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Soldadura MAG de estructuras de acero al carbono. Francisco José Entrena González |
ic editorial
Soldadura MAG de estructuras de acero al carbono. FMEC0210
© Francisco José Entrena González
2ª Edición
© IC Editorial, 2019
Editado por: IC Editorial
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ISBN: 978-84-9198-592-1
Nota de la editorial: IC Editorial pertenece a Innovación y Cualificación S. L.
El Certificado de Profesionalidad es el instrumento de acreditación, en el ámbito de la Administración laboral, de las cualificaciones profesionales del Catálogo Nacional de Cualificaciones Profesionales adquiridas a través de procesos formativos o del proceso de reconocimiento de la experiencia laboral y de vías no formales de formación.
El elemento mínimo acreditable es la Unidad de Competencia. La suma de las acreditaciones de las unidades de competencia conforma la acreditación de la competencia general.
Una Unidad de Competencia se define como una agrupación de tareas productivas específica que realiza el profesional. Las diferentes unidades de competencia de un certificado de profesionalidad conforman la Competencia General, definiendo el conjunto de conocimientos y capacidades que permiten el ejercicio de una actividad profesional determinada.
Cada Unidad de Competencia lleva asociado un Módulo Formativo, donde se describe la formación necesaria para adquirir esa Unidad de Competencia, pudiendo dividirse en Unidades Formativas.
El presente manual desarrolla la Unidad Formativa UF1674: Soldadura MAG de estructuras de acero al carbono,
perteneciente al Módulo Formativo MF0101_2: Soldadura con arco bajo gas protector con electrodo consumible,
asociado a la unidad de competencia UC0101_2: Realizar soldaduras con arco bajo gas protector con electrodo consumible (MIG/MAG) y proyecciones térmicas con arco,
del Certificado de Profesionalidad Soldadura oxigás y soldadura MIG/MAG.
Portada
Título
Copyright
Presentación del manual
Índice
Capítulo 1 Técnicas operativas de soldeo MAG de perfiles normalizados de acero al carbono
1. Introducción
2. Tipos y características de los perfiles normalizados
3. Formas de las juntas
4. Instalación y mantenimiento básico del equipo de soldeo MAG
5. Instalación de los útiles de sujeción
6. Selección de la forma de transferencia
7. Regulación de los parámetros principales en la soldadura MAG de perfiles: Polaridad. Tensión de arco. Intensidad de corriente. Diámetro y velocidad de alimentación de hilo. Naturaleza y caudal del gas
8. Inclinación de la pistola según junta y posición de soldeo
9. Sentido de avance en aportación de material
10. Distancia pistola-pieza
11. Técnica de soldeo en las diferentes posiciones de soldadura
12. Distribución de los diferentes cordones de penetración, relleno y peinado
13. Tratamientos presoldeo y postsoldeo
14. Aplicación práctica de soldeo de perfiles de acero al carbono en diferentes posiciones con hilo sólido
15. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 2 Técnicas operativas de soldeo MAG de tubos de acero al carbono
1. Introducción
2. Formas de las juntas
3. Instalación y mantenimiento básico del equipo de soldeo MAG
4. Instalación de los útiles de sujección
5. Selección de la forma de transferencia
6. Regulación de los parámetros principales en la soldadura MAG de tubos: polaridad, tensión de arco. Intensidad de corriente. Diámetro y velocidad de alimentación de hilo. Naturaleza y caudal del gas
7. Inclinación de la pistola según junta y posición de soldeo
8. Sentido de avance en aportación de material
9. Distancia pistola-pieza
10. Técnica de soldeo en las diferentes posiciones de soladura
11. Distribución de los diferentes cordones de penetración, relleno y peinado
12. Tratamiento presoldeo y postsoldeo
13. Aplicación práctica de soldeo de tubos de acero al carbono en diferentes posiciones con hilo sólido
14. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 3 Defectos en la soldadura MAG de estructuras de acero al carbono
1. Introducción
2. Inspección visual de las soldaduras
3. Ensayos utilizados para la detección de errores
4. Tipos de defectos más comunes
5. Factores a tener en cuenta para cada uno de los defectos
6. Causas y correcciones de los defectos
7. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 4 Normativa de prevención de riesgos laborales y medioambientales en la soldadura MAG de estructuras de acero al carbono
1. Introducción
2. Evaluación de riesgos en el soldeo MAG
3. Normas de seguridad y elementos de protección
4. Utilización de Equipos de Protección Individual
5. Gestión medioambiental. Tratamiento de residuos
6. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Bibliografía
Capítulo 1
Técnicas operativas de soldeo MAG de perfiles normalizados de acero al carbono
En el estudio de la soldadura MAG para la fijación de barras de acero con el objeto de fabricar una estructura, se abordarán las técnicas y medios necesarios para el proceso de soldeo de perfiles normalizados. Se comenzará con el estudio de los perfiles normalizados existentes atendiendo a su tipología y características. Se conocerán las técnicas y normas para el punteado, así como las formas de las juntas y su preparación para la unión soldada.
A lo largo del capítulo, también se estudiarán los procesos de instalación y mantenimiento de un equipo de soldeo MAG y los útiles de sujeción. Se aprenderá a seleccionar la forma de transferencia y a regular los principales parámetros en la soldadura MAG de perfiles, como la polaridad, la tensión de arco, la intensidad de la corriente, el diámetro y la velocidad de alimentación del hilo o el caudal de gas.
Además, se abordarán parámetros que deberá regular manualmente el operario que realizará la soldadura, tales como: la velocidad de avance de la pistola, la distancia que se debe dejar entre la boquilla y la pieza a soldar, el sentido de avance y la aportación de material, la inclinación y la posición de la pistola de soldeo.
Finalmente, se verá cómo se debe efectuar la distribución de los diferentes cordones de soldadura, los tratamientos anteriores y posteriores al soldeo y la aplicación práctica del soldeo de perfiles de acero al carbono.
Un perfil de acero no es más que una barra de gran longitud que en su sección transversal presenta una geometría característica que le permite soportar unos esfuerzos con la mínima cantidad de material posible. Los perfiles de acero al carbono pueden emplearse para trabajos estructurales de compresión, sin embargo el mayor uso de estos perfiles se da en aquellos casos en los que se quiere que el perfil se encuentre sometido a esfuerzos de tracción o flexión.
El uso de perfiles de acero en la fabricación de una estructura presenta la ventaja de realizar construcciones en un menor tiempo del requerido para una estructura similar ejecutada en hormigón. En cambio, los costos de las estructuras de acero suelen ser más elevados. También se pueden emplear perfiles de acero en aquellos casos en los que se quieran salvar grandes luces en una construcción, ya que una viga de acero de gran longitud que ha de soportar un determinado esfuerzo requiere mucho menos material que una viga de hormigón, en la que en algunos casos el propio peso de la viga de hormigón puede hacer su construcción inviable. Además, la construcción en celosía mediante perfiles de acero permite construcciones de estructuras con pilares muy alejados, dejando una gran superficie libre.
Estructura de vigas de acero en celosía
Definición
Luz
En construcción recibe el nombre de luz la distancia que separa dos pilares consecutivos sobre la que descansan una o varias vigas que conectan dichos pilares.
En el mercado existe una gran variedad de perfiles metálicos, cada uno adecuado para soportar de forma óptima un determinado tipo de esfuerzo o condiciones de trabajo. Sin embargo, las medidas y geometrías de dichos perfiles se encuentran normalizadas, con el fin de estandarizar la producción, abaratar costes, establecer los límites de calidad, etc.
Perfil de acero normalizado
Actividades
1. Explicar brevemente para qué se emplean las estructuras en celosía. Buscar algunas imágenes de estructuras o vigas en celosía.
Cada tipo de perfil metálico presenta unas características constructivas que lo hacen idóneo para soportar los esfuerzos de un determinado trabajo estructural.
Ejemplo
Los perfiles de acero laminados en “I” de tipo IPN o IPE permiten soportar grandes esfuerzos de flexión a lo largo de su eje longitudinal, con una cantidad mínima de material. En cambio, los perfiles redondos huecos permiten soportar grandes esfuerzos de torsión.
En cuanto a perfiles de acero al carbono, estos se pueden agrupar en:
Perfiles de acero laminado
Los perfiles de acero laminado se obtienen mediante la aplicación de presión de unos rodillos hasta conferirle al metal las dimensiones deseadas. Se pueden encontrar perfiles de acero laminado en frío o en caliente. Los perfiles laminados en frío presentan unas características mecánicas mejores que los laminados en caliente. Sin embargo, las presiones que es necesario aplicar para su obtención pueden ser excesivamente elevadas y, por tanto, su construcción es muy lenta, por lo que en esos casos se recurre a calentar el metal para que se vuelva más dúctil, lo que requiere la aplicación de presiones mucho menores. Además, al aplicar calor a los perfiles, se reducen las tensiones internas del perfil, que son consecuencia de los procesos de conformado; por el contrario, se consigue un material menos resistente que uno que no haya sido tratado con procesos de conformado sin calentamiento o en frío.
Los perfiles de acero laminado que se pueden encontrar en el mercado son:
Perfil de acero normalizado
Perfiles IPE
Perfil UPN
Perfil tipo “T”
Importante
En un perfil metálico, la parte central se denomina alma y sus lados extremos reciben el nombre de alas.
Perfiles de acero armado
Se conocen por perfiles de acero armado a aquellos que se obtienen de la unión soldada de varias láminas de acero al carbono. Mediante esta técnica se puede obtener casi un número ilimitado de geometrías, espesores y dimensiones de los perfiles metálicos. La producción de perfiles de acero armado es más lenta y cara que los producidos mediante laminado.
Los perfiles obtenidos por soldadura presentan deformaciones térmicas en las zonas soldadas de pequeño espesor.
En ciertas ocasiones, es preciso recurrir a la soldadura de perfiles laminados para conseguir un nuevo perfil con propiedades mixtas que presentan los beneficios de cada uno de los perfiles soldados.
Perfil de grandes dimensiones obtenido mediante armado
Perfiles de acero conformados
Los perfiles de acero conformados se obtienen mediante el doblado de planchas o láminas de acero al carbono. El conformado se emplea generalmente para la obtención de perfiles de pequeños espesores y de geometría sencilla (perfiles tipo “C”, “U”, “Z” o “L”).
Perfil conformado tipo C
Los perfiles obtenidos por doblado en frío o conformado presentan unas buenas características mecánicas.
Actividades
2. Buscar varias imágenes de estructuras en las que se distinga el uso de varios de los perfiles anteriormente estudiados.
Se trata de un método de fabricación sencillo que propicia buenas propiedades de resistencia, pero a su vez está muy limitado en cuanto a las geometrías disponibles. Por ejemplo, no sería viable fabricar un perfil en H mediante este procedimiento.
Aplicación práctica
En la realización del proyecto de construcción de una nave se va a instalar una grúa independiente que permitirá el desplazamiento de grandes cargas dentro de la nave. La grúa ha de instalarse en unas vigas carril que permitan soportar todo el peso y los esfuerzos que puedan generarse durante su uso, además de permitir el desplazamiento de la misma a lo largo de su eje longitudinal. Tras analizar los cálculos resulta que no existen perfiles comerciales para el tamaño deseado de viga. Como jefe de proyecto, ¿qué solución o soluciones aportaría a dicho problema?
SOLUCIÓN
Dado que se trata de emplear una viga de unas dimensiones que no se encuentran en el mercado, se podría contactar con algún taller de calderería o de fabricación de acero, para que ejecutase una viga de perfil armado de las dimensiones deseadas.
Otra propuesta sería diseñar una viga carril en celosía que permitiese soportar los esfuerzos deseados.
Como ambos trabajos han de realizarse en un taller de fabricación de acero, pediría presupuestos para ambas soluciones y decidiría la mejor opción en función de los costes y los tiempos de producción.
La forma que deben presentar los bordes de las piezas para su unión mediante soldadura recibe el nombre de junta.
Soldado de una junta
Las juntas de los materiales se acondicionan para que la soldadura se realice de la manera más conveniente y garantice la eficacia del método de soldado empleado. La forma de dichas juntas debe facilitar la fusión de los bordes y la raíz, cumpliendo así con el proceso de continuidad de la unión y propiciando que la unión soldada presente una resistencia equivalente al resto de la pieza.
La elección de la junta que se va a emplear en la unión de dos piezas metálicas dependerá del tipo de proceso de soldadura que se realice, el espesor de la unión, la posición de la pistola de soldeo, los esfuerzos que deban soportar las piezas, el coste de la soldadura, etc.
Las distintas juntas se pueden clasificar en:
Junta a tope
Para realizar una unión mediante soldadura a tope, se deben colocar las piezas a unir en el mismo plano, enfrentando sus bordes, que pueden estar preparados mediante un mecanizado previo. Este sistema puede emplearse tanto para soldaduras por calentamiento y presión, como soldaduras de fusión.
Junta a solape
En las soldaduras a solape las piezas se sitúan una sobre la otra, realizán-dose la unión mediante soldadura por presión o fusión. Esta clase de junta proporciona una gran resistencia y una mayor estanqueidad de las piezas a unir.
Junta paralela
La unión por junta paralela es muy similar a la unión por solape, ya que las piezas a unir se encuentran una sobre la otra. Sin embargo, en el caso de la unión por junta paralela, la soldadura se realiza en el borde lateral de ambas piezas.
Junta en cruz
La junta en cruz permite la unión de dos piezas que se encuentran en un mismo plano con una tercera pieza que se coloca en un plano distinto, normalmente perpendicular.
A la hora de realizar este tipo de soldadura, se debe prestar especial atención a las propiedades del perfil obtenido, en función de las propiedades proporcionadas por el fabricante, ya que se estarían usando en una posición para la cual no están diseñados.
Junta en T
La junta en T se emplea en la unión en ángulo recto de dos piezas donde el lateral de una de ellas apoya sobre la superficie plana de la otra. Esta clase de juntas es muy utilizada para nervios de refuerzo en estructuras metálicas o refuerzos prefabricados.
Junta oblicua
La unión de dos piezas metálicas mediante el soldeo de una junta oblicua permite la fijación de dos piezas formando un ángulo establecido entre los planos rectos de las piezas. Es un caso particular de la junta en T, donde las piezas no se unen formando un ángulo de 90º.
Junta angular
En la soldadura de perfiles metálicos es muy común la unión de superficies que se encuentran en planos totalmente distintos. Para este tipo de ocasiones se utiliza una junta angular, la cual suele ir acompañada de la preparación de una o ambas superficies mecanizando un chaflán que hará la función de alojar el metal fundido, con el objetivo de evitar derrame de material.
Definición
Chaflán
Mecanizado que consiste en devastar o cortar una de las aristas de una pieza para rebajar su altura. Este procedimiento se emplea en soldadura para que, mediante la unión de dos piezas achaflanadas, se constituya un hueco que sirva de depósito para el material de aporte.
Junta múltiple
Recibe el nombre de junta múltiple la unión de tres o más piezas por sus bordes en una junta común para todos, permitiendo la realización de cualquier ángulo entre las piezas.
Junta de tapón y ojal
La junta en tapón o en ojal requiere de un mecanizado previo de la pieza que consiste en el taladrado de una de las piezas a unir, para ser rellenado por el material de aporte de la soldadura. Este tipo de soldadura se ha utilizado tradicionalmente para la unión de grandes planchas metálicas que presenten un espesor considerable, el cual dificulta la soldadura por puntos robotizada.
Actividades
3. Realizar un esquema que recoja los tipos de juntas estudiados, ilustrándolo con imágenes.
Antes de proceder a la unión de piezas mediante soldadura, es conveniente realizar una serie de operaciones previas que facilitan el proceso de soldeo, así como mejorar las características de la soldadura, en cuanto a su resistencia, estanqueidad, etc. Este proceso de preparación está compuesto por distintas operaciones, las cuales pueden ir desde limpiar y descontaminar la zona a soldar hasta realizar un mecanizado para facilitar el proceso de soldadura.
El mecanizado de los bordes de las piezas metálicas es uno de los principales procesos para la preparación de la junta de soldadura. Generalmente consiste en un chaflán en las piezas que se van a unir. La geometría y espesor del chaflán dependerá del acabado y características que se quiera conseguir con el equipo de soldeo seleccionado.
A continuación, se pueden observar algunas de las geometrías más usuales en el achaflanado de piezas para la mejora del proceso de soldado:
Nota
En lugar de emplear chaflanes en V o V doble se emplean chaflanes en U o J, bien sean simples o dobles, ya que permiten el ahorro de material de aportación de la soldadura y reducen las deformaciones al emplearse una menor temperatura para el proceso de soldeo.
Aplicación práctica
Está trabajando en el taller y tiene que ejecutar una soldadura a tope de dos planchas de acero al carbono de pequeño espesor. Antes de proceder con la operación de soldado mediante un equipo MAG, debe practicar un mecanizado que facilite la unión. Explique qué tipo de junta va a realizar y exponga los motivos que le han llevado a decantarse.
SOLUCIÓN
Puesto que se va a realizar la unión de dos perfiles de acero al carbono de pequeño espesor, se practicarán chaflanes de tipo U o J en los bordes de las piezas descartando los chaflanes de tipo V o doble V, ya que con ello se conseguirá reducir el calor aportado a la unión, que en el caso de perfiles de pequeño espesor es aconsejable puesto que se reducen las deformaciones producidas por las altas temperaturas generadas por la soldadura. Por otra parte, optaré por una solución de tipo simple para reducir los tiempos y costes de mecanizado, es decir, practicaré chaflanes en ambas piezas, para aumentar la superficie de unión, pero en una de sus caras, con lo que también reduzco los tiempos de soldeo.
Mediante el sistema MAG se pueden realizar soldaduras en forma de puntos discontinuos. Además, presenta la ventaja con respecto a la soldadura por puntos mediante resistencia de no requerir el acceso a las dos piezas a unir.
Como norma, se emplea la soldadura MAG por puntos para la fijación de piezas de acero de pequeños espesores (no superiores a 5 mm), aunque también se puede utilizar como operación previa a la soldadura de grandes piezas para mantenerlas unidas durante el proceso y evitar deformaciones.
Para realizar soldaduras por puntos con equipos MAG, es necesario disponer de los siguientes elementos adicionales al equipo de soldeo convencional:
La técnica para realizar una soldadura en forma de punto con un equipo MAG consiste en situar la pistola ejerciendo presión sobre la pieza de menor espesor a unir, e iniciar el arco manteniendo inmóvil la boquilla hasta que el temporizador produce el corte de la corriente.
Para evitar perforaciones en las piezas a la hora de soldar chapas o perfiles de acero al carbono, se deben tener en cuenta los siguientes tiempos a los que se debe establecer el temporizador.
| Espesor | Tiempo |
| Inferior a 3 mm | De 0,3 a 1,7 segundos. |
| Mayor a 3 mm | Hasta 5 segundos. |
Actividades
4. Exponer brevemente qué diferencias existen entre una soldadura por puntos mediante un equipo MAG y un equipo de soldadura por resistencia. Para ello, buscar información e ilustraciones que faciliten la respuesta.
La soldadura MAG es un procedimiento en el que se produce un arco eléctrico entre el electrodo y la pieza a soldar, y el cual se desarrolla dentro de una envolvente de gas protector.
El equipo de soldeo MAG se compone de los siguientes elementos:
Generador