difícil mecanización. Biselado La herramienta de biselado le permite crear esquinas chanfleadas o redondeadas. El biselado es un efecto que suaviza los bordes y las esquinas. Las aristas del mundo real son raramente perfectamente afiladas. Ni siquiera un cuchillo puede considerarse como perfectamente afilado. La mayoría de las aristas son biseladas intencionalmente por razones prácticas y mecánicas. Precalentamiento El precalentamiento es conveniente para la soldadura con cualquiera de los procesos de soldadura. Esto puede ser reducido cuando se utiliza material de aporte muy dúctil. El Precalentamiento reducirá el gradiente térmico entre la soldadura y el resto de la pieza. Las temperaturas de precalentamiento están relacionadas con el proceso de soldadura, el tipo de metal de relleno, la masa y la complejidad de la fundición. Soldadura de fundiciones El proceso SMAW puede ser utilizado para la soldadura de hierro fundido. Hay cuatro tipos de metales de aportación que se pueden utilizar: 

Electrodos revestidos de hierro fundido.



Electrodo revestido con aleación base de cobre.



Electrodos revestidos a base de níquel.



Electrodos recubiertos de acero suave.

Existen razones para emplear cada uno de los electrodos específicos de la siguiente manera: la maquinabilidad del depósito, la fuerza del depósito, y la ductilidad de la soldadura final y la disponibilidad de equipos. Cuando la soldadura por arco se hace con electrodos revestidos de hierro fundido, es necesario precalentar entre 120 ° y 425 °C, dependiendo del tamaño y la complejidad de la

fundición y la necesidad de mecanizar el depósito y las áreas adyacentes. En general, es mejor utilizar electrodos de diámetro pequeño y ajustar la longitud de arco, y si es posible la soldadura se debe hacer en la posición plana. Aleaciones de aluminio El aluminio se alea principalmente con el Cobre (Cu), Magnesio (Mg), Silicio (Si), y Zinc (Zn). También se suelen añadir pequeñas cantidades de Cromo (Cr), Hierro (Fe), Níquel (Ni) y Titanio (Ti). Existen multitud de aleaciones de aluminio, con la ventaja de que cada una de ellas posee alguna característica superior a la del aluminio sin alear. Temperatura de fusión del aluminio El aluminio puro funde a unos 600ºC y las aleaciones de aluminio a unos 560ºC, temperaturas muy bajas en comparación con la del acero (1535ºC) y la del cobre (1082ºC). Sin embargo las aleaciones de aluminio no cambian de color durante el calentamiento, por lo que se corre el riesgo de perforar la pieza. Conductividad térmica Las aleaciones de aluminio conducen el calor tres veces más rápido que el acero, por lo que se requerirá un aporte térmico más elevado para soldar una pieza de aluminio que una de acero, aunque ambas tengan las mismas dimensiones. Para conseguir una buena fusión cuando la pieza tenga gran espesor, es necesario realizar un precalentamiento. Procesos de soldeo El aluminio y sus aleaciones pueden soldarse mediante la mayoría de los procesos de soldeo por fusión, así como por soldeo blando, fuerte y soldeo en estado sólido. El soldeo por fusión se puede realizar mediante TIG, MIG, por resistencia, plasma, láser y haz de electrones. El soldeo con electrodos revestidos y oxigás sólo se emplea en reparaciones, o cuando no es posible utilizar otro proceso por carencia de medios. El proceso por arco sumergido no se realiza.

Limpieza y preparación de las superficies antes del soldeo Para preparar las superficies se suele utilizar corte y chaflanado por plasma. Es de la mayor importancia realizar una limpieza de las piezas antes de proceder al soldeo, ya que cualquier resto de grasa, aceite u óxido puede empeorar la calidad de la soldadura. Se pueden utilizar disolventes alcalinos que no producen vapores tóxicos. Un método muy común es limpiar con un trapo empapado en un disolvente como alcohol o acetona. Las superficies deberán estar completamente secas antes de comenzar el soldeo, de lo contrario se producirán poros. Las capas de óxido se retirarán mediante cepillado (cepillos con púas de acero inoxidable ) y mejor aún mediante rasqueteado .Cualquier piedra de esmeril, cepillo o lija que se utilice deberá emplearse exclusivamente para aluminio. No se deberá trabajar acero y aluminio en la misma zona ya que se pueden contaminar las piezas de aluminio. LA SOLDABILIDAD DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Una de las características del aluminio y sus aleaciones es que tiene una gran afinidad con el oxígeno. Los átomos del aluminio se combinan con el oxígeno del aire para formar en un punto alto de fundido u óxido que cubre la superficie del metal. Esta característica, no obstante, es la clave de la alta resistencia del aluminio a la corrosión. Es por esta resistencia que el aluminio puede ser utilizado en aplicaciones donde el acero se corroe rápidamente. El aluminio puro se derrite a una temperatura de 1.200°F (630°). El óxido que protege al metal se derrite a una temperatura de 3.700°F (2.037°C). Esto quiere decir que debe limpiarse el óxido del metal antes de comenzar la soldadura. Cuando los procesos de soldadura GMA o GTA son utilizados, el chorro de gas inerte cubre el baño de fusión de la soldadura, lo que excluye todo el aire del área de soldadura. Esto evita la reoxidación del aluminio derretido. Ninguno de estos procesos de soldadura requiere un fundente.

El aluminio tiene una alta conductividad térmica. El aluminio y sus aleaciones pueden conducir rápidamente el calor lejos del área de soldadura. Por esta razón es necesario aplicar el calor mucho más rápido al área soldada para conducir el aluminio a la temperatura de soldadura. Por lo tanto el calor intenso del acero eléctrico convierte este método en el mejor para soldar aluminio. El soldeo TIG es la técnica que mejores resultados proporciona considerando la calidad como la meta, pero el inconveniente de esta técnica es la baja tasa de productividad. Normalmente en el soldeo de aluminio se emplea la corriente alterna o bien corriente continua en polaridad inversa. La polaridad inversa permite una buena eliminación de la capa de alúmina presente en todas las aleaciones de aluminio, disminuyendo los riesgos de inclusiones, sin embargo, limita el amperaje de trabajo ya que el electrodo en esta polaridad es la parte que más se calienta. El soldeo MIG de las aleaciones de aluminio es una solución que nos permite ser productivos, pero a costa de una menor calidad en las soldaduras obtenidas, presentando estas soldaduras problemas de poros, mordeduras, inclusiones, suciedad superficial, y por lo tanto a veces es necesario reprocesar la pieza, o aplicar operaciones posteriores para obtener un cordón de soldadura sano y con buen acabado. Las aleaciones de aluminio se caracterizan por su bajo peso y elevada resistencia mecánica, aunque no presentan buenas propiedades mecánicas cuando son soldadas mediante arco eléctrico a excepción de las aleaciones de la serie 5XXX y serie 6XXX. En este trabajo se realiza una revisión sobre el estado del arte del ciclo térmico y la soldabilidad de las aleaciones de aluminio, mostrando las diferentes reacciones de solidificación y la influencia que presenta la velocidad de enfriamiento en las aleaciones de aluminio representado mediante las curvas de enfriamiento, evaluando su influencia sobre las propiedades mecánicas de la unión soldada.

SOLDABILIDAD DE LOS METALES SECUNDARIOS Aceros al carbono Se sueldan fácilmente cuanto menor porcentaje de carbono haya; la formación de martensita es un riesgo en los aceros con alto contenido en carbono. Aceros inoxidables Siempre contienen cromo, que forma una película extremadamente densa de Cr2O3. Se debe evitar su formación. Hierro fundido La soldabilidad de los hierros fundidos varía en gran medida, pero muchos de ellos se sueldan, especialmente mediante soldadura por arco. Metales de bajo punto de fusión El estaño y el plomo se sueldan fácilmente, a condición de que la entrada de calor se mantenga suficientemente baja para evitar el sobrecalentamiento. Aluminio y magnesio La mayoría de sus aleaciones se sueldan fácilmente, particularmente con una envolvente de gas inerte. Aleaciones con base de cobre El cobre desoxidado se suelda de manera sencilla, especialmente si el material de aporte contiene fósforo para proporcionar una desoxidación instantánea. Níquel Este metal y sus aleaciones de solución sólida se sueldan fácilmente. Todas las aleaciones de níquel son muy sensibles incluso a la cantidad más pequeña de

azufre, que forma un eutéctico de bajo punto de fusión y provoca agrietamiento por calor. Titanio y zirconio Las aleaciones también son soldables, pero una atmósfera inerte es esencial para evitar la oxidación; por lo tanto, a menudo se encierran en cámaras de soldadura de atmósfera inerte o se sueldan con un haz de electrones....