Erick Gonzalez(1), Victor Vergara D (2), Norman Lpez G (3) Abdn Espinosa A(4).

1 Ingeniero Civil Industrial en Mecnica, Universidad de Antofagasta, Antofagasta Chile.

2 Profesor del Departamento de Ingeniera Mecnica, Universidad de Antofagasta, Antofagasta Chile.

3 Alumno Memorista del Departamento de Ingeniera Mecnica, Universidad de Antofagasta, Antofagasta Chile.

4 Alumno Ayudante de Investigacin , Universidad de Antofagasta, Antofagasta Chile.

Santiago, Septiembre de 2012

Soldadura GTAW automatizada aplicada en uniones a tope en acero

inoxidable 316L

Fundamento bsico

Aplicacin

Equipamiento GTAW convencional

GTAW con adicin automtica de alambre

Proceso GTAW con adicin de alambre caliente y en frio respectivamente (WELDING HANDBOOK AWS, V.2, 1991; DELGADO, 2000).

Ventajas

Principalmente de calidad, soldaduras complejas, bajas salpicadura, control de penetracin.

Desventajas

Baja tolerancia a contaminacin, habilidad de soldador, baja tasa de depositacin.

Parmetros del proceso

Corriente

Continua constante

Continua pulsada

Alterna sinusoidal

Alterna onda cuadrada

Efectos de tipo de corriente

Propiedades de la corriente continua constante (WELDING HANDBOOK AWS, V.2. 1991).

Corriente continua pulsada

Seales de corriente continua pulsada en GTAW (GERKEN, 1991).

Granos usando pulsacin del arco (KOU, 2003).

Materiales y mtodos

1. Mquina de soldar; 2. Pistola de soldar TIG adaptada; 3. Sistema de avance de la pistola;

4. Adquisicin de datos; 5. Gases. .

Materiales y mtodos

Configuracin de la pistola

Pistola TIG adaptada

Direccionador de alambre

Despiece

Direccionador modificado

Materiales Sustrato:

Estudio inicial: Acero ASTM A36

Aplicacin: Acero Inoxidable AISI 316L

Electrodo no consumible: EWTh-2, =2,4mm

Material de aporte:

AWS ER-70S-6, =0,8mm

AWS ER316L, =0,9mm

Gas de proteccin: Argn Puro

Materiales y mtodos Sustrato

Tabla 1 - Composicin qumica del acero AISI 316L

% C Mn P S Si Cr Ni Mo

AISI 316L 0,028 0,690 0,022 0,002 0,530 16,780 10,130 2,030

0,9

Materiales y mtodos Material de aporte

Tabla 2 - Caractersticas y composicin qumica del material de aporte

Identificacin Composicin qumica (% en

peso)

Material Especificacin

(AWS) Dimetro

(mm) C (0,02); Mn (1,69); Si (0,38); S (0,008); P (0,03); Cr (18,1); Ni (11,1); Mo (2,1)

Acero Inoxidable

AWS ER 316L 0,9

Plan de ensayos para acero al Carbono

Ensayo Tipo de corriente

Va

[m/min]

tp=tb

[s]

f

[Hz]

Ip

[A] Ib

[A]

1 CCP 2 0,1 5,0 170 50

2 CCP 2,5 0,1 5,0 170 50

3 CCP 3 0,1 5,0 170 50

4 CCP 2 0,2 2,5 170 50

5 CCP 2,5 0,2 2,5 170 50

6 CCP 3 0,2 2,5 170 50

7 CCP 2 0,3 1,7 170 50

8 CCP 2,5 0,3 1,7 170 50

9 CCP 3 0,3 1,7 170 50

10 CCC(EN) 2 N/A N/A 110 110

11 CCC(EN) 2,5 N/A N/A 110 110

12 CCC(EN) 3 N/A N/A 110 110

Plan de ensayos para acero Inoxidable Tabla 3- Variables y parmetros de soldadura para el proceso TIG automatizado.

Ensayo Vap

[m/min] Vab

[m/min] Vs

[cm/min] Q

[l/min] Ip

[A] Ib

[A] tp [s]

tb [s]

1 2,5 0 15 0

110 50 0,8 0,8 2 110 50 0,5 0,5 3

2,8 0 14 10 120 50 0,5 0,5

4 120 50 0,5 0,5 5

3 0 14 5 120 50 0,5 0,5

6 120 50 0,5 0,5

Vap: velocidad de alambre de pulso; Vab: velocidad de alambre de base; Vs: velocidad de

soldadura; Q: caudal de gas de purga; Ip: corriente de pulso; Ib: corriente de base; tp: tiempo de

pulso; tb: tiempo de base.

II Resultados y discusiones

Arco en corriente continua constante

Arco en corriente continua pulsada

Formato del material depositado

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

Frecuencia de pulsacin (Hz)

Distanciareal

Distanciateorica

Potencial(Distanciateorica)

Dis

tan

cia

entr

e e

scam

as (

mm

)

Corriente continua pulsada: Acero carbono

Macrografas Va=2,0 m/min f=5Hz

Va=2,5 m/min

f=5Hz

Va=3,0 m/min

f=5Hz

Corriente continua constante: Acero carbono

Macrografas Va=2,0 m/min

Va=2,5

m/min

Va=3,0

m/min

Resultados Acero Inoxidable

Macrografas de cordones de soldadura para una misma corriente

media. a) Corriente continua pulsada, b) Corriente continua

constante

Resultados

Micrografias obtenidas en el centro del cordn de soldadura. (a)

Micrografia a 500x corriente continua pulsada, (b) Micrografia a

500x corriente continua constante

(a) (b)

Resultados

Aspecto superficial del cordn

Aspecto superficial de la raz

Macrografa

Aspecto superficial y macrografa de la unin soldada ensayo 1.

Resultados

Aspecto superficial del cordn

Aspecto superficial de la raz

Macrografa

Aspecto superficial y macrografa de la unin soldada ensayo 3

Resultados

Aspecto superficial del cordn

Aspecto superficial de la raz

Macrografa

Aspecto superficial y macrografa de la unin soldada ensayo 6.

Resultados

1

3

2

200X

1000X 1000X

200X

Conclusiones

La longitud del arco y el ngulo de entrada del alambre se tornaron variables crticas. Para valores menores a 5 mm, de longitud de arco, se corre el riesgo que el electrodo entre en contacto con la poza fundida contaminando el electrodo y produciendo inestabilidad en el proceso de soldadura.

El aspecto superficial de los cordones de soldadura obtenidos con corriente continua pulsada se caracterizaron por presentar un formato de escamas. La distancia entre escamas disminuye al aumentar la frecuencia de pulsacin o al disminuir la velocidad de soldadura.

En forma general, el ancho del cordn de soldadura se presenta de mayores dimensiones cuando es utilizada la corriente continua pulsada.

En trminos generales, se observa que la corriente continua constante produce los mayores refuerzos, cuando se comparan los resultados obtenidos con corriente continua pulsada. Tambin se observa, que en corriente continua constante a medida que se aumenta la velocidad de alambre existe un aumento en el refuerzo producto del aumento de la tensin superficial y la disminucin de la poza fundida.

Para una mismo valor medio de la energa impuesta, es posible obtener mayor penetracin con el uso de la corriente continua pulsada.

En corriente continua constante a medida que se aumenta la velocidad de adicin de alambre se tiene una disminucin de la penetracin. Esto sucede, ya que para una misma energa de arco el calor requerido para fundir material aporte se incrementa, restando energa disponible para fundir material base.

El proceso TIG Pulsado automatizado se presenta como una excelente alternativa para el aumento en la productividad de fabricacin y reparacin industrial, debido a que mejora los tiempos de los actuales trabajos realizados con el proceso TIG manual, teniendo en cuenta que adems entrega repetitividad de los resultados obtenidos.

En el caso de los efectos de los parmetros, se observ que la velocidad de alambre tiene un efecto significativo en el comportamiento de la poza fundida, debido a que en este caso el alambre entra en estado fro a la poza, en comparacin al procesos MIG/MAG. Por ende se debe tener precaucin, en tener un perfecto balance entre la velocidad de soldadura, corriente utilizada para poder fundir el alambre y el material base, adems de tener en

cuenta la frecuencia de pulsacin.

El gas de proteccin de la raz, en el caso de las uniones a tope, tiene un efecto refrigerante, por tal motivo a altos valores de caudal, tender a ser menor el tamao de la raz y tiene un efecto significativo en la microestructura de esta regin.

El estudio muestra que las operaciones de mantenimiento son beneficiadas por los menores tiempos de ejecucin, repetitividad, calidad y menos posibilidades de producir defectos en las uniones soldadas, especialmente con los componentes de acero inoxidable.

Agradecimientos

A la Vicerrectora de Investigacin, Innovacin y Postgrado de la Universidad de Antofagasta por los recursos necesarios para la ejecucin de este proyecto.

Y al Departamento de Ingeniera Mecnica de la Universidad de Antofagasta.

Adicin de alambre en corriente continua constante

Adicion de alambre en corriente continua pulsada