UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA“ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN SOLIDIFICACIÓN EFECTO DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE Y TIEMPO DE SOLDADURA POR ELECTROPUNTO EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LÁMINAS DE ACERO DE BAJO CARBONO AUTOR: BR. TOBIAS ALVARADO TUTOR: ING. JUAN J. RODRÍGUEZ CORDERO OCTUBRE, 2015 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN SOLIDIFICACIÓN EFECTO DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE Y TIEMPO DE SOLDADURA POR ELECTROPUNTO EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LÁMINAS DE ACERO DE BAJO CARBONO AUTOR: BR. TOBIAS ALVARADO Trabajo especial presentado ante el Departamento de Ingeniería Metalúrgica de la Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” Vice – Rectorado Barquisimeto, como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Metalúrgico OCTUBRE 2015 ACTA DE APROBACION Quienes suscriben, miembros del jurado evaluador designados por la coordinación de trabajo especial del departamento de Ingeniería Metalúrgica del Vice rectorado Barquisimeto, de la Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” para examinar el trabajo especial titulado “EFECTO DE LA PRESIÓN SOBRE LA RESISTENCIA MECÁNICA DE LÁMINAS SOLDADAS POR ELECTROPUNTO” presentado por el Br. Simón Alberto Briceño Sierralta, Cédula de identidad V- 16.404.597 como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Metalúrgico, consideramos que dicho trabajo cumple con lo establecido para tal efecto y por lo tanto lo declaramos APROBADO. ______________________ _____________________ MIEMBRO JURADO MIEMBRO JURADO ___________________ TUTOR Ing. JUAN RODRIGUEZ C.I. DEDICATORIA . AGRADECIMIENTOS . ................3..............1.......23 IV..........................1 TRANSFORMACIONES EN EL ACERO AL CARBONO...........................2 MICROESTRUCTURA....................3 SOLDADURA POR PUNTOS.................................1 DEFINICIÓN Y DESCRIPCIÓN GENERAL..22 IV... ALCANCES............................................................12 II................................................ PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.......18 II.........31 ........ MARCO TEÓRICO........................... ANTECEDENTES.........................ÍNDICE GENERAL I..................25 IV...........21 III.........23 IV....................14 II.....2 CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA POR..............................................15 II........2...............................................1 PROCESOS DE SOLDADURA POR RESISTENCIA...........22 IV.2................................1 APLICACIONES DE LA SOLDADURA POR RESISTENCIA POR.............................20 III...... OBJETIVOS............................................2..........................29 IV...............1................................................3 PROPIEDADES MECÁNICAS.1......................2......... OBJETIVOS ESPECÍFICOS..........21 III.... INTRODUCCIÓN.......... OBJETIVO GENERAL..........22 IV..................................... JUSTIFICACIÓN.................................................14 II...................................................................................2 SOLDADURA Y METALURGIA DE LA ZONA AFECTADA POR EL..............3......................21 IV....22 IV.......................... DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA.................................. 4................................2.................................28 IV......................1................... 2 CALENTAMIENTO.................38 IV.............................................................................8.....9..33 IV..............................36 IV......9...36 IV........3........................................41 IV..6 TIPOS DE CICLOS DE SOLDADURA.................9.......................1 EFECTO DE LA CORRIENTE DE SOLDADURA......2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA SOLDADURA POR.....................................................................7 RÉGIMEN DE SOLDADURA................................3 EFECTO DEL TIEMPO DE SOLDADURA...3 Tiempo de Mantenimiento de la Presión (Hold Time).............9 PARÁMETROS DE SOLDADURA Y SU INFLUENCIA EN EL PROCESO .............................40 IV............32 IV..................................................5 CICLO DE SOLDADURA PARA EL PROCESO RSW....................................4 EFECTO DE LA FUERZA DE SOLDADURA EN EL CALENTAMIENTO..10 ELECTRODOS USADOS EN EL PROCESO DE SOLDADURA POR ELECTROPUNTO..................................8 TIPOS DE REGÍMENES DE SOLDADURA...........................................35 IV............2 Tiempo de Soldadura (Weld Time)..........................................1 Tiempo de Compresión (Squeeze Time)..5.1 REGÍMENES DUROS.....40 IV..................5.............................................................................37 IV.......45 .....................4 GENERACIÓN DE CALOR EN EL PROCESO RSW...............9...........................2 REGÍMENES BLANDOS............39 IV.....45 IV..............42 IV.....................38 IV......42 IV...................38 IV...........36 IV..................................4 Tiempo de Apagado (Off Time)...........5................IV..............................................................................5.....8........................ ..........................................10........................57 IV...............15 EFECTO DE LOS RECUBRIMIENTOS EN LA SOLDADURA POR ELECTROPUNTO............50 IV......46 IV......................................................................................................19 EFECTO DE TRATAMIENTOS POSTERIORES...........................23 DUREZA EN LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR.......................17 EFECTO DE LOS RECUBRIMIENTOS EN LA CORRIENTE DE SOLDADURA.........................48 IV........1 ELECCIÓN DE LOS ELECTRODOS...................................................63 ...13 INFLUENCIA DE LA PRESIÓN DE SOLDADURA Y EL ESTADO DE LA SUPERFICIE EN LA RESISTENCIA DE CONTACTO....16 EFECTO DEL ESPESOR DEL RECUBRIMIENTO............................20 ASPECTO METALÚRGICO DE LA SOLDADURA POR ELECTROPUNTO...............................57 IV..................55 IV.................................10..IV.14 SOLDABILIDAD EN LA SOLDADURA POR ELECTROPUNTO.......3 DISEÑO DEL ELECTRODO..45 IV.................60 IV...............................................................................................................................2 MATERIALES DE LOS ELECTRODOS............11 RESISTENCIA ÓHMICA EN LA SOLDADURA POR PUNTOS...................18 EFECTO DE LOS RECUBRIMIENTOS EN EL TIEMPO......DE SOLDADURA 59 IV..46 IV..........................................21 ZONA AFECTADA POR EL CALOR..62 IV....22 ESTUDIO ESTRUCTURAL DE LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR ............................................57 IV.......54 IV...............................61 IV...............................10...60 IV.............................................12 RESISTENCIA DE CONTACTO............ .................70 V......4 MACROATAQUE DE LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR SEGÚN ..........5 MICROGRAFÍA SEGÚN NORMA ASTM E3-01........................25 SOLIDIFICACIÓN DEL MATERIAL BASE EN EL PROCESO DE.............73 V.............................................................................1 PREPARACIÓN DE LAS LÁMINAS..........................80 ..................... ANOVA.................................................................................74 V.............3.24 VARIACIÓN DEL PERFIL DEL PUNTO DE SOLDADURA.........................................................2 PREPARACIÓN Y AJUSTE DE LA MÁQUINA DE SOLDAR POR......3.............................................................1 ACTIVIDADES....................IV........................................77 V................................................................................................................................................................73 V.......................................65 IV....................1 MATERIALES....................75 V................................63 IV.................76 V..........66 IV..................3 MÉTODOS.......................................78 V..79 V.................7 ANÁLISIS DE VARIANZA.............2...................2 RECURSOS............3.................................................3................26 PROBLEMAS EN EL PROCESO DE ENFRIAMIENTO.............3 ENSAYO DE CIZALLADURA..........74 V. METODOLOGÍA.....27 DIAGRAMA DE SOLDABILIDAD.74 V.....................80 V..............................29 EFECTO SHUNT.3...............................................28 RELACIÓN ENTRE LA CURVA DE SOLDABILIDAD Y EL TAMAÑO DE LA SOLDADURA..69 IV.....6 PERFIL DE DUREZA.................................2.............................................2 HERRAMIENTAS Y EQUIPOS....3.........68 IV.........................................75 V...3................. ................... RESULTADOS ESPERADOS.......................................V.........................8 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES............ REFERENCIAS.......83 VII.....................................84 ........................................81 VI..................................3........ .............40 Figura 11................. Disposición de los electrodos y piezas de trabajo en la soldadura por punto............................................ Clasificación de los procesos de soldadura por resistencia.44 ......... piezas de trabajo y punto de soldadura.............................. resistencia a la tracción – corte de la junta e indentación de la junta....................43 Figura 12..................................38 Figura 9...20 Figura 2................................................................ÍNDICE DE FIGURAS Figura N° 1 Diagrama de equilibrio de Hierro cementita................ Analogía eléctrica del circuito secundario en la soldadura por puntos......................... Diferentes tipos de ciclos de soldadura..................... en electrodos..................................44 Figura 13........................31 Figura 5.....27 Figura 4................................................36 Figura 8.............................. en un acero de bajo carbono de 0...............35 Figura 7...........................39 Figura 10...................26 Figura 3...74 mm de espesor...... Esquema de la concentración de las líneas de corriente en el proceso de soldadura RSW.............. y gradiente de temperaturas después del 20% y al 100% del tiempo de soldadura... Tipos estándar de caras para electrodos según la RWMA............ .....33 Figura 6................... Secuencia gráfica durante la ejecución de una soldadura por..... Ciclo básico en la soldadura por electropunto...................................................... Tipos estándar de caras para electrodos según la RWMA.............................. Parámetros principales de la soldadura por puntos............ Efecto de la corriente en el diámetro del botón o punto de soldadura.. Principales puntos de generación de calor. .. El paso entre puntos está representado por tp....................................... Efecto Shunt en la soldadura por puntos.............. Dimensiones de los electrodos de máquina de soldadura por electropunto........................................... Representación esquemática de la distribución térmica y de las zonas de transformación en una soldadura por electropunto.....65 Figura 24.....60 Figura 20............................. Diagrama básico de Lobe..................50 Figura 16............ Estructura esquemática de un punto de soldadura ideal.... Relación entre la calidad de la soldadura y el diagrama de Lobe............................................................................................ Variación de la resistencia de contacto en función del esfuerzo de compresión.............................................. Variación de las diferentes resistencias que generan el calentamiento en la soldadura por punto................... Efecto del cinc al desplazar la corriente de soldadura................74 Figura 27... con enfriamiento más rápido en el electrodo que en el metal base......57 Figura 19..............................52 Figura 17.........................48 Figura 15..........................75 ..... a) Estructura esquemática de un punto de soldadura................................................. Variación del perfil del punto en función de los parámetros:......67 Figura 26.............. b) Estructura esquemática de un punto de soldadura con enfriamiento rápido a través del metal base y deficiente en los electrodo.................................................................54 Figura 18........60 Espesor de la chapa y el diámetro de los electrodos.....................62 Figura 21...Figura 14................................................63 Figura 22...................64 Figura 23............... Composición superficial real en un material............. Esquema de probeta con perfil de dureza....................................... ..........52 Tabla 3 Soldabilidad de materiales.... Valores del factor adimensional Yk.....................................................................49 Tabla 2 Designación de la soldabilidad de acuerdo a los valores de S.................ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1............................53 .............. ... 48 Ecuación 5.................... Resistencia total de soldadura por electropunto............b y E...................................................32 Ecuación 2.............. Diámetro mínimo para las caras del electrodo tipo A.........................................54 Ecuación 7........................... para dos placas...... Esfuerzo normal..............................46 Ecuación 4.................................50 Ecuación 6...................76 ..........ÍNDICE DE ECUACIONES Ecuación 1........... Calor generado por el paso de corriente.................... Porcentaje de soldabilidad.. Resistencia de contacto a la presión............ Ley de Joule.........33 Ecuación 3.............. .............................87 ...ÍNDICE DE ANEXOS ANEXO N° 1 NORMA DIN 50-124....................................... UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA "ANTONIO JOSÉ DE SUCRE" VICE-RECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA EFECTO DE LA PRESIÓN SOBRE LA RESISTENCIA MECÁNICA DE LÁMINAS SOLDADAS POR ELECTROPUNTO AUTOR: Br. Tobias Alvarado TUTOR: Ing. Juan Rodriguez RESUMEN . depende directamente de las propiedades de cada pieza. con aporte de calor con aplicación de presión o sin ella. Esto sin existir una soldadura que se pueda denominar como la mejor de todas. los procesos de soldadura sustituyeron al atornillado y remachado. la ejecución de la presión por parte de los electrodos en forma de pinza. El proceso de soldadura se ve limitado a la soldadura de metales solapados de pequeños espesores. que terminan de unir las piezas. los cuales son: Intensidad de corriente. presión ejercida por los electrodos y tiempo de soldeo. como también es otro álgido punto la deformación causada por los electrodos en la zona adyacente al punto de soldadura Conociendo los parámetros principales en el proceso de soldadura por electropunto. de la utilización a la que está destinada la pieza y de las instalaciones disponibles. En el proceso de soldadura por electropunto se toman tres factores en cuenta. Gracias al desarrollo de nuevas tecnologías en la revolución industrial a mediados del siglo XX. INTRODUCCIÓN La soldadura puede definirse como un proceso de unión entre metales en el que la adherencia se produce. Mediante este trabajo de investigación se pretende estudiar la . aprovechando esto.I. debido a que la soldadura idónea para unir dos o más piezas. Este proceso consiste básicamente en realizar el paso de corriente por dos materiales solapados. los cuales por efecto Joule se calentarán hasta una temperatura cercana a su temperatura de fusión. y con la adición o no de metal. influencia de la intensidad de corriente y tiempo en la calidad de la soldadura por electropunto de láminas de 1 mm de espesor de acero AISI 1020. . con la posibilidad de la automatización y otras ventajas. la intensidad de corriente. perforar las láminas soldadas. perdiéndose así tiempo. la presión aplicada.II. Por tal motivo se desea determinar la influencia de la intensidad de corriente y tiempo de operación sobre las propiedades mecánicas de la soldadura específicamente la resistencia a la . El proceso de soldadura por resistencia consta básicamente en una máquina eléctrica que usa dos electrodos de cobre refrigerados por agua y sobrepuestos. material y dinero. que el proceso de soldadura por resistencia o por electropunto adquiere importancia a nivel industrial pues permite realizar soldaduras en láminas de bajo espesor económicamente rentables. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Al momento de realizar soldaduras por arco en láminas de acero de bajo espesor (menores a 3 mm). cordones o puntos sin ninguna unión. entre los cuales están el diámetro del electrodo.1. Es por ello. ajustados y controlados. existe una gran cantidad de inconvenientes en el proceso que se deben controlar con el fin de obtener soldaduras sanas. ciertos parámetros que gobiernan el proceso deben ser considerados. espesor de las chapas y el tiempo de operación. puesto que es fácil producir socavaciones. se hace pasar una corriente eléctrica que permite fundir la chapa produciendo la unión. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA II. Desde el punto de vista ingenieril para garantizar que la unión obtenga las características deseadas. libre de defectos. para sujetar la chapa que se desea soldar. dichos electrodos se cargan uno sobre otro mediante un pedal. Además en trabajos de investigación anteriores. variando el tiempo de soldeo pero manteniendo la intensidad de corriente. ANTECEDENTES SALAZAR. Pudo determinarse que con el incremento del tiempo de soldeo aumentaban la resistencia mecánica de las uniones. recién reparada.0 mm. presión y diámetro de los electrodos constante.cizalladura del punto soldado. de espesores 2.5 mm y 3. M.2. ubicada en el Taller de soldadura del Departamento de Ingeniería Metalúrgica de la Universidad Nacional Experimental Politécnico ”Antonio José de Sucre” vicerrectorado Barquisimeto. así como el tamaño de la zona afectada por el calor. como también ajustar los parámetros del temporizador de corriente colocado a la máquina en 2015. manteniendo de forma constante el resto de los parámetros ya mencionados. II. han recomendado estudiar la influencia del tiempo de soldadura sobre la resistencia mecánica y la zona afectada por el calor en láminas de acero al carbono con espesores menores a 3 mm. La resistencia mecánica de las uniones soldadas se determinó por medio de ensayos de resistencia a la cizalladura y gracias a un macro ataque se evaluó la superficie de las uniones soldadas y se . en el año 2006 realizó un estudio titulado “Influencia del tiempo de soldadura sobre la resistencia mecánica y zona afectada por el calor en láminas de acero al carbono soldadas por resistencia” en el cual se realizaron uniones por medio del proceso de soldadura por electropunto en láminas de acero AISI 1020. realizados en la universidad. así como en el tamaño de la zona afectada por el calor en chapas de acero al carbono. Asimismo ir determinando los parámetros de operación de la máquina de soldadura por resistencia. siguiendo la recomendación de utilizar láminas de menores espesores que los utilizados en el trabajo de grado. H. que en todos los casos fue menor que el 10%. Se determinó además que para una corriente de 90 amperes. H. Se observó que en la zona afectada por el calor (ZAC) se produce una disminución de la dureza por debajo del valor del material base. Se obtuvo un índice de ablandamiento con indicador de la pérdida de resistencia de la junta. convirtiéndose esta zona en la que controla las propiedades de la unión. LORUSSO.pudo medir el tamaño de la zona afectada por el calor. Este trabajo tomó como referencia para continuar evaluando la influencia del tiempo de soldeo para láminas de bajo carbono. La soldabilidad de estos aceros Dual Phase para soldaduras por resistencia fue muy buena. Sobre los puntos de soldadura obtenidos se realizaron perfiles de microdureza.3 mm. 725. relacionada a la disolución de la fase martensítica debido al ciclo térmico de la soldadura. BURGUEÑO. perfiles de dureza y la microestructura producto del proceso de soldadura. caracterización microestructural y ensayos de cizalladura. en el año 2011 realizaron un estudio titulado “Evolución microestructural y propiedades en aceros DP (DUAL PHASE) de alta resistencia soldados mediante el proceso de RSW” en el cual usaron cuatro grados de aceros DP con resistencia mecánica de 556. Y SVOBODA. para cada caso. el tiempo óptimo de soldeo es de 70/100 de segundo ya que con éste se obtiene una mayor resistencia mecánica y mayor continuidad del punto de soldadura. 760 y 845 MPa en espesores de 1. Este trabajo se tomó como referencia la metodología del ensayo de cizalladura.. sin embargo el ablandamiento observado debería considerarse en el diseño y en la fabricación. . Los autores caracterizaron las microestructuras y determinaron las propiedades mecánicas de los aceros DP. A.0 y 1. como también utilizar de referencias sus bases teóricas. el diámetro de los electrodos y la corriente. Analizaron la relación entre la variación de intensidad. y se comparan las durezas de los puntos . La resistencia a la cizalladura se consiguió realizando su respectivo ensayo y haciendo metalografía se determinó las características de la zona afectada por el calor en cuanto a su tamaño. dureza. tiempo y presión de soldadura con los datos de longitud. F. Y VACA. en el cual se describe cada parámetro de soldadura y su influencia en la calidad de la soldadura. Se pudo determinar que con el aumento de la presión disminuye la resistencia a la cizalladura y aumenta el tamaño de la zona afectada por el calor. BRICEÑO. el tiempo de soldeo. propiedades mecánicas y estructurales de la zona afectada por el calor. en el 2014 realizó un estudio titulado “Efecto de la presión sobre la resistencia mecánica de láminas soldadas por electropunto” que consistió en la realización de uniones soldadas a través del proceso de soldadura por electropunto en láminas de acero de bajo carbono (SAE 1010) variando la presión y manteniendo constantes el tipo de material. S. en la zona de fusión y en la zona afectada por el calor. P. Además se observó en la microestructura la morfología de la zona de fusión y zona afectada por el calor. las características de los equipos usados en estos procesos y los métodos que se utilizan para comprobar la integridad de la unión. de este trabajo de investigación se pretende tomar como referencia el análisis realizado en el metal base. en el 2012 en su trabajo de investigación titulado “análisis de la zona afectada por el calor en los procesos de soldadura por resistencia de contacto rsw (por puntos) y fw (por chispa)” presentaron una revisión general de los procesos de soldadura por resistencia de contacto por puntos y chispa. tomándolo como ejemplo para realizar los análisis en el presente trabajo de investigación. Demostraron que a mayor cantidad de calor la resistencia de la junta soldada es mayor.IZA. alcanzando un valor máximo donde comienza a fundirse el material lo que trae como consecuencia que el diámetro del punto soldado disminuya. Se concluye que a una presión más baja se obtiene mayor resistencia a la cizalladura y la zona afectada por el calor es más pequeña. uso de . además comparar las microestructuras obtenidas de la zona afectada por el calor y fusión.3. Debido a que es usada en procesos de producción masiva para láminas con espesores menores a 3 mm. eléctrica y de juguetería. Este trabajo utilizó como referencia para el funcionamiento de la máquina de soldar por electropunto. es de gran importancia a nivel mundial en la industria automovilística. electrodoméstica. en 2015 realizó un trabajo titulado “Puesta en marcha de la máquina de soldar por punto de la UNEXPO – VRB” que consistió en la puesta en marcha de Máquina de soldar por electropunto de la UNEXPO – VRB ubicada en el taller de Soldadura del Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Este trabajo se utilizó como referencia para establecer los parámetros en cuanto a presión aplicada por los electrodos a la soldadura de electropunto. llamada también soldadura por electropunto. J.soldados a diferentes presiones de soldeo con un ensayo de microdureza Vickers. GIL. II. como también utilizar de referencias sus bases teóricas. debido a que no es necesaria la preparación de bordes. así como también para los parámetros de trabajo de la misma. Dicho proyecto se basó en la necesidad de disponer en el taller de la única máquina de unión por electropunto en buen estado. ya que el mismo se encontraba inoperante. La utilización de este proceso genera altas reducciones de costos de producción. mejorando el proceso de aprendizaje de los estudiantes y prácticas realizadas. JUSTIFICACIÓN La soldadura de resistencia por punto. presión de los electrodos. en su trabajo de grado realizó la puesta en marcha de la máquina de soldar por electropunto de la UNEXPO – VRB. En el proceso de soldadura por electropunto existen cuatro parámetros fundamentales. como lo son el tiempo de ejecución. por tal motivo este trabajo sirvió para ajustar los parámetros de funcionamiento. posterior a la reparación y colocación del temporizador de corriente. por la reducción de consumo energético y ajustar parámetros para el control de calidad de la unión. Salazar. Por tal motivo este trabajo buscó ampliar conocimientos en el uso de este proceso. intensidad de corriente y el material. En 2015. puntualmente en los efectos de la intensidad de corriente y tiempo de ejecución aplicado. Gil. J.material de aporte y permite la posibilidad de procesos totalmente automatizados. También en 2006. A su vez se permitirá evaluar la intensidad de corriente y el tiempo de ejecución adecuado para soldaduras de láminas de 0. modificando la microestructura de la zona de fusión y zona afectada por el calor influyendo esto en las propiedades mecánica de las uniones soldadas. Estando en este último parámetro el espesor de las láminas y el tipo de metal con que se realiza la soldadura.9 mm de acero AISI 1005. M. Debido a que la manipulación de estas variables pueden afectar la unión soldada. en su trabajo de grado acerca de la influencia del tiempo de soldadura sobre la resistencia mecánica y zona afectada por el calor . recomienda continuar con la investigación para espesores menores a 3 mm. II. ALCANCES Con el presente trabajo se analizó el efecto de la intensidad de corriente y tiempo en las propiedades mecánicas de láminas de acero de bajo carbono soldadas por electropunto.en láminas de acero al carbono por resistencia.9 mm Se evaluarán soldaduras variando la intensidad de corriente entre las primeras tres posiciones del reóstato y el tiempo de ejecución entre 1 segundo y 2 segundos. Permanecerán sin variación los parámetros de presión ejercida por los electrodos e intensidad de corriente. El material a utilizar en este proyecto es un acero al carbono AISI 1005 con un espesor de 0. . 4. Evaluar la resistencia a la cizalladura variando la intensidad de corriente y el tiempo de ejecución. . según la norma ASME sección IX.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Analizar la microestructura y la dureza de una soldadura por electropunto.III. OBJETIVOS III. de una unión por electropunto. OBJETIVO GENERAL Efecto del tiempo de soldadura por electropunto en las propiedades mecánicas de láminas de acero AISI 1005 con un espesor de 1. variando la intensidad de corriente y tiempo de ejecución.0 mm III. Relacionar la microestructura y las propiedades mecánicas (cizalladura y dureza) de uniones por electropunto.1. . los más importantes son el tipo de fabricación. la dosificación de la corriente aplicada.1. A diferencia de los demás procesos de soldadura. el tiempo de soldadura y el control de la presión de forja. MARCO TEÓRICO IV.IV. en la soldadura por resistencia es fundamental la aplicación de presión mecánica para unir las partes por forjado. DIN (Instituto Alemán de Normalización) etc. presentan . ya que para realizar las soldaduras de las piezas. no se necesita la adición de materiales complementarios. Este es un proceso autónomo.2 CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA POR RESISTENCIA Existen varios criterios para realizar la división de los procesos de soldadura.1 DEFINICIÓN Y DESCRIPCIÓN GENERAL Los procesos de soldadura por resistencia se basan en el calentamiento del metal debido a la resistencia que estos presentan a la circulación de la corriente eléctrica a través de los mismos. El calor necesario para generar la fusión depende de la intensidad y la duración de circulación de la corriente.1 PROCESOS DE SOLDADURA POR RESISTENCIA IV. Los institutos de normalización a nivel mundial como ISO (Organización Internacional para la Normalización). IV.1. Puede no haber suficiente tiempo durante la fase de calentamiento para homogeneizar la estrucruta. las microestructuras desarrolladas no son las que corresponden a las condiciones de equilibrio. mientras que las escalas de enfriamiento son a menudo equivalentes a las obtenidas en el temple por aceite. En la figura 1 se muestra la clasificación de los proceso de soldadura por resistencia. como se pueden ver en la Figura N° 1.2 SOLDADURA Y METALURGIA DE LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR EN LOS ACEROS IV. IV.clasificaciones variadas para los procesos de soldadura por resistencia. nitruros u oras fases cuya soldabilidad . El primero es la transformación de la fase gamma centrada en la cara (austenita) a la fase alfa centrada en el cuerpo (ferrita). los cuales pueden afectar las propiedades mecánicas.1 TRANSFORMACIONES EN EL ACERO AL CARBONO La mayoría de los procesos de soldadura por fusión (la soldadura por electroescoria y por gas pueden ser una excepción a este respecto) engendran altas escalas de calentamiento y enfriamiento en el metal base adyacente a la soldadura. que en el hierro puero es a los 900 °C aproximadamente (el punto señalado como A3 en la figura N° 1). No obstante. Por consiguiente. El acero al carbono está sujeto a dos tipos de transformación de subsólidos.2. como punto de partida. es conveniente considerar las estructuras desarrolladas en el acero al carbono en condiciones de equilibrio. El segudno consiste en la precipitación de carburos. que se hacen más pequeños y son progresivamente enriquecidos en el carbono a medida que disminuye la temperatura. La ferrita que contiene una pequeña cantidad de carbono en solución es precipitada. la transformación empieza cuando la temperatura baja al punto A3P correspondiente al contenido de carbono del acero. Por encima de la línea A3P (considerando sólo los aceros de bajo contenido de carbono) el acero es austenítico. temperatura crítica superior. que ahora contine 0. Figura N° 1 Diagrama de equilibrio de Hierro cementita. produciendo un endurecimiento por precipitación. VERDEZOTO.8% de carbono aproximadamente. Guevara.disminuye a medida que decrece la temperatura. dejando granos de austenida. Al enfriar lentamente. G. Fuente: G. temperatura crítica inferior) la austenita restante. La figura N° 1 es el diagrama hierro-cementita o hierro-carbono. mezcla eutectoide laminada de . se transforma en perlita. A 695°C (Línea A 1M. el cual modifica la curva de enfriamiento y eleva las temperaturas de transformación para producir estructuras menos frágiles en aquellos aceros que se endurecen por enfriamiento rápido. Este producto de transformación es producido por un movimiento de corte del enrejado austenítico. mediante el tratamiento térmico posterior a la soldadura. En la práctica de soldadura la microestructura de la zona afectada por el calor puede ser controlada en cierto modo por el precalentamiento. Con enfriamientos más rápidos. los carburos se precipitan alrededor o dentro de la ferrita. En sentido general.ferrita y cementita (Fe3C). La estructura obtenida de esta forma por enfriamiento lento cosiste en granos entremezclados de ferrita y perlita. Un enfriamiento rápido reduce la temperatura a la que tiene lugar el cambio gamma a alfa. A escalas incluso más rápidas de enfriamiento la transformación a una temperatura (M) en la que se forma la martensita. estando retenido el carbono en solución sólida en un enrejado cúbico centrado en el cuerpo distorsional. A medida que la temperatura de transformado disminuye. estructura conocida como bainita. la distancia sobre la cual los átomos de carbono pueden difundirse se reduce y hay una tendencia a formar estructuras que comprendan progresivamente movimientos de átomos más cortos. . Mientras que al enfriar lentamente se pueden segregar carbono en granos de austenita individuales y separados. naturalmente. que ahora aparece en forma de agujas o placas en lugar de granos de ejes equivalentes. el producto de transformación es más duro y más frágil cuando más baja es la temperatura de transformación y (especialmente en caso de la martensita) cuanto más alto es el contenido de carbono. Una modificación más radical de estructuras de la soldadura y de la zona afectada por el calor puede obtenerse. El tamaño máximo del grano y la extensión de la zona de crecimiento de éste aumentan cuando disminuye la velocidad de enfriamiento y son mayores en caso de soldadura con electroescoria. en las soldadoras por arco se extiende solamente unos pocos milímetros más allá del frente de fusión. La zona afectada térmicamente en los aceros de bajo carbono con estructura normal y soldadura de una vez con electrodos recubiertos o con el proceso de arco sumergido. en cambio en las soldaduras con soplete y con electroescoria es algo más ancha. Los granos pueden tener una estructura tipo de Widmanstatten si se enfrían rápidamente a través de ka . en la cual están visibles los cambios microestructurales. c) La región de transformación parcial. comprende tres partes metalúrgicamente distintas: a) La región de crecimiento del grano. En la zona adyacente al frente de fusión. de modo que la transformación prácticamente completa en austenita tiene lugar así como el crecimiento del grano. el metal base se eleva a aún temperatura muy por encima del punto crítico superior. El ancho de esta zona varía según el proceso y la técnica de soldadura.2 MICROESTRUCTURA La zona afectada por el calor de una soldadura por fusión en acero al carbono es la posición del metal sin fundr que ha sido calentada a temperaturas superiores a las temperaturas críticas interior durante el ciclo térmico de soldadura.2. b) La región de grano afinado.IV. por otra parte. conteniendo un 0. Al enfriarse. Más allá del límite de la soldadura prevalecen temperaturas críticas mucho más bajas. el ciclo térmico permite la suficiente difusión para que las dos zonas interiores resulten homogéneas con respecto al contenido de carbono. composición y estructura de grano del metal base.8% de carbono aproximadamente. pudiendo resultar microestructuras complejas. la austenita se forma. hay tiempo suficiente para la homogeneización. La extensión y la estructura detallada de estas diversas zonas varían con el tipo de ciclo térmico.zona de temperatura crítica. en acero de grano grueso. donde se disuelve los carburos para dar austenita. La transformación empieza en el centro de los granos de perlita. pero el crecimiento del grano no se extiende. El grado de homogeinización también varían considerablemente. y dentro de la red hay agregados muy finos de ferrita y cementita con ferrita precipitada a lo largo de direcciones preferenciales. Hay posteriormente complicaciones en soldaduras de cordones . por ejemplo. de forma que cuando se produce la consiguiente transformación durante el enfriamiento se obtiene una zona de grano refinado. En procesos que tengan una escala elevada de enfriamiento y. Estos granos comprenden una red ferrítica que rodea los granos de austenita preexistentes. En soldaduras por arco sumergido. En las partes en que la temperatura critica superior acaba de ser sobrepasada. Posteriormente se mantiene aún la temperatura límite entre las temperaturas superior e inferior máximas y solo parte de la estructura se convierte en austenita. cuya microestructura es generalmente similar (aunque en menor escala) a la de la zona de crecimiento del grano. y otros factores. estas zonas se transforman en martensita rodeadas de carburo parcialmente disuelto. quedando invariable la ferrita pro-eutectoide. A medida que aumentan los contenidos de aleación y de carbono (incluyendo el del manganeso) hay una tendencia a la formación de una estructura endurecida en la zona de homogeneizada. son endurecidos y resquebrajado en la zona afectada por el calor a escalas de enfriamiento normalmente superiores en la soldadura manual por arco.35% y los aceros al carbono-manganeso con carbono normal (es decir.15%). Los aceros al carbono con carbono superior a 0.3 PROPIEDADES MECÁNICAS Las microestructuras descritas anteriormente son las de acero de bajo contenido de carbono. puede. 0. al tener un porcentaje de 1.5% de manganeso o superior. producirse alguna fragilidad debido al envejecimiento por esfuerzos o envejecimientos por temple. aunque la microestructura de la zona afectada por el calor puede dividirse en zonas. Cuando el acero al carbono es sometido a tensión dentro de la escala plástica y. Por debajo de los límites el endurecimiento de la zona afectada por el calor no es excesivo pero los aceros al carbono-manganeso de alta resistencia pueden necesitar ser precalentados. pero a 250°C el tiempo de envejecimiento por tensión es aumentada incrementando el contenido de nitrógeno del acero y el acero . su detallada extensión y estructura pueden variar considerablemente.2. no obstante. hay un aumento de dureza y (para cualquier temperatura ambiente se produce la dureza máxima a lo largo de 10-14 días. De esta forma. en las que cordones sucesivos templan parte de la zona inmediatamente debajo de la afectada por el calor. En los aceros de bajo contenido de carbono que no se endurezcan como resultado de transformación en la zona afectada por el calor. por consiguiente.múltiples. IV. es envejecido. El efecto del endurecimiento puede reducirse al mínimo por adiciones de aluminio.3 SOLDADURA POR PUNTOS La soldadura por puntos RSW (Resistance Spot Welding) es el proceso predominante en la familia de soldaduras por resistencia. pero inclusión en horno abierto los ceros calmados por aluminio están sujetos a alguna pérdida de resistencia al impacto después del envejecimiento por tensión. . que es la temperatura generalmente seleccionada para el acero libre de esfuerzos. En la figura 3 se observa que durante el proceso de soldadura los electrodos son los encargados de transmitir la corriente eléctrica y la fuerza para mantener unidas las placas de metal. La fragilidad así originada puede eliminarse parcialmente por tratamiento térmico a 600°C. Mediante este proceso se unen permanentemente láminas metálicas superpuestas en determinados puntos. puede también producirse en la zona afectada por el calor. los que corresponden a las zonas de contacto entre las piezas y electrodos (los electrodos normalmente están construidos de cobre o aleaciones de cobre). IV.bessemer resulta notablemente más afectado que el acero en horno abierto. si las escalas de enfriamiento son suficientemente altas. El envejecimiento por temple. que es el efecto del endurecimiento por envejecimiento desarrollado después de templar acero al carbono a temperatura de 900°C aproximadamente. Figura 2. pero también se usan formas hexagonales y cuadradas. Clasificación de los procesos de soldadura por resistencia Fuente: Horwitz Henry (1990) El tamaño y la forma del punto de soldadura se determinan por medio de la punta de electrodo. Si la soldadura se hace correctamente. la forma del electrodo más común es redonda. su resistencia es comparable con la del metal circundante. . El botón de soldadura resultante tiene normalmente un diámetro de 5 a 10 mm. con una zona afectada por el calor que se extiende un poco más allá del punto dentro del material base. aparatos domésticos.Figura 3.5 mm. Este proceso puede ser utilizado para soldar planchas de acero con espesores desde 0. muebles metálicos y otros productos hechos a partir de láminas metálicas en los cuales no se haga indispensable la estanqueidad.65 hasta 3.3.com/fce/repository/Update/ES_UpdateFCE_Nov09. Se considera que la carrocería de un automóvil normal tiene aproximadamente entre 2000 y 5000 puntos de soldadura .1 APLICACIONES DE LA SOLDADURA POR RESISTENCIA POR PUNTOS O ELECTROPUNTO (RSW) El proceso RSW se usa ampliamente en la producción masiva de automóviles.pdf IV. Disposición de los electrodos y piezas de trabajo en la soldadura por punto Fuente:arcelormittal. Manejo sencillo por automatización de equipos. IV. atmósferas contaminadas.3. ya que es capaz de absorber tolerancias considerables en variables perturbadoras tales como: suciedad en los materiales.individuales y que la producción anual de automóviles en todo el mundo se mide en decenas de millones de unidades. Superficies suaves. otras técnicas de soldadura las . la calidad depende más de la regulación de parámetros que de la destreza del operario. etc. Robustez del proceso. Ausencia de deformaciones y cambios en la estructura del material. Soldaduras uniformes y de buena calidad.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA SOLDADURA POR ELECTROPUNTO (RSW) Este proceso de soldadura presenta las siguientes ventajas: Alta velocidad de proceso. libre de fusión o huellas profundas. si la ejecución es correcta. con tiempos de soldadura muy cortos y elevadas velocidades de paso de un punto a otro. No requiere preparación previa de la unión. en comparación a cuales tendrían una influencia negativa. No se requiere material de aportación por lo que se reducen los costos.. la resistencia del circuito y el intervalo del tiempo en que se aplica la corriente. La energía calorífica aplicada a la operación de soldadura depende del flujo de corriente. por lo general mucho más costoso que la mayoría de los equipos en otros procesos. La generación de calor se expresa mediante la ley de Joule con la ecuación: Ecuación 1. sobre todo si se usan máquinas monofásicas. éste presenta bajos voltajes (comúnmente de 3 a 8 voltios) y altos amperajes (los que generalmente se encuentran en el orden de decenas de kilo-amperios). IV. Los requerimientos de potencia de corta duración y alta corriente producen demandas de potencia de línea desfavorables. Los tipos de uniones que pueden soldarse están limitados a las uniones sobrepuestas. para formar el punto de fusión. Ley de Joule.Y como desventajas del proceso se tiene que: El costo inicial del equipo es alto.4 GENERACIÓN DE CALOR EN EL PROCESO RSW La superficie en contacto con la región en la que se concentra la corriente es calentada por uno o más pulsos durante un tiempo corto. . en [Ω]. Calor generado por el paso de corriente Q= k. La conductividad térmica del acero es aproximadamente el 12% de la conductividad de cobre. por lo tanto.t [2] En la que: Q = Calor generado. K= Calor perdido por convección. el calor generado a lo largo de la interface de las piezas de trabajo es conducido fuera de la zona de soldadura más rápidamente por los electrodos. Debido a que los intervalos de tiempo en que se genera el calor necesario para realizar la soldadura son cortos en la práctica se usa una ecuación más general como se expresa a continuación: Ecuación 2. en [Watts-segundo] o [Joules].[1] En la cual la intensidad de corriente y la resistencia eléctrica varían con el tiempo. I = Corriente. siempre que se tenga un sistema de enfriamiento. en [A]. . conducción y radiación. I2. en segundos. R = Resistencia eléctrica.R. en los que el calor es disipado por el agua de enfriamiento. t = Tiempo. Ciclo básico en la soldadura por electropunto Fuente: Handbook for resistance spot welding (2005) Donde: SQUEEZE TIME: es el tiempo de compresión. .5 CICLO DE SOLDADURA PARA EL PROCESO RSW El ciclo típico de la soldadura por electropunto generalmente consiste en una serie de pasos. Figura 4. los cuales se ilustran en la figura 4. OFF TIME: es el tiempo de apagado de la máquina. HOLD TIME: es el tiempo de mantenimiento de la presión. HEAT OR WELD TIME: es el tiempo de soldadura.IV. IV.5. por lo general el incremento gradual se usa en aplicaciones automotrices. Un período de reducción gradual de corriente (Down-slope) puede ser programado adicionalmente con la finalidad de obtener soldaduras de buena calidad en materiales sensibles a tratamientos térmicos. Este tiempo tiene como objetivo permitir que se enfríe o se asegure la coalescencia apropiada del . En este tiempo la fuerza que se aplica debe asegurar el contacto de las piezas de trabajo.2 Tiempo de Soldadura (Weld Time) En este punto los contactores son energizados y la corriente eléctrica comienza a fluir a través de las partes que se están uniendo. al enfriarse lentamente.5.1 Tiempo de Compresión (Squeeze Time) Es el tiempo comprendido entre la aplicación inicial de presión del electrodo sobre la pieza de trabajo y la primera aplicación de la corriente eléctrica. el cual ayuda a disminuir o prevenir la expulsión de material y a proteger los circuitos de las máquinas.IV. el valor de la corriente eléctrica puede alcanzar abruptamente el valor para la soldadura o se puede programar un incremento gradual (Up-slope). IV.5.3 Tiempo de Mantenimiento de la Presión (Hold Time) Es el tiempo durante el cual se sigue aplicando presión en el punto de soldadura después de haber cesado el paso de la corriente. En la figura 5 se indica de manera secuencial los diferentes pasos que lleva a cabo la soldadura por electropunto. Secuencia gráfica durante la ejecución de una soldadura por electropunto Fuente: Entron (2007) .botón de soldadura.4 Tiempo de Apagado (Off Time) Es el tiempo durante el cual los electrodos se retiran de la pieza de trabajo. después de lo cual se suprime la presión de soldadura y se retiran los electrodos. Figura 5. Generalmente se aplica en donde el ciclo de soldadura es repetitivo. lo que permite realizar una nueva soldadura. IV.5. 6 TIPOS DE CICLOS DE SOLDADURA Para la soldadura por electropunto se puede adoptar diferentes tipos de ciclos de soldadura.IV. así como del espesor y la termodifusividad del metal a soldar.8 TIPOS DE REGÍMENES DE SOLDADURA Los regímenes de soldadura pueden subdividirse convencionalmente en: . ambos se muestran en la figura 6(c). IV. estos son usados principalmente para aumentar el refinamiento en aceros de alto contenido de carbono y aceros aleados. cada uno de estos ciclos se deben adoptar según las características de la composición del material a soldar. La importante característica del régimen de soldadura en estos procesos es que su “dureza” depende del tiempo de la duración de la circulación de la corriente. Después de la soldadura se tiene un período de corte de la corriente.7 RÉGIMEN DE SOLDADURA El régimen de soldadura determina el aspecto exterior. Otros dos tiempos que se pueden adicionar a los ciclos de soldadura son la forja y el post calentamiento. IV. las dimensiones de la zona fundida y la resistencia mecánica de la unión. estos ciclos se muestran en la figura 6. lo que permite que la soldadura se enfríe antes de que se aplique la corriente de templado. En los regímenes duros el punto de soldadura está situado más simétricamente respecto al plano de unión. la insignificante evacuación de calor hacia los electrodos permite obtener una mayor altura en la zona fundida. Diferentes tipos de ciclos de soldadura Fuente: American Society for Metals (1961) . por el calentamiento no prolongado del metal.8.IV. Figura 6. por consiguiente.1 REGÍMENES DUROS Se caracterizan por la breve circulación de corriente de soldadura y. Los principales parámetros del régimen de soldadura son: la intensidad y duración de circulación de la corriente de soldadura y el esfuerzo de presión de las piezas (figura 7). Parámetros principales de la soldadura por puntos. la duración del calentamiento es mayor. las dimensiones de la zona afectada térmicamente y del cinturón plástico son mayores que en los duros. Al realizar la soldadura en el régimen blando la forma y la disposición de la zona fundida dependen de la evacuación de calor hacia los electrodos y las piezas que se sueldan.8.IV. Figura 7. . también de la estructura de las piezas a soldar.2 REGÍMENES BLANDOS Aquí la duración de la circulación de la corriente es relativamente grande. Estos parámetros se obtienen al manipular los órganos de mando correspondientes de la máquina. IV. Al aplicar los regímenes blandos. El régimen de soldadura depende de las propiedades físicas del metal a soldar y del tipo de equipo empleado y. a veces.9 PARÁMETROS DE SOLDADURA Y SU INFLUENCIA EN EL PROCESO RSW Bajo el régimen de soldadura es necesario comprender el conjunto de parámetros del proceso de uno u otro procedimiento de soldadura. Sobre el límite superior. . inversamente proporcional a la raíz cuadrada del tiempo. bajo los límites permitidos la fusión no puede darse.9. provocando una incrustación de los electrodos en el material. Una combinación de alta corriente y demasiado tiempo puede producir una distribución de calor indeseable resultando en una severa fusión superficial.Fuente: American Welding Society (1996) IV. si el tiempo es extremadamente corto.1 EFECTO DE LA CORRIENTE DE SOLDADURA La corriente de soldadura requerida para calentar el material es. aproximadamente. la corriente debe ser muy alta. Existen límites superiores e inferiores en la magnitud de la corriente de soldadura. se produce el calentamiento de todo el material que se encuentra entre los electrodos hasta el rango plástico. generándose solo el calentamiento del circuito. lo que aumenta la temperatura en la interface. este exceso de corriente también genera que los electrodos se recalienten y las superficies externas se quemen. por lo tanto. Figura 8. en un acero de bajo carbono de 0.9.2 CALENTAMIENTO En la figura 9 se muestra como al conectar la corriente de soldadura. a costa de la concentración de las líneas de corriente. Los efectos de la corriente de soldadura en el diámetro del punto de soldadura. resistencia a la tracción – corte de la junta y la indentación de la junta se muestran en la figura 8. IV.La máxima resistencia en el punto de soldadura se obtiene al soldar con una intensidad de corriente ligeramente menor al valor en el cual se tiene expulsiones de material. Efecto de la corriente en el diámetro del botón o punto de soldadura.9.3 EFECTO DEL TIEMPO DE SOLDADURA .74 mm de espesor Fuente: American Welding Society (1996) IV. resistencia a la tracción – corte de la junta e indentación de la junta. el calor producido hace que se caliente primeramente los resaltos y luego las zonas de material cercanas al flujo eléctrico. por lo que. El efecto del tiempo de soldadura en la distribución de temperaturas en las piezas y el electrodo se muestran en la figura 10.El tiempo de circulación de la corriente de soldadura influye directamente en la cantidad de calor generado. estas dos magnitudes (corriente y tiempo) están en directa relación una con la otra. Esquema de la concentración de las líneas de corriente en el proceso de soldadura RSW Fuente: Orlov (1985) . Figura 9. . en el circuito se identifican siete resistencias conectadas en serie: (a) electrodo superior. (b) superficie de contacto entre el electrodo y la pieza superior. Principales puntos de generación de calor. (c) la pieza de trabajo superior. (e) pieza de trabajo inferior. y gradiente de temperaturas después del 20% y al 100% del tiempo de soldadura.Figura 10. (f) superficie de contacto entre el electrodo y la pieza inferior. Este largo tiempo de soldadura hace que exista un excesivo chisporroteo. en electrodos. piezas de trabajo y punto de soldadura Fuente: American Welding Society (1996) En la figura 10. (d) superficie de contacto entre las dos piezas de trabajo. y (g) electrodo inferior Un prolongado tiempo de circulación de corriente genera que ciertos puntos del material que están en contacto interfacial se calienten por encima del punto de ebullición y produzcan gas. el material no presente deformaciones que generen contactos defectuosos.10 ELECTRODOS USADOS EN EL PROCESO DE SOLDADURA POR ELECTROPUNTO La calidad de las soldaduras está directamente relacionada con la forma y dimensiones de la superficie de trabajo que entra en contacto con las piezas.IV. menores serán su conductividad eléctrica y térmica. cuanto más dura sea la aleación. permitiéndole trabajar por un largo intervalo de tiempo.4 EFECTO DE LA FUERZA DE SOLDADURA EN EL CALENTAMIENTO La fuerza de soldadura debe estar acorde con la cantidad de corriente eléctrica que es capaz de generar la máquina de soldar. térmicas y sus cualidades mecánicas.10. Para evitar ejercer más fuerza en los electrodos se debe asegurar que en la zona de soldadura. . En términos generales. En el mercado hay electrodos de diversas aleaciones de cobre con propiedades físicas y mecánicas satisfactorias.9.1 ELECCIÓN DE LOS ELECTRODOS La elección de la aleación apropiada para una aplicación dada se basa en un equilibrio entre sus propiedades eléctricas. IV. IV. El límite proporcional se fija en gran medida mediante tratamiento con calor. La temperatura de la cara del electrodo es el factor determinante.10. Composiciones de metal refractario. IV. Así como elevada dureza para evitar la deformación cuando este se someta a elevadas temperaturas y fuerzas de compresión durante el proceso de soldadura. El tamaño y la forma de los electrodos por lo regular dependen del espesor de las láminas y del metal que se va a soldar. una resistencia eléctrica baja para evitar problemas de calentamientos y quemaduras en las piezas de trabajo. IV. Los materiales para los electrodos han sido clasificados por la RWMA (Resistance Welding Manufacturing Alliance) dentro de dos grupos: En base de aleaciones de cobre. porque aquí es donde ocurre el reblandecimiento.10.La resistencia a la deformación depende del límite proporcional y de la dureza de la aleación del electrodo. y por consiguiente.3 DISEÑO DEL ELECTRODO .2 MATERIALES DE LOS ELECTRODOS Los materiales para los electrodos deben tener elevada conductividad eléctrica y térmica. El diseño del electrodo involucra cuatro características estructurales del electrodo: Cara. cuerpo o vástago. Las formas de las caras han sido normalizadas por la RWMA. La cara del electrodo en la soldadura por puntos se encuentra en contacto directo con las superficies de las piezas antes y después de la fusión del metal. se puede determinar mediante la fórmula: Ecuación 3. . Las dimensiones de la cara del electrodo son regidas por el espesor de las chapas de metal que se soldarán. Figura 11.b y E. esta pequeña área es sometida constantemente a aplicaciones de altas temperaturas y presiones. medio de fijación en el portaelectrodos y enfriamiento (figura 11). B y E mostrados en la figura N° 12. Tipos estándar de caras para electrodos según la RWMA Fuente: American Welding Society (1996) El diámetro mínimo para las caras de los electrodos tipo A. Diámetro mínimo para las caras del electrodo tipo A. Analogía eléctrica del circuito secundario en la soldadura por puntos. .ec/ IV.metaltronic.11 RESISTENCIA ÓHMICA EN LA SOLDADURA POR PUNTOS Uno de los factores que determina la calidad del punto soldado es la resistencia óhmica R. que interviene en la ley de Joule.com. Figura 13. La figura 13 muestra las resistencias conectadas en serie. Tipos estándar de caras para electrodos según la RWMA Fuente: http://www.d= 2e + 4 [3] donde “e” es el espesor en milímetros del material. Figura 12. para dos placas. Resistencia total de soldadura por electropunto. esta resistencia es muy pequeña para los metales y aumenta ligeramente en el caso de la soldadura. RC debe ser la mayor posible con el fin de concentrar toda la energía calorífica en este punto. su influencia es despreciable comparada con las otras resistencias. en general. R= (Rm1+Rm2) + RC + (Rc1+Rc2) + (Re1+Re2) [4] Las resistencias Rm1 y Rm2 dependen únicamente de la naturaleza del metal a unir. siempre buscando una .Fuente: American Welding Society (1996) La resistencia total R viene dada por la expresión: Ecuación 4. La resistencia de contacto depende de varios factores como: . el aumento de la tensión de corriente. es necesario que esta permanezca constante durante el proceso de soldadura. Una superficie sucia provoca así mismo la pegadura de las puntas de los electrodos. Se entremezclan puntos de contacto con huecos que en muchos casos se llenan con aire. pero esta opción no es siempre factible. Rc1 y Rc2 son las resistencias en los puntos de contacto de los electrodos con las chapas.12 RESISTENCIA DE CONTACTO La existencia de una resistencia de contacto finita se debe principalmente a los efectos de la rugosidad en la superficie. así mismo. actúan como dieléctricos hasta convertir a la soldadura en imposible. Los óxidos metálicos. puede ser un medio eficaz para suprimir parcialmente el efecto de los óxidos. lo cual trae como consecuencia un chisporroteo exagerado del metal en fusión y un desgaste más rápido de los electrodos. La presión de ajuste sobre los electrodos interviene en parte para romper las capas de óxido. IV. La variación dinámica de las resistencias se muestra de manera esquemática en la figura 13.resistencia RC elevada. La composición del material base. Una fórmula que permite calcular la resistencia de contacto con referencia a la presión Ecuación 5.5 a 1. Resistencia de contacto a la presión. Yk= factor adimensional que depende del tipo de material que se está soldando y del estado de la superficie. . α= indicador que varía de 0. Esfuerzo de compresión. [5] Donde: RC= resistencia de contacto.0 dependiendo del material base. P= presión que ejercen los electrodos. La temperatura a la que se da el contacto La calidad de la superficie del material. Mientras se tenga un material más blando y de menor rugosidad superficial. tanto más baja será la así llamada resistencia de contacto. Tabla 1. las propiedades mecánicas del material y del estado de las superficies. Valores del factor adimensional Yk. Figura 14.En la tabla 1 se muestra los valores del factor Yk para el acero de bajo carbono y aluminio.005-0.002 0.001-0. Material Aluminio Acero bajo carbono Yk 0.006 Fuente: Orlov (1985) El número de puntos de contacto y de aislamiento están directamente relacionados con los esfuerzos de compresión a los que se someten a las superficies. Variación de las diferentes resistencias que generan el calentamiento en la soldadura por punto . 4) Hidrógeno Absorbido.obtesol.Fuente: www. 6) Gases Absorbidos. 3) Incrustaciones de corrosión. 7) Película de polvo. 2) Superficie de óxido. Para estudiar la resistencia de contacto hay que tomar en cuenta que las superficies de los materiales que se desean soldar no presentan una composición uniforme. 5) Capa de aceite. en la figura 15 se detalla esta composición real donde 1) Material Base.es Como resultado de la experiencia y a los experimentos realizados en este tipo de soldadura se ha determinado que la resistencia de contacto entre el electrodo y la superficie de la pieza es aproximadamente dos veces menor que la resistencia que se crea entre las dos superficies del material que se sueldan. . en el momento que finaliza el ciclo de ajuste. cuando finaliza el ciclo de soldadura se aumenta nuevamente la presión para favorecer el forjado con vistas a facilitar la recristalización y. por lo tanto es recomendable. Fuente: Orlov (1985) IV.13 INFLUENCIA DE LA PRESIÓN DE SOLDADURA Y EL ESTADO DE LA SUPERFICIE EN LA RESISTENCIA DE CONTACTO Se demuestra que la resistencia de contacto varia inversamente con la presión (figura 16). por otro lado. por consiguiente. para evitar un hundimiento importante del metal en estado plástico que marcaría excesivamente el punto. por una parte. de aumentar la resistencia de contacto y. sobre todo para ciertas aleaciones. Composición superficial real en un material.Figura 15. reducir la presión en el periodo de soldadura con el objeto. la calidad del punto. . Buena. Kt: Conductividad eléctrica relativa al cobre. F: Temperatura de fusión.IV. Porcentaje de soldabilidad. Para valores de S.14 SOLDABILIDAD EN LA SOLDADURA POR ELECTROPUNTO En los procesos de soldadura por resistencia. S [%] S≤ 25 25 < S ≤ 75 75 < S ≤ 200 . Regular. SOLDABILIDAD Mala. r: Resistividad eléctrica. [6] Donde: S: Soldabilidad del material [%]. en especial en la soldadura por puntos la soldabilidad de los materiales está dada por la siguiente ecuación experimental: Ecuación 6. la soldabilidad se presenta en la tabla 2: Tabla 2 Designación de la soldabilidad de acuerdo a los valores de S. Fuente: Orlov (1985) Figura 16. Variación de la resistencia de contacto en función del esfuerzo de compresión Fuente: Orlov (1985) De igual manera existen otros métodos para establecer la soldabilidad de los materiales. S > 200 Fuente: Orlov (1985) A continuación se indican las soldabilidades de algunos materiales obtenidas mediante este criterio: Tabla 3 Soldabilidad de materiales. como por ejemplo el carbono equivalente.Excelente. MATERIAL SOLDABILIDAD [S] Acero de bajo carbono 588% Aluminio 81% Cobre. 16% Acero inoxidable 150% aprox. . según la exigencia cada recubrimiento se compone de diferente manera. se produce un decremento de las resistencias de contacto. IV. Plomo.17 EFECTO DE LOS RECUBRIMIENTOS EN LA CORRIENTE DE SOLDADURA En las interfaces de los recubrimientos como el Cinc.15 EFECTO DE LOS RECUBRIMIENTOS EN LA SOLDADURA POR ELECTROPUNTO Un recubrimiento tiene como objeto proteger el material de la corrosión. este consta de aleaciones de Cinc. Sin embargo. el proceso de fabricación por puntos tiene normalizados los tipos de material. Al ser el proceso de soldadura por puntos el más usado en la industria automotriz conviene estudiar el efecto que tiene los recubrimientos en este proceso. Cadmio. IV.IV. Sílice-Plomo. Estaño. en comparación con un acero no recubierto el requerimiento de corriente de soldadura para un acero galvanizado . si se produce un aumento en el espesor del material de igual manera se debe realizar un aumento en la corriente de soldadura o en el tiempo que compensen el aumento del espesor del recubrimiento.16 EFECTO DEL ESPESOR DEL RECUBRIMIENTO En la actualidad el recubrimiento presenta un espesor que oscila entre 5 y 11 micras. por lo que variaciones de espesores en recubrimientos son muy raras. Aluminio. se incrementa entre un 25 a 50%, lo que genera una mayor tasa de generación de calor que reduce la vida útil los electrodos o caps. La razón principal para que estas corrientes presenten una elevada magnitud es que la resistencia de contacto de la superficie galvanizada es más baja que los aceros no recubiertos. Un buen contacto entre los electrodos y la pieza de trabajo se forma debido a que el recubrimiento de Cinc es más suave y tiene una mayor conductividad por lo que una alta corriente de soldadura es necesaria para compensar la reducida generación de calor debida a la baja resistencia de contacto en la interface de la soldadura. El efecto del desplazamiento de Cinc forma un anillo alrededor del botón de soldadura que resulta en un desvío de corriente a través del Cinc, lo que reduce la densidad de corriente y por lo tanto incrementa la cantidad de corriente requerida para una buena fusión como se muestra en la figura 17. La presencia del recubrimiento de Cinc causa que el electrodo se comporte como si fuera de un mayor tamaño. Como consecuencia de esto, se presenta una reducción en el valor aceptable de corriente y se incrementa el desgaste de los electrodos. Figura 17. Efecto del cinc al desplazar la corriente de soldadura Fuente: Martínez (2003) La utilización de incrementos graduales en la aplicación de corriente permite a los electrodos asentarse gradualmente antes de que la corriente de soldadura se alcance, esto minimiza el calentamiento del electrodo y la pieza de trabajo, reduciendo así la aleación del Cinc con el electrodo. IV.18 EFECTO DE LOS RECUBRIMIENTOS EN EL TIEMPO DE SOLDADURA El tiempo de soldadura recomendado para acero galvanizado es del 50 a 100% mayor que para aceros comunes. Este tiempo adicional es necesario para desplazar al Cinc de la zona de soldadura antes de que se genere suficiente calor para producir la fusión del metal. Tiempos más largos incrementan la duración del contacto con el recubrimiento de Cinc fundido, lo que incrementa la difusión y con esta la erosión del electrodo. IV.19 EFECTO DE TRATAMIENTOS POSTERIORES El proceso de soldadura por puntos presenta una tasa de enfriamiento elevada, por lo que en la estructura de los aceros de medio y alto contenido de carbono es posible la presencia de martensita. La martensita altera de manera sustancial las propiedades mecánicas de la unión soldada, lo que hace que la calidad de unión disminuya; es por esto que se hace indispensable el tratamiento térmico del punto de unión. Comúnmente el tratamiento posterior se realiza en el mismo ciclo de soldadura, teniendo en cuenta que se debe elegir el rango de temperaturas al que se desea hacer el calentamiento conforme a la composición del material. IV.20 ASPECTO METALÚRGICO DE LA SOLDADURA POR ELECTROPUNTO Los cortes micrográficos obtenidos de un punto de soldadura según una sección media perpendicular a las chapas, se caracterizan, en primer lugar, por la forma general del punto que es una elipse más o menos deformada. Esta distribución elíptica resulta de la distribución térmica del procedimiento de soldadura. En el plano de las chapas, las isotermas son círculos por razón de su simetría; en la sección de las chapas, la temperatura de fusión se alcanza en la región central del punto con enfriamiento muy rápido, en función de las chapas a soldar (figura 18). . ensancha las isotermas y el perfil del punto es más extenso. Representación esquemática de la distribución térmica y de las zonas de transformación en una soldadura por electropunto Fuente: Seferian (1965) El enorme gradiente de esta curva explica la forma lenticular del punto de soldadura. IV. que necesita la aplicación de una corriente de soldadura prolongada. En aceros de bajo contenido en carbono.Figura 18. una soldadura lenta.21 ZONA AFECTADA POR EL CALOR La zona afectada por el calor ZAC es una región que se origina por las elevadas temperaturas que no alcanzan la fusión. pero que son lo sufrientemente altas como para modificar la microestructura del material. la microestructura de la ZAC es muy heterogénea variando sensiblemente con el ciclo térmico experimentado durante el proceso de soldadura. La ZAC de una soldadura es generalmente la parte más frágil de una estructura de acero. Es evidente que la variación de los parámetros de soldadura influye sobre la forma del punto. en el metal base. por tanto. Su estructura homogénea y fina presenta buenas propiedades mecánicas. en ella la estructura tiende a afinarse y a recristalizar. revela diversas zonas de transformación (figura 18): La ZONA 1.IV. definida por los límites de las temperaturas de transformación del acero. no se observa la existencia de una zona de recalentamiento. en ella la estructura se convierte en granular y la perlita tiende a reagruparse y a la coalescencia. por lo menos para las soldaduras que no hayan experimentado un tratamiento de recocido muy prolongado. no está afectada por el ciclo térmico y. A1 y A3. si el metal se presenta inicialmente en estado laminado. Los granos de austenita no permanecen el tiempo suficiente para crecer.22 ESTUDIO ESTRUCTURAL DE LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR La microestructura de las soldaduras de los aceros al carbono. emigración del carbono. etc. conserva su estructura inicial y propiedades mecánicas originales. segregación de los elementos. se presenta bajo el aspecto de una banda fina de difusión donde se producen las reacciones químicas en estado sólido. corresponde a temperaturas superiores a A3. o zona de normalización. La ZONA 3. que rodea la zona de fusión. La ZONA 4. La ZONA 2. . Generalmente las estructuras presentes en la ZAC de la soldadura por puntos presenta las mismas subzonas de los otros procesos de soldadura por fusión. de cristalización equiáxica.23 DUREZA EN LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR La variación de estructuras genera el cambio de durezas en la zona afectada por el calor. . IV.La zona fundida está constituida por una primera capa exterior (5).24 VARIACIÓN DEL PERFIL DEL PUNTO DE SOLDADURA A continuación se presenta algunos ejemplos de la variación del perfil de un punto de soldadura. Una elevada dureza hace que la zona se fragilice y pierda su ductilidad. de cristalización orientada dendrítica y una capa interna (6). en aceros con bajo contenido de carbono la afectación de la dureza en la zona de calentamiento no afecta de manera significativa las propiedades de la unión. la única diferencia es que en la soldadura por puntos la extensión de la ZAC es pequeña. especialmente en aceros que son sensibles a los tratamientos térmicos. IV. en función del espesor de las chapas y del diámetro de los electrodos (figura 19). Para las chapas de igual espesor soldadas con electrodos de gran diámetro (Ecuación 3) el perfil del punto de soldadura es claramente elíptico (figura 19-a). la elipse se deforma y tiende a construir una forma geométrica más regular de forma rectangular (figura 19-c). existe la formación de un perfil lenticular del lado del electrodo de mayor diámetro y una deformación del mismo perfil del lado del electrodo de menor diámetro (figura 19-d). ocurriendo lo mismo para el caso de tres chapas del mismo espesor (figura 19b). Puede conseguirse la forma elíptica del punto de soldadura con chapas de diferentes espesores si se adapta. a cada una de las chapas. Si se hace variar el diámetro de cada uno de los electrodos respecto del espesor de las chapas. Si los diámetros de los electrodos son pequeños en comparación con el espesor de las chapas (d menor que 2e). Variación del perfil del punto en función de los parámetros: Espesor de la chapa y el diámetro de los electrodos Fuente: Seferian (1965) . Figura 19. un electrodo cuyo diámetro satisfaga la ecuación 3 (figura 19-e). la misma que en la soldadura por puntos solo se da mediante los electrodos o el metal base. por lo que. Durante la solidificación del punto de soldadura se presenta un cambio en la composición del metal base. Crecimiento de los cristales. sea inferior a la suma de dichos espesores ( d < 2e2+ e1 ). la solidificación consta de dos etapas: Nucleación de fase sólida. .25 SOLIDIFICACIÓN DEL MATERIAL BASE EN EL PROCESO DE SOLDADURA POR RESISTENCIA La solidificación del punto de soldadura es similar la solidificación que se obtiene en los procesos de fundición de los aceros. el proceso de cristalización es controlado por la disipación de calor. con electrodos cuyo diámetro “d”.En el caso de tres chapas de diferentes espesores. justo donde empiezan a precipitar los cristales. El enfriamiento juega un papel importante en la solidificación. como en el caso de dos chapas. IV. se vuelve a encontrar con un perfil del punto cuadrado o rectangular (figura 19f). Figura 20. (2009) Entre los cristales que se forman están las dendritas. bajo condiciones adecuadas de soldadura el enfriamiento por agua de los electrodos actúan como sumidero de calor absorbiendo la mayor cantidad de calor y el resto se disipa por el material base.Si para el proceso de soldadura se seleccionan adecuadamente los parámetros y el enfriamiento es el correcto. los cristales globulares y celulares que se forman por la composición del material base y la transferencia de calor a través de la interface líquido-sólido.26 PROBLEMAS EN EL PROCESO DE ENFRIAMIENTO Cuando la disipación de calor en el proceso de soldadura es rápida. G. por lo cual se forman capas . genera en la estructura el fenómeno de la microsegregación. IV. la estructura del punto de soldadura será parecida a la de la figura 20. Estructura esquemática de un punto de soldadura ideal Fuente: Morales. b) Estructura esquemática de un punto de soldadura con enfriamiento rápido a través del metal base y deficiente en los electrodo. La formación de esta discontinuidad afecta en bajo porcentaje a la resistencia mecánica de la junta soldada. a) Estructura esquemática de un punto de soldadura. (a) (b) Fuente: Morales. ya . Figura 21. con enfriamiento más rápido en el electrodo que en el metal base. (2009) Mientras que si la extracción de calor se produce por el material generando que el último lugar en que el material del punto de soldadura se solidifica es el centro como se muestra en la figura 21 (b). G. en la figura 21 (a) la exagerada refrigeración de la soldadura se refleja en crecimientos de grano de forma columnar en dirección de los electrodos.de diferente composición química y el cristal que nucleó primero será rico en unos componentes y pobre en otros. mientras que en las capas externas sucederá exactamente lo contrario. Al ser los electrodos los principales agentes que extraen el calor. 27 DIAGRAMA DE SOLDABILIDAD La curva de soldabilidad o diagrama de Lobe se utiliza para caracterizar la soldabilidad de los materiales en la soldadura por resistencia. El desgaste de los electrodos. El acero galvanizado por ejemplo. presenta una curva estrecha y alto desgaste de los electrodos. la cual muestra el rango permisible de la corriente de soldadura a un tiempo de soldadura constante. IV. pero en ocasiones las fisuras se propagan hacia los bordes del punto de soldadura provocando fallas en la soldadura. La soldabilidad de un material se caracterizada por dos parámetros: El ancho de la curva de Lobe. En la figura 22 se muestra una curva de Lobe simple. comparadas con el acero común. Figura 22. Estos dos factores están gobernados por la interacción de muchos parámetros que gobiernan la distribución de temperaturas en las partes durante el ciclo térmico de soldadura.que se originan lejos de los bordes del punto de soldadura. Diagrama básico de Lobe . Es preciso establecer la programación de soldadura para que se encuentre justo por debajo del límite de la expulsión. con el tiempo de soldadura se desea reducir el tiempo de ciclo de rendimiento.com IV. en la figura 23 en la parte superior se muestra el diagrama de soldabilidad de Lobe y en la parte inferior se encuentra la calidad de punto. Figura 23.huyindustries. el esquema es más robusto y aumenta la vida del electrodo y reduce el mantenimiento.Fuente: www.28 RELACIÓN ENTRE LA CURVA DE SOLDABILIDAD Y EL TAMAÑO DE LA SOLDADURA Es posible realizar una relación que permita mostrar la interacción del tamaño del botón de soldadura y la calidad del mismo. Relación entre la calidad de la soldadura y el diagrama de Lobe . com IV.huyindustries. en la soldadura de una fila o un grupo de puntos en forma sucesiva el shunteado de la corriente se realiza a través de los puntos obtenidos o a través de los contactos casuales entre las piezas (figura 24).Fuente: www.29 EFECTO SHUNT En ocasiones durante la soldadura una parte de la corriente suministrada (Isold) a los electrodos. Este fenómeno se llama shunteado de la corriente. circula a través de las piezas esquivando la zona de soldadura. . el cual es equivalente a dos resistencias en paralelo.com Si un punto de soldadura se efectúa muy cerca del anterior. habrá un efecto de desvío. la acción de la primera soldadura elimina la resistencia interfasial en ese punto y dado que las superficies de contacto de los electrodos son iguales. el núcleo fundido del punto obtenido tendrá dimensiones reducidas. El paso entre puntos está representado por tp. Fuente: www. Efecto Shunt en la soldadura por puntos. La corriente pasará a través de los dos caminos en proporción inversa a su resistencia. Figura 24. como resultado.huyindustries. .Debido a esto circula corriente de magnitud insuficiente por la zona de soldadura y. así como la resistividad eléctrica del metal base afectan la cantidad de desvíos de corriente. Factores como la impedancia de la soldadora. Entonces el metal entre los electrodos se convierte en un circuito dividido. Otro factor a considerar es que mientras se genera el segundo botón o punto existe un incremento de la temperatura que a su vez incrementa la resistencia. lo cual favorece el efecto de desvío de corriente. parte de la corriente sigue la trayectoria del primer botón o punto de soldadura. . mientras que el resto lo hace para formar el segundo botón de soldadura. el espesor de la lámina. su temperatura.la división de la corriente dependerá de la razón entre la resistencia de la segunda soldadura con la resistencia del camino de la corriente a través de la primera soldadura. presión de soldeo e intensidad de corriente. en la cual se describan los procesos de soldadura por electropunto y analicen todas sus variables. libros. Previo a la soldadura de las láminas. Se realizó un perfil de dureza en escala Vickers para determinar la .V. Se realizó el ensayo de cizalladura para determinar la resistencia mecánica.9 mm de espesor. papers en físico o a través de documentos digitales. Para cada uno de las 3 intensidades de corriente y los 2 tiempos de soldeo se prepararon 6 probetas de las cuales se usaron 3 probetas para el ensayo de cizalladura y 3 probetas para el estudio metalográfico de la zona afectada por el calor. de acuerdo a la norma ASME sección IX. METODOLOGÍA V. Posterior al dimensionamiento de las láminas de deberá realizar un proceso de decapado a los electrodos y láminas de acero AISI 1005. se determinó la composición química de las láminas de acero AISI 1005 que se utilizarán en las pruebas. Por medio de una espectrometría de masa.1 ACTIVIDADES Se realizó una profunda revisión bibliográfica. Analizar la zona afectada por el calor midiendo su tamaño y estudiando la microestructura final a través de metalografía. estas se deben dimensionar de acuerdo a la norma ASME sección IX. Se ejecutaron ajustes a los parámetros de la máquina para las condiciones de trabajo requeridas en el soldeo por electropunto de láminas de acero AISI 1005 de 0. esto mediante la revisión de revistas. los cuales son: tiempo de soldeo. Alúmina para pulido grueso (1 µ) y fino (0. V. Reactivo para decapado: ácido clorhídrico al 10% Lijas para metalografía de granulometría 80.3 µ).2 HERRAMIENTAS Y EQUIPOS Máquina de soldadura por resistencia marca ELME ubicada en el taller de soldadura. Se hizo una relación entre las variables dependientes (fuerza a la rotura y zona afectada por el calor) y la variables independientes ( intensidad de corriente y tiempo) y verificar mediante un ANOVA la confiabilidad en los resultados de estas relaciones. 120. 600.1 MATERIALES Láminas de acero al carbono AISI 1020 de 0.N.dureza tanto en el punto de la soldadura como en la zona afectada por el calor.P. V.9 mm de espesor dimensionadas según norma ASME sección IX Reactivo para ataque químico: Nital al 2% y al 10%.X.2. VRB.2 RECURSOS V.2. Máquina de ensayos universales para ensayo de cizalladura marca RHIELLE ubicado en la sección de diseño del departamento de . Finalmente se realizaron las respectivas conclusiones luego de comparar los resultados obtenidos. 360. 1500. 240.E. U.O. 400. VRB. empleando una cizalla para realizar el corte aplicando norma ASME sección IX y usarlas en los ensayos de cizalladura así como para el estudio de la zona afectada por el calor. Esquema de Probeta según norma ASME sección IX . Desbastadora metalográfica.9 25 25 105 130 Figura 25.O. Pulidora de metalografía. Martillo y segueta..X. Cámara fotográfica Huawei CM980.ingeniería mecánica.N. Alicate de presión y regla. Esmeril de banco.P.3. Tabla 4 Dimensiones de las láminas. Prensa de banco y cizalla manual.E.1 PREPARACIÓN DE LAS LÁMINAS Se dimensionaron las láminas de acuerdo a las medidas indicadas en la tabla del Anexo N°1.3 MÉTODOS V. de la solapa y de la probeta final de acuerdo a la noma ASME sección IX. V. U. Espesor de la lámina (mm) Solape (mm) Ancho de la lámina (mm) Longitud individual de la lámina (mm) Longitud de la probeta (mm) 0. T: es el tiempo de soldeo aplicado 1 (1 seg.2 PREPARACIÓN Y AJUSTE DE LA MÁQUINA DE SOLDAR POR ELECTROPUNTO. 2 (2 seg. V. S. 2 y 3. para que no afecte durante la unión en el proceso de soldadura. . 2014 Eliminar cualquier rebaba que surja en el momento de corte con un esmeril o papel de lija. M: es la metalografía en la cual se hacen 3 réplicas. Ajustar los parámetros de la máquina (intensidad y presión).). Las láminas tendrán la siguiente nomenclatura: TXIXMX donde. Se debe realizar un decapado usando ácido clorhídrico al 10% para eliminar cualquier contaminación.3. Colocar las dos láminas solapadas entre los electrodos.105 mm 130 mm 235 mm Fuente: Briseño.). I: es la intensidad de corriente 1. herrumbre u óxido que puedan contener las láminas. Accionar el pedal mecánico para comenzar a soldar durante el tiempo definido. Se debe tuvo especial cuidado al momento de realizar la soldadura porque las láminas deben estar completamente alineadas y el punto debe quedar centrado para evitar posibles esfuerzos de torsión al momento de realizar el ensayo de cizalladura. Finalmente se calculó el esfuerzo máximo de corte con el área de la probeta y la carga máxima resistida con la siguiente fórmula: Ecuación 7. de tal forma que la carga aplicada se mantenga constante. Esfuerzo normal. 2 y 3 del reóstato.3 ENSAYO DE CIZALLADURA Sostener la lámina soldada por sus extremos en cada una de las mordazas en la máquina de ensayos universales. Ajustar el regulador de carga.3. V. Repetir el proceso para 6 probetas para 1 segundo y 6 probetas para 2 segundos de soldeo repitiendo esto para las intensidades de corriente 1. . A: Área del punto de soldadura = ). donde: Diámetro Ø1 es la punta final del electrodo.3. En la figura N° 26 se muestran las distintas zonas del electrodo utilizado. Diámetro Ø3 es la base donde se sujeta el electrodo. Dp: Diámetro del punto de soldadura.Donde P: Carga (kg). Dimensiones de los electrodos de máquina de soldadura por electropunto Ø1 Ø2 Ø3 V. Diámetro Ø2 es el tubo refrigerado.4 MACROATAQUE DE LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR SEGÚN NORMA ASTM E3-01. Figura 26. . Punto de soldadura Área de contacto de electrodos Perfil de Dureza Vickers Fuente: www. . Seguidamente se comienza a realizar el pulido grueso en la pulidora con alúmina de 1 μm. se prosigue con la secuencia de lijas desde la granulometría 600 hasta la granulometría 1500 según norma ASTM E3-01 para eliminar restos del macroataque hasta que se tengan líneas paralelas en toda la probeta al observarse en el microscopio.5 MICROGRAFÍA SEGÚN NORMA ASTM E3-01 Una vez realizado el macroataque.struers. Se realizó un corte transversal en la probeta soldada a través del punto de soldadura. Se atacó la muestra con nital al 10% durante 3 segundos.com V.3.A. Se observó en la lupa estereoscópica para tomar fotografías y analizar el resultado. Figura 27. C. Esquema de probeta con perfil de dureza Z. Utilizando la desbastadora se procedió a ejecutar la secuencia de lijas desde la granulometría 80 hasta la 600. Seguidamente se realizó un montaje en resina o baquelita para facilitar el proceso de desbaste. Se aplicó una carga de prueba y retirarse suavemente sin golpes o vibraciones. Luego se repitió el procedimiento en el metal base para tener relación en el efecto de la soldadura con respecto a la dureza del metal. Finalmente se realizó una inspección visual en el microscopio para fotografiar la microestructura de la muestra y luego su posterior análisis. Finalmente se graficaron los valores obtenidos de dureza Vs la distancia a la que fue tomada la medición Nota: Se recomienda efectuar la medición con la huella centrada. Una vez que se tomó la huella. se midió la diagonal obtenida y su valor se usó como referencia en la tabla de durezas a 100 g de dureza Microvickers que incluye el durómetro.3 μm hasta dejar las probetas sin raya alguna. Luego se procede a realizar un pulido fino con alúmina de 0. V.6 PERFIL DE DUREZA Se tomó una probeta con pulido fino y sin ataque químico para realizar el ensayo de dureza y colocarla en el durómetro y comenzar desde el centro del punto soldado. Una vez eliminadas las rayas se procede a realizar un ataque químico con nital al 2% durante 3 segundos. tanto como sea posible. trazando una diagonal de marcas hasta el metal base. en el campo óptico del microscopio. El centro de la huella no estuvo cercano a la orilla de la probeta u otra huella y debe se realizó una aplicación de carga en la pepita y otra fuera de la ZAC (Ver Figura 27).3. El tiempo de aplicación de la carga de prueba completa debe ser de 10 a 15 segundos a menos que se especifique otra cosa. . V.3.7 ANÁLISIS DE VARIANZA. ANOVA. Para este procedimiento se debe utilizar un software para cálculos estadísticos como el MINITAB 17, donde a través de una base de datos, con valores obtenidos de los ensayos de cizalladura y de la medición del ancho de la zona afectada por el calor, para de esta forma relacionarlos con la presión, usando un análisis de varianza con diseño unidireccional para hallar la confiabilidad de los resultados. V.3.8 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES. Semanas Actividades Revisión bibliográfica Ajustes a los parámetros de la máquina Espectrometría de masa Dimensionamiento 1 2 3 4 5 6 7 8 x x x x X x x x x x X y corte de probetas de acuerdo a la X x norma ASME sección IX Proceso de decapado a los electrodos y láminas de acero x x 9 10 11 12 13 14 15 1 6 Ensayo de X X X cizalladura. Análisis microestructural Perfil de dureza en escala Vickers Análisis de X X X X X resultados Conclusiones y recomendaciones X X X VI. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS Se espera realizar un importante aporte en el desarrollo tecnológico de la industria nacional dedicada a la fabricación de equipos para la industria automotriz y fomentar la creación de nuevas empresas dedicadas a este ramo. En la evaluación en curso se espera obtener uniones soldadas de alta resistencia a la cizalladura en láminas de acero AISI 1020 de 0,9 mm de espesor, aplicando el menor tiempo de soldeo posible. También se espera observar de manera notable la influencia del tiempo de soldeo en las uniones de láminas de acero de 1 mm de espesor. VII, REFERENCIAS Metals handbook. Tomo II. AENOR. 2001. visitado el: 19-06-13]. J. USA 6.mx/soldaduraayeryhoy. 2nd Edition Springer Verlag Gmbh. London. “Puesta en marcha de la máquina de soldar por punto de la UNEXPO-VRB” Tesis de Grado. UNEXPO. 2014. 9. Gil. (1961). 2015. Soldadura por resistencia: Secuencias básicas de soldadura. J. España. Metallurgy of Welding. (1996). J.ec/handle/15000/4628 8. Briceño. 7. disposición de la máquina. definiciones.1. México 4.F. American Society for metals. 2012. RWMA. “Efecto de la presión sobre la resistencia mecánica de láminas soldadas por electropunto” Tesis de Grado. (2007). Ohio 3. “Medidas de las probetas y procedimientos del ensayo de cizallamiento para soldaduras por resistencia por puntos. Iza. Disponible: http://faarsoel. La soldadura de ayer y hoy [documento en línea. Barquisimeto. B. Venezuela.html . 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