Ingeniería de Soldadura
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Ítem Texto completo enlazado Estudio de soldabilidad aplicado a la recuperación de piezas de hierro fundido nodular y compacto(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-15) Espinoza Cárdenas, Renato Sezé; Lean Sifuentes, Paul PedroEn el trabajo desarrollado se estudió la soldabilidad del hierro fundido nodular y hierro fundido compacto, en componentes con aplicación industrial, tales como un monoblock y una culata, los cuales tienen una gran demanda en la industria minera en equipos de acarreo. Para ello, se desarrolló procedimientos de soldadura para una eventual reparación de estos componentes, con el objetivo de recuperarlos. En el primer capítulo, Marco Teórico, se planteó la clasificación de los tipos hierros fundidos existentes en la industria, así como, las aplicaciones, microestructuras y normativas vigentes. Asimismo, en este capítulo, se abordaron las técnicas y recomendaciones para soldar este tipo de hierros fundidos. En el segundo capítulo, se desarrolla el procedimiento experimental. Se plantean los procedimientos de soldadura: sin precalentamiento y con enfriamiento forzado; proceso de soldadura con precalentamiento y enfriamiento controlado (lento); proceso de soldadura con precalentamiento, enfriamiento controlado y tratamiento de alivio de tensiones; proceso de soldadura con precalentamiento, enfriamiento controlado y tratamiento post-soldadura de recocido y; finalmente, procesos de soldadura con precalentamiento en condiciones de embridamiento. El proceso de soldadura utilizado fue SMAW y los electrodos evaluados fueron ENiFe-Cl y ENi-Cl. En el tercer capítulo, se muestran los resultados de los ensayos realizados y se lleva a cabo un análisis de los resultados. Los resultados preliminares obtenidos permiten comprobar que el precalentamiento, disminuye la formación de martensita; otro resultado encontrado, es que el hecho de que no se produzcan fisuras durante o después de la reparación por soldadura, no es indicio que la soldadura de reparación fue exitosa, pues siempre se formará martensita, así se emplee precalentamiento y enfriamiento lento. Como conclusión final, se obtiene que para el soldeo de reparación de ambos componentes, se recomienda soldarlos mediante el proceso SMAW utilizando un precalentamiento de 300°C en el caso del monoblock y de 260°C en la culata, pudiéndose emplear cualquiera de los dos aportes ENiFe-CI o ENi-CI, luego a las uniones soldadas se les debe realizar un tratamiento térmico post-soldadura de recocido, con objeto de eliminar las zonas frágiles y duras, formadas básicamente por martensita.Ítem Texto completo enlazado Análisis de falla de un árbol de levas de bomba de inyección de combustible reparado por soldadura(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-03-19) Merino Ponce, Daniel; Lean Sifuentes, Paul PedroEl trabajo de investigación aquí descrito presenta la metodología aplicada y los resultados obtenidos en la realización del análisis de falla de un árbol de levas de bomba de inyección de combustible reparada por soldadura. El árbol de levas tuvo una reparación (recuperación) por soldadura un mes antes de que se produjera la fractura del componente, la empresa que realizó el trabajo de recuperación no proporcionó información sobre el procedimiento seguido para la recuperación. Se ejecutaron diversos ensayos cuya finalidad fue la de establecer la causa más probable de falla. En la inspección visual y el ensayo de fractografía, se determin óque la fractura del árbol de levas se produce por un mecanismo de fatiga mecánica de baja carga. La caracterización del material del árbol de levas determinó que se trata de un acero de bajo carbono y baja aleación al cromo que posee un tratamiento térmico de endurecimiento superficial. Del análisis macrográfico realizado se identificaron las zonas de reparación por soldadura que coincide con el inicio de fractura del árbol de levas. Del análisis metalográfico se encontró la existencia de dos ciclos de aporte de calor, así como también se identificó la presencia de una capa superficial producto de un tratamiento térmico de cementado. Mediante el ensayo de análisis químico por microscopía electrónica de barrido EDS se determinó que el material de aporte utilizado en el proceso de reparación por soldadura es compatible con un acero inoxidable 14,12% Cr y 7,47% Ni. Del ensayo de dureza se concluyó que existe un cambio significativo en propiedades mecánicas entre la zona recuperada por soldadura y el cuerpo del árbol de levas. De lo anterior se concluyó que la fractura del árbol de levas se inicia en la zona afectada por el calor, en una de las zonas reparadas por soldadura, y la propagación de la misma se ve favorecida por la presencia de zonas de elevada dureza (814 HV) y cargas cíclicas (fenómeno de fatiga mecánica) hasta producir la fractura del árbol de levas.Ítem Texto completo enlazado Análisis de falla de una tubería de descarga en “Y” de acero soldada(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-21) Hurtado Espejo, Raúl Carlos; Lean Sifuentes, Paul PedroEl presente trabajo de investigación muestra la metodología seguida y los resultados obtenidos en el análisis de falla de una tubería de descarga en “Y” de acero fabricada por soldadura. La tubería de descarga estuvo en servicio solo 30 días antes de producirse la aparición de fisuras en las uniones soldadas. Se realizaron ensayos con la finalidad de determinar la causa raíz de la falla. En la inspección visual realizada a las uniones soldadas se aprecia cordones de soldadura irregulares, empalmes pobres entre cordones, socavaciones y salpicaduras. De la inspección por partículas magnéticas fluorescentes se visualiza que las fisuras se ubican en el pie del cordón que une la plancha de refuerzo y la tubería del ramal. La caracterización de los metales base verifican que las propiedades del acero son las esperadas para este tipo de componente. Del análisis macrográfico realizado en las uniones soldadas, se observan inclusiones de escoria, falta de fusión, fisuras que nacen en los pies de los cordones y falta de llenado. Se hizo un análisis mediante simulación numérica computacional localizándose las zonas donde se concentran y se tienen los máximos esfuerzos cuando la tubería entra en operación, y éstas coincidían con la zona de fisuración. De lo anterior se puede concluir que las fisuras producidas en el pie del cordón de soldadura, tienen su origen en diversos factores que son acumulativos. En primer lugar, el pie de una soldadura es un concentrador natural de tensiones, esto sumado a la baja calidad de las soldaduras, al fuerte embridamiento y a las tensiones residuales producidas por la soldadura, pueden haber dado origen a que se nucleen fisuras durante la fabricación. Luego cuando la tubería entró en servicio, se produjeron esfuerzos pulsantes adicionales los que se suman a las tensiones residuales, lo que hizo que se nucleen y propaguen fisuras por un mecanismo de fatiga en zonas donde se producen altos esfuerzos.Ítem Texto completo enlazado Evaluación de la influencia de los gases de protección de soldadura en las propiedades del acero inoxidable UNS S32707(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-05-20) Bejarano Ulloa, José Alberto; Núñez Monrroy, Rolando Mario; Lean Sifuentes, Paul PedroLos aceros inoxidables dúplex están siendo utilizados en diversas aplicaciones tales como plantas de generación de energía, instalaciones para desalinización y construcciones marinas, debido a sus excelentes propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión; los aceros inoxidables híper dúplex, han sido desarrollados para aplicaciones extremas como en intercambiadores de calor donde las generaciones anteriores no alcanzan a cubrir los requerimientos solicitados, sin embargo, no han sido estudiados aún con detenimiento respecto a la variación de estas propiedades frente al ciclo térmico generado por la soldadura y la influencia de los gases de protección. El objetivo de la presente investigación es evaluar la influencia de las mezclas de gases Ar+2%N2, Ar+5%N2 y N2+10%H2, sobre las propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión del acero inoxidable híper dúplex UNS S32707, a través de la ejecución de líneas de fusión longitudinales en tuberías de 25,4 mm. de diámetro. Según la metodología experimental, inicialmente se llevó a cabo la caracterización del material base a través de ensayos mecánicos, análisis químico y evaluación metalográfica; luego se procedió con la caracterización de la zona fundida, mediante inspección visual y registro fotográfico, propiedades mecánicas a tracción, ensayo metalográfico, ensayo de dureza, análisis de la fractura por microscopía electrónica de barrido y microanálisis químico por espectrometría de energía dispersiva de rayos X (EDS). Por otro lado, se llevó a cabo la predicción y cuantificación de las fases presentes en las zonas de fusión basada en modelos empíricos de predicción mediante los diagramas de Espy, Outokumpu (Schaeffler-De Long modificado), WRC-92, McCowan y Olson; y la medición a través de ferritometría, método estereológico (de acuerdo a ASTM E562-11) y difracción de rayos x (DRX). Finalmente, se evaluaron las uniones soldadas mediante ensayos de corrosión de acuerdo a la norma ASTM G48-11 (Método C), y se caracterizaron las muestras corroídas por macrografía y metalografía. Como resultado del presente trabajo se ha concluido que la mezcla Ar+2%N2, fue la que presentó mejor comportamiento en referencia a propiedades mecánicas (más cercanas a las del material base), balance de fases ferrita-austenita, composición química (mayor número PREN), y menor pérdida de peso en los ensayos de corrosión; los modelos empíricos propuestos por Espy y Outokumpu demostraron ser los más apropiados para ser utilizados con aceros inoxidables híper dúplex, debido a que muestran la mejor correlación comparados con los valores de ferrita medidos mediante ferritometría y el método estereológico.Ítem Texto completo enlazado Diseño e implementación de un sensor híbrido de bajo costo para seguimiento de uniones en soldadura MIG(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-04-24) Sigüenza Astoquillca, Michel; Lean Sifuentes, Paul PedroEl presente trabajo muestra el desarrollo de un sistema de sensado híbrido de bajo costo para el seguimiento de uniones soldadas mediante el proceso GMAW, para la unión de planchas con junta a tope sin preparación de bordes y con junta tipo “V” de acero estructural ASTM A36. El desarrollo del sistema se dividió en cuatro fases como se indica a continuación: i) diseño mecánico, ii) diseño electrónico, iii) diseño de algoritmo de control para el seguimiento de juntas, e iv) integración del sistema con sus respectivas pruebas de laboratorio para verificar el funcionamiento correcto del sistema híbrido de sensado. El sistema contó con una interfaz de usuario gráfico (GUI) que ayudó al operador en la ejecución de la tarea de soldadura con el fin de obtener valores que se utilicen para el control de calidad del producto final soldado. El sistema de sensado híbrido permite ubicar y seguir la junta a soldar mediante un barrido de un diodo láser y la proyección del láser es capturada por una cámara digital. El sistema permite realizar inspección visual de la junta a través de una comparación de dimensión del cordón soldado. Además, controla la trayectoria y alineación de la antorcha de soldadura de un robot industrial por medio de un algoritmo de control que detecta la desalineación de la antorcha a través de la imagen capturada por la cámara. Finalmente, en la verificación del funcionamiento del sistema en tiempo real para el seguimiento de juntas e inspección de cordones de soldadura, se obtuvo como resultado un error mínimo de inspección en tiempo real de 0.18 mm en una junta a tope sin preparación, y junta en tipo “V”. En el sistema de seguimiento de juntas se obtuvo un error mínimo de 0.23 mm en la corrección cartesiana de desfase entre la antorcha de soldadura y el punto medio de la junta a soldar. Sobre los resultados se concluyó que los errores presentados en los resultados son mínimos, por lo que cumpliría con el requisito de corrección e inspección de soldadura en tiempo real, en acorde a los criterios de aceptación de inspección visual de la AWS D.1.Ítem Texto completo enlazado Efecto de la variación de parámetros en la microestructura y propiedades mecánicas en la soldadura por fricción batido bajo alimentación continua de líquido refrigerante del aluminio aa5052-h32, y su comparación con el proceso de soldadura por fricción batido convencional(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-01-21) Rodriguez Yengle, Franco Orestes; Lean Sifuentes, Paul PedroLa soldadura por fricción batido es un proceso de soldadura en estado sólido ampliamente usado en la unión de una amplia gama de metales comúnmente difíciles de soldar por procesos convencionales, entre los que destaca el aluminio y sus aleaciones, por lo que se usa como una alternativa muy útil para obtener juntas sanas y con una resistencia superior al promedio por tales procesos convencionales. En los últimos años, han aparecido variaciones y mejoras del proceso de soldadura por fricción batido, entre los que destaca la soldadura por fricción batido bajo el agua o bajo alimentación continua de líquido refrigerante, procesos que mejoran aún más las características microestructurales y las propiedades mecánicas de las juntas de aluminio soldadas. En el presente trabajo se realizó la comparación, análisis de la microestructura y obtención de las propiedades mecánicas de juntas soldadas a tope de planchas de la aleación de aluminio AA5052-H32 de 3mm, mediante el proceso de fricción batido convencional y bajo alimentación continua de refrigerante. Se emplearon diversos parámetros de soldadura, como velocidad de rotación y avance, con el objetivo de obtener juntas sanas y sin defectos. Se evaluaron los cupones por inspección visual y examinación radiográfica y se seleccionaron los cupones con juntas sanas y sin defectos para realizar los ensayos. Se realizó microscopía óptica para comparar y analizar las regiones características de las zonas soldadas, así como ensayos de dureza y tracción a la sección de soldadura, para comparar y analizar ambos procesos realizados, así como con las propiedades del metal base. Se analizó también las superficies de fractura. Se obtuvieron juntas sanas y sin defectos a 1000 rpm y 100 mm/min empleando el proceso de soldadura por fricción batido convencional y a 1700 rpm y 80 mm/min en el proceso de soldadura bajo alimentación continua de líquido refrigerante. Se observó que el efecto de ésta última es reducir el crecimiento del tamaño de grano, lo cual resulta en una mejora de las propiedades mecánicas de la junta soldada comparada con el proceso de soldadura realizado por fricción batido convencional, obteniendo valores de resistencia a la tracción de 208.5 MPa en el caso de la soldadura por fricción batido convencional y de 217.3 MPa en la soldada bajo alimentación continua de líquido refrigerante, comparados con los 238.6 MPa en el metal base, lo que se refleja en una eficiencia del 87.4% y 91.1% respectivamente. Las probetas rompieron en el lado de retroceso (LR). Asimismo, se obtuvieron valores ligeramente mayores de dureza en la zona batida del cupón soldado bajo fricción batido con alimentación continua de líquido refrigerante y se confirmó que en la zona de menor dureza es en donde ocurre la fractura. Las superficies de fractura fueron examinadas y presentaron zonas características de fractura dúctil.