Date post: | 25-Nov-2015 |
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RECUPERACION DE PIEZAS DE HIERRO FUNDIDO
SMAW Ing Rodrigo Cariz
Objetivos ! Proporcionar conocimientos tericos acerca
de los Hierro Fundidos. ! Sealar los materiales de aporte adecuados
para soldar los Hierros Fundidos mediante el proceso SMAW (proceso de soldadura mas usado).
! Brindar las diferentes herramientas, procedimientos y tcnicas, para lograr el xito en la soldadura de los Hierro Fundidos soldables.
! Mostrar casos reales de Hierros Fundidos soldados exitosamente.
Introduccin ! Industrialmente en el mundo 6 de cada 10 piezas
fundidas son de Hierro Fundido. ! En USA la produccin de Hierro Fundido Gris y
Nodular es de 8 a 10 millones de toneladas anualmente (a).
! En Alemania la produccin de Hierro Fundido Gris y Nodular / Maleable es de 0.4 a 0.6 millones de toneladas anualmente (b).
! Siendo en ambos casos entre el 70 a 86% de las aleaciones fabricadas, Hierro Fundido Gris .
(a): Weding Handbook 4 Cast Iron (b): Cesol - Espaa
Introduccin
! Uno de los factores que contribuye a la d i f i c u l t a d d e l a so ldab i l i dad de l Hierro Fundido Gris es la carencia de una zona dc t i l plstica, como si la poseen los aceros.
Por qu Requerimientos soldar Hierros Fundidos?
1. Reparar y Resanar los defectos de fundicin. 2. Reparar los daos ocasionados durante el
servicio. 3. Reconstruccin de zonas desgastadas durante
el trabajo. 4. Fabricacin de piezas complejas a partir de
formas fundidas simples (factor de economa). 5. Requerimientos de unir los Hierro Fundidos con
otros materiales (uniones dismiles).
Definicin
! Aleacin de Fe con alto porcentaje de C y Si. ! Los Hierros Fundidos comerciales contienen
adems Mn, S y P. ! En funcin de sus requerimientos se les
agrega elementos aleantes como Ni, Cr, Cu, Mo, Sn, Sb y V.
! En su microestructura aparece: Perlita, Ferrita, Bainita, Cementita, Martensita y/o Grafito.
Diagrama Fe C Acero vs Hierro Fundido
Caractersticas ! Punto de fusin: 1150 C. ! Posee baja ductilidad (poca capacidad
de deformarse plsticamente - baja elongacin).
! Bastante poroso. ! Alta resistencia a la compresin. ! Capacidad de absorber vibraciones. ! Buena resistencia al desgaste friccin
metal metal. ! Buena resistencia a la corrosin.
Enfriamiento Rpido
Tipo
de
H.F
.
H.F. Lquido (Fe C)
Baja Alta Media
Grafitizacin
H.F Blanco
H.F. Maleable
H.F. Moteado
H.F. Nodular
H.F. Gris
+ Grafito
+ Mg + Ce
+ Recocido
+ Fe3C + Fe3C + Grafito
Enfriamiento Lento
Hierro Fundido
H.F. Grafito Compacto
Tipos de Hierros Fundidos TIPO ASTM
Composicin % C Si Mn S P Otros
Blanco ... 1.8-3.6 0.5-1.9 0.25-0.8 0.06-0.20 0.06-0.18 ...
Gris A 48, A 159, A 278, A 319 2.5-4.0 1.0-3.0 0.25-1.00 0.02-0.25 0.05-1.0 ...
Maleable A 47, A 197, A 220, A 338, A 602 2.0-2.6 1.1-1.6 0.20-1.0 0.04-0.18 0.18 mx. ...
Nodular A 536, A 395, A 476 3.2-4.0 1.8-2.8 0.10-0.8 0.03 mx. 0.10 mx. 0.030 Mg
De grafito compacto ... 3.5 2.0-3.0 0.20-0.40 ... 0.05 mx. 0.015 Mg, 0-1.5 Cu
Blanco de alto cromo A 532 2.3-3.6 0.8-1.0 0.5-1.5 0.06 0.10 1.4-28.0 Cr, 1.5-7.0 Ni, 0.5-3.5 Mo
Gris austentico A 436 3.0 1.00-2.8 0.5-1.5 0.12 mx. ... 28-32 Ni, 1.5- 6.0 Cr, 0.50-7.5 Cu Alto silicio A 518 0.7-1.1 14.2-14.8 1.5 ... ... 0.5 Cr, 0.5 Mo, 0.5 Cu
Dctil austentico A 439, A 571 2.4-3.0 1.0-6.00 0.70-2.5 ... 0.08 18.0-36.0 Ni, 0.20-5.5 Cr
Hierro Fundido Gris ! Es el ms usado en la industria. ! La fractura es rugosa y de color gris. ! Se obtiene por enfriamiento lento. ! El carbono precipita en forma de grafito
libre laminar. ! Resistente la desgaste fricional. ! Amortigua las vibraciones:
! Aplicaciones: engranajes, tambor de freno, bancadas, forro de cilindros, cigueales, tambores de freno, monoblocks, etc.
100x Fierro Fundido Acero
Hierro Fundido Blanco ! Su fractura presenta un color blanco. ! El Carbono se encuentra formando Fe3C
(carburo de hierro) y su dureza es de 350 a 550 HB.
! Excelente resistencia a la abrasin. ! Se produce por un enfriamiento rpido. ! El hierro fundido blanco es INSOLDABLE
(no se suelda). ! Aplicaciones: carcazas de bombas,
impulsores de bombas, placas de molino pulverizador, molino de tambor, etc.
100x
Hierro Fundido Maleable ! Se obtiene a partir del H.F. Blanco al aplicarle
un T.T. de Recocido (850 a 950 C), con el objetivo de descomponer la cementita, quedando el C libre en forma de nodulos irregulares.
! Existen dos tipos: Americano de corazn negro (atmsfera reductora) y Europeo de corazn blanco (atmsfera oxidante, difcil de soldar).
! Aplicaciones: cigeal, arboles de leva, eslabones de cadena, llaves inglesas, tijeras, armamentos, etc.
500x
100x
500x
100x
! El grafito aparece en forma esferoidal (nodular). ! Se obtiene agregando Mg (elemento formador
de ndulos 0.05%) a la fundicin gris. ! Dentro de la H.F. es la que posee la mas
elevada resistencia a la traccin y mayor ductilidad.
! Su maquinibilidad es superior a la del H.F. Gris. ! Mejor resistencia al desgaste friccional que los
aceros (reservorio para almacenar lubricante). ! Mayor resistencia al agrietamiento trmico. ! Aplicaciones: carcaza de motores, poleas,
rodillos de laminacin, jaulas de montacargas, puertas de hornos, pistones, culatas, etc.
Hierro Fundido Nodular
Tcnica de Soldeo
Pasos a seguir
1
IDENTIFICACION DEL METAL BASE
2 SELECCIN DEL PROCESO DE SOLDADURA
3
SELECCIN DEL MATERIAL DE APORTE
4 TECNICA DE SOLDADURA
METAL BASE
MAQUINA DE SOLDAR
Identificacin del Material Base
! Tipo de Hierro Fundido. ! Composicin Qumica. ! Estructura. ! Propiedades Mecnicas. ! Soldabilidad.
Microestructura y Propiedades Mecnicas de los Hierros
Fundidos
! Depende de: l Composicin qumica l Velocidad de
enfriamiento l Tratamiento trmico
Aspectos que Influyen en la Soldabilidad de los Hierros
Fundidos ! Composicin Qumica. ! Microestructura. ! El alto contenido de impurezas. ! Eleccin adecuada del material de aporte ! La aplicacin de un procedimiento
adecuado.
Seleccin del Material de Aporte
! Costo del Material de Aporte. ! Resistencia (diseo). ! Tolerancia a la dilucin con metal base. ! Maquinabilidad. ! Tolerancia a la alta velocidad de enfriamiento. ! Soldeo con bajo calor aportado. ! Color adecuado. ! Polaridad. ! Ductilidad para absorber tensiones de contraccin. ! Inhibidor de la formacin de Cementita.
PROCESO / MATERIAL DE APORTE
AWS OERLIKON SEMEJANZA DE COLOR
MAQUINADO TIPO DE REVESTIMIENTO/ GAS
SMAW Ni 100% E Ni CI CITOFONTE BASICO Ni Fe E Ni Fe CI EXSANIQUEL BASICO Ni Fe E Ni Fe CI -
MALA BUENO
SINTETICO ACERO AL CARBONO
E St FERROCORD U ACEPTABLE MALO BASICO
BRONCE Al E Cu Al A2 CITOBRONCE Al BASICO BRONCE Sn
E Cu Sn C CITOBRONCE II MALA BUENO
BASICO
SOLDADURA OXIACETILENICA CuZn RB CuZn A EXSA 210 MALA BUENO NEUTRA SOLDADURA MIG ACERO AL CARBONO
ER 70S - 6 CARBOFIL PS 6
ACEPTABLE MALO Ar + CO2
BRONCE Al ER CuNiMnAl
EXSAFIL 746 MALA BUENO Ar
Materiales de Aporte para Hierros Fundidos
Soldadura Manual con Electrodo Revestido - SMAW
ELECTRODOS DE ACERO AL CARBONO E St: FERROCORD U ELECTRODOS BASE A NIQUEL
E Ni CI: CITOFONTE (Ni 100%) E NiFe - CI: EXSANIQUEL Fe (N 55%) ELECTRODOS BASE COBRE E CuSn-C CITOBRONCE II E Cu Al- A2 CITOBRONCE Al
Ventajas de Soldar con Electrodo de ACERO E St
! El electrodo E St esta diseado para soldar con arco suave y bajos amperajes.
! MINIMA PENETRACION Y BAJA DILUCION. ! El uso de este electrodo requiere necesariamente una T
Precalentamiento de 300C ! Su aplicacin esta definida para pequeas reparaciones y
como base (enmantequillado) para luego colocar una aleacin rica en Nquel.
! Se recomienda usar donde se haya previsto la tcnica de esprragos.
! Necesariamente se debe usar una secuencia de soleo adecuada y un alivio de tensiones con martilleos.
! Su depsito es no maquinable.
Ventajas de Soldar con Electrodo Base Nquel
! El Nquel al contrario del hierro, no forma carburos y tiene una solubilidad baja respecto al carbono.
! EL CARBONO NO PRECIPITA EN FASES DURAS SINO EN FORMA DE GRAFITO, LOGRANDO MEJORAR LA MAQUINABILIDAD (Ni es un inhibidor de la formacin de la cementita).
! El metal depositado bajo estas condiciones tiene alta ductilidad.
E Ni - CI : CITOFONTE E Ni Fe - CI : EXSANIQUEL
E Ni CI: CITOFONTE ! 100% de Nquel ! Recomendados para soldaduras dctiles de unin,
reparacin y reconstruccin en fundicin gris, maleable y nodular, entre si o con otros metales.
! Depsito de soldadura altamente elstico. ! Ideal para la unin de Acero con H.F. ! Para soldaduras en fro o caliente ! Garantiza mxima calidad de juntas en piezas livianas,
paredes delgadas, cuando las tensiones de contraccin no son elevadas cuando el contenido de fsforo es menor de 0,20%.
! Es el producto que tiene menos limitaciones cuando las superficies a soldar estn oxidadas han perdido elementos de aleacin por efecto de la temperatura.
Fases y Microestructuras en una Tpica Soldadura de Hierro Fundido
ROMPE ESPONTANEAMENTE?
ROMPE?
SI
NO
NO
SOLDABLE
SI
SI ROTURA EN EL CENTRO DEL FILETE
NO
RELATIVAMENTE SOLDABLE
INSOLDABLE
Prueba del Martillo Soldabilidad Del Hierro Fundido
ROMPE?
SI
NO
Carbono Equivalente para Hierros Fundidos
CE = %C + 0,31 %Si + 0,33 %P + 0,45 %S - 0,028%Mn + %Mo + %Cr + 0,02%N - 0,01%Cu
SEGN AMERICAN WELDING SOCIETY D11.2
! Existe una relacin entre el CE y la Te m p e r a t u r a s i n G r i e t a s ( m n i m a temperatura a la cual debe encontrarse la fundicin para que no se produscan grietas).
% Tipo C Mn P S Si Ni Cr Mo Cu Mg CE
FIERRO FUNDIDO GRIS G1 3,25 0,58 0,017 0.062 1,71 0,22 0,08 0,34 0,09 - 4,226 G2 2,53 0,99 0,019 0,064 1,61 0,03 0,11 0,35 0,74 - 3,488 G3 2,62 1,00 0,022 0,066 1,66 0,03 0,11 0,02 0,04 - 3,273 G4 3,48 1,00 0,043 0,093 1,78 0,49 0,17 0,03 0,17 - 4,248
FIERRO FUNDIDO NODULAR D1 3,60 0,29 0,029 0,016 2,31 0,05 0,04 0,01 0,88 0,026 4,365 D2 3,67 0,29 0,028 0,006 2,30 0,06 0,04 0,20 1,32 0,022 4,582 D3 3,63 0,28 0,027 0,005 2,23 0,05 0,04 0,01 0,96 0,023 4,363 D4 3,61 0,43 0,030 0,014 2,37 0,88 0,10 0,03 0,10 0,025 4,359
FIERRO MALEABLE M1 2,42 0,73 0,015 0,030 1,54 0,04 0,05 0,10 - 2,954 M2 2,38 0,59 0,015 0,031 1,54 0,04 0,05 0,08 - 2,917 M3 2,21 0,94 0,027 0,050 1,51 0,05 0,03 - - 2,723 M4 2,30 0,87 0,025 0,048 1,52 0,05 0,03
0,01
- - 2,816
Composicin Qumica Tpica y Carbono Equivalente
Precalentamiento vs CE Relacion de temperatura de no crack y carbono
equivalente para Fierros Fundidos
0
50
100
150
200
250
300
350
2.5 3 3.5 4 4.5 5
C.E.
Tem
pera
tura
de
no c
rack
D2
D4
D3
D1
G3
G2
G1
G4
M4
M3
M2 M1
TIPO GRADOG1 GRIS 40G2 GRIS 50G3 GRIS 45G4 GRIS 35D1 DUCTIL 80-55-06D2 DUCTIL 100-70-03D3 DUCTIL 120-90-02D4 DUCTIL 65-45-12M1 MALEABLE 50005M2 MALEABLE 32510M3 MALEABLE M5503M4 MALEABLE M5003
FIERROLEYENDA
ESPECIMEN No
CE = (C+0.31Si+0.33P+0.45S-0.028Mn+Mo+Cr-0.02Ni-0.01Cu)
TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO DEBAJO DE 38 C
Preparacin de las Piezas. ! Es fundamental la limpieza de la superficie ! Si las piezas han estado en contacto con aceite, grasas, agua
de mar durante largo tiempo, es recomendable calentarla durante 1/2 hora a unos 400 c
! Se debe eliminar la capa de oxido de la fundicin capa alta en silicio, en toda el rea a soldar.
! Para reparar un defecto es necesario sanear toda el rea afectada.
! En caso de usar electrodos para ranurar es necesario precalentar localmente a 300 c y agujerar el final de la grieta
! La preparacin de los chaflanes son de mayor ngulo que en las soldaduras de acero, oscilando entre 60 a 90.
Tratamiento Especial de las Fisuras
Enmantequillado para Prevenir Fisuramiento en
el Metal Base
Espichado o Empernado
! L o s p e r n o s s o n roscados o puestos en el interior de la unin y deben ser hechos de un material compatible con el metal de aporte a emplearse.
Reduccin de las Tensiones Internas - Paso Peregrino
Alivio de Tensiones Mecnico ! Golpes moderados perpendiculares a la
superficie soldada, con un martillo de bola o cincel punta roma.
Secuencia de Soldeo en Bloque y Cascada
! La Secuencia en Bloque reduce las tensiones internas longitudinales pero no min im iza las tens iones internas transversales.
! La Secuencia en Cascada min im iza las tens iones internas longitudinales y transversales. Adicionalmente realiza un revenido de los cordones de so ldadura previos.
Tratamiento Post Soldadura Esto puede cumplirse realizando algunas actividades:
! Enterrando completamente la fundicin en arena o refractarios.
! Calentando la fundicin luego de la soldadura con una antorcha.
! Colocando la fundicin en un horno. ! Cubriendo la fundicin con una manta aislante.
Ventajas Un tratamiento trmico Post-Soldadura tendra algunos beneficios como:
! Aumentar la ductilidad del ZAC. ! Mejora la maquinabilidad de la soldadura y
la ZAC. ! Trasforma la micro-estructura martenstica
formada durante la soldadura a una fase menos frgil.
! Elimina los esfuerzos residuales en la soldadura.
Reparacin de una Tapa De Molino
de Hierro Fundido
Procedimiento de Soldadura bIDENTIFICACION DEL MATERIAL BASE.
TIPO DE FIERRO FUNDIDO/DEFINIR SOLDABILIDAD
bIDENTIFICACION DEL TIPO DE FISURA. UBICACIN / FORMA DE LA FISURA
bDEFINIR TIPO DE REGIMEN DE SOLDADURA SOLDADURA EN FRIO / SOLDADURA EN CALIENTE DEFINIR TPRECALENTAMIENTO SI ES NECESARIO
bELECCION DEL PROCESO Y METAL DE APORTE. PARAMETROS DE OPERACIN.
bPREPARACION DEL MATERIAL BASE A SOLDAR LIMPIEZA / BISELADO / INSPECCION VISUAL
bDEFINIR LA SECUENCIA DE LOS DEPOSITOS EN FUNCION DE LA TEMPERATURA DE INTREPASE
............PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
bDEFINIR LAS TECNICAS DE MINIMA DILUCION bSUPERVISION ESPECIALIZADA.
ESTA DEBE SER CONTINUA Y DEDICADA, ASI COMO DEBE ESTAR CONVENCIDA QUE EL PROCEDIMIENTO ES EL CORRECTO
bDETERMINACION DE LOS SOLDADORES Y DETERMINAR LOS TURNOS
ENTRENAMIENTO DE SOLDADORES CON CRITERIOS ANTERIORES.
bCONTROL CONTINUO DE LA TEMPERATURA DE INTERPASE
bCONTROL CONTINUO DE LOS DEPOSITOS EXCENTOS DE FISURAS MICROFISURAS.
LIQUIDOS PENETRANTES bT FINAL DE POST - CALENTAMIENTO bENFRIAMIENTO FINAL CONTROLADO.
TRABAJOS PRELIMINARES PARA IDENTIFICAR EL
MATERIAL BASE
UBICACIN DE FISURAS
SOLDADURA EN POSICION HORIZONTAL
ZONA DE LA FISURA DONDE SE EXTRAE MUESTRAS PARA
ANALISIS QUIMICO
Criterios para Definir Regimen de Soldadura
SOLDADURA EN FRIO bPIEZAS DE GRAN
TAMAO bFIERROS FUNDIDO
CON CARBONO EQUIVALENTE ALTO (TPREC. ALTO)
bMATERIALES NO CONTAMINADOS
SOLDADURA CON PRECALENTAMIENTO
bPIEZAS PEQUEAS bPIEZAS DE FeFdo.
CON T PREC. BAJO bMATERIALES
CONTAMINADOS
Temperatura de Precalentamiento
Preparacin del Material Base
LIMPIEZA: USO DE T
CHAFLANADO: ELECTRODODE
CARBON
ESMERILADO: LIMPIEZA FINAL
Eliminacion de la Fisura Y
Acondicionamiento antes de Soldar
Fisura profunda:
Eliminacin TOTAL de todo vestigio de fisuras
ACONDICIONAMIENTO TIPO ESPICHADO PARA MEJOR AGARRE DE LA SOLDADURA
Inicio Del Proceso De Soldadura En Frio
T Precalentamiento ??
TECNICAS DE MINIMA DILUCION 1. Cordones cortos sin oscilacin
2. Amperajes mnimos 3. Velocidad de avance apropiadas
4. Empleo de electrodos de fusin rpida y baja penetracin. 5. Altura de arco apropiada
SOLDADOR ESPERA QUE BAJE LA
TEMPERATURA PARA CONTINUAR SOLDANDO
SUPERVISION CONTINUA CONTROL DE TEMPERATURA
INSPECCION VISUAL DE FISURAS
ETAPA FINAL DEL SOLDEO FALTA SOLO 1 TURNO
DE 8 HORAS
FIN DEL PROCESO DE SOLDEO
Recuperacin de Masas de Trapiches
Reparacin de Sistema de Traslado de un Torno Vertical
Conclusiones ! IDENTIFICACION del tipo de hierro fundido. ! Seleccionar el proceso a utilizar. ! Seleccionar el material de aporte (electrodos de
Nquel CITOFONTE). ! Disear el procedimiento de soldadura. ! Eliminacin completa de la fisura y preparacin
de la junta ! Rgimen de soldadura ! Entrenamiento ! Supervisin
EXSA S.A
DIVISION SOLDADURAS