Curso Metales (en Word) 2c102p

Universidad Santo Tomás FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIAS Especialización en Patología de la Construcción

CURSO METALES Y SU PATOLOGÍA

Presentado por: Ing. Civil MSc. ROGELIO E. CASTRO P. Universidad de Cartagena/Universidad Nacional de Colombia

Bogotá, Febrero de 2018

ACEROS: ALEACIONES HIERRO – CARBONO FORMAS ALOTRÓPICAS DEL HIERRO. El hierro técnicamente puro, es decir, con menos de 0.008% de carbono, que muy rara veces se consigue en estado natural, es un metal blanco azulado, dúctil y maleable, cuyo peso específico es de 7.87 tonf/m3. A pesar de su abundancia, (ocupa aproximadamente el 5% de la corteza terrestre) lo más normal, es hallarlo combinado con otros elementos en forma de óxidos, carbonatos o sulfuros. Es un buen conductor de la electricidad y se imanta fácilmente. El hierro funde a temperaturas entre 1.536ºC y 1539ºC, reblandeciendo mucho antes de llegar a su punto de fusión, lo cual permite forjarlo y moldearlo con facilidad.

Hierro en estado puro

El hierro es un metal alotrópico, por lo que puede existir en más de una estructura reticular, dependiendo esto, fundamentalmente, de la temperatura.

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El hierro cristaliza en la variedad alfa hasta la temperatura de 768ºC. La red espacial a la que pertenece esta forma alotrópica del hierro, es la red cúbica centrada en el cuerpo (BCC, por sus siglas en inglés). El hierro alfa no disuelve prácticamente en carbono, no llegando al 0.008% a temperatura ambiente, teniendo como punto de máxima solubilidad a T=723ºC (0.02% de C disuelto a esa temperatura). El hierro alfa es magnético. La variedad beta existe a temperaturas entre 768ºC y 910ºC. Cristalográficamente es igual a la variedad alfa, y únicamente la distancia entre átomos es algo mayor. Estructura cristalina BCC

La variedad gamma se presenta de 910°C a 1400°C. Cristaliza en la red cúbica centrada en las caras (FCC). El cubo de hierro gamma tiene más volumen que el del hierro alfa. El hierro gamma disuelve fácilmente en Carbono, creciendo la solubilidad desde 0.85% a 723°C hasta 1.76% a 1130°C, para decrecer hasta el 0.12% a 1487°C. El hierro gamma es amagnético.

Estructura cristalina FCC

La variedad de hierro delta se presenta cuando la temperatura ha ascendido hasta los 1400°C, observándose entonces, una reducción en la distancia entre sus átomos y un retorno a la estructura cristalina BCC. Su máxima solubilidad de carbono es 0.007% a 1487°C. Esta variedad es poco interesante desde el punto de vista industrial. A partir de una temperatura de 1537°C, se inicia la fusión del Fe puro. El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales, pero formando aleaciones con el carbono (además de otros elementos), es el metal más utilizado en la industria moderna. A la temperatura ambiente, todo el carbono que contienen las aleaciones Fe-C, salvo una pequeña parte disuelta en la ferrita, está en forma de CFe3 (carburo de hierro). Por eso, las aleaciones Fe-C se denominan también aleaciones hierro – carburo de hierro. Las aleaciones con contenido de Carbono comprendido entre 0.03% y 1.76% tienen características muy bien definidas y se denominan aceros. Los aceros de cualquier proporción, dentro de los límites citados, pueden alearse con otros predeterminados elementos, formando los denominados aceros aleados o aceros especiales.

Algunos aceros aleados pueden contener, excepcionalmente, hasta el 2.5% de Carbono. Los aceros generalmente son forjables, y es esta una cualidad muy importante que los distingue. Si la proporción de C es superior a 1.76%, las aleaciones de Fe-C se denominan fundiciones, siendo la máxima proporción de C aleado, en este caso, del 6.67% y corresponde

a

la

denominada

cementita

(CFe3)

pura.

Las

fundiciones, en general, no son forjables.

TIPOS DE ACERO En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once (11) constituyentes diferentes, de las cuales se mencionan siete (07) en esta presentación, consideradas las más importantes entre aceros y fundiciones:

FERRITA Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera a la ferrita como hierro alfa puro.

Microestructura granular de la Ferrita

Ferrita natural

La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza a temperatura ambiente en una estructura BCC. Tiene una dureza de

95 Vickers y una resistencia a la rotura de 2800 Kgf/cm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Presenta propiedades magnéticas. La ferrita en la naturaleza, aparece como elemento proeutectoide que acompaña a la PERLITA en:  Cristales mezclados con los de perlita (0.55% de C.)  Formando una red o malla que limita los granos de perlita (0.55% a 0.85% de C.)  Formando agujas en dirección de los planos cristalográficos de la Austenita.

CEMENTITA La cementita es el carburo de hierro (CFe3) y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnéticas. Su temperatura de fusión es de 1.227ºC. Aparece como:  Cementita proeutectoide, en aceros hipereutectoides, formando una red cristalina que envuelve a los granos de perlita.  Componente de la perlita laminar.  Cementita alargada (terciaria: la que precipita por descenso de la solubilidad del C en la fase α, al bajar la temperatura) en las uniones de los granos (0.25% de C).

Composición cristalina de la cementita

Estructura granular de la cementita

La cementita es el constituyente mas duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers, motivo por el cual no es posible utilizarla en operaciones de laminado o forja, debido a su dificultad para ajustarse a las concentraciones de esfuerzos. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño, con 12 átomos de Fe y 4 átomos de C, por celda cristalina.

PERLITA Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 8000 Kgf/cm2 y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento y se le da este nombre porque tiene la apariencia de una perla al observarse microscópicamente. Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura es mas borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita laminar se calienta durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (revenido) de 723ºC (temperatura

eutectoide), la cementita adopta la forma de glóbulos inscrustados en la masa de ferrita, recibiendo la aleación la denominación de perlita globular.

Microestructura de la perlita globular Microestructura de la perlita laminar

Perlita al microscopio

Debido a los fenómenos que ocurren en los límites de fases (hierro α y cementita), se presentan dos tipos de perlita:  Perlita fina: dura y resistente  Perlita gruesa: menos dura y más dúctil.

AUSTENITA Este es el constituyente más denso de los aceros y está formado por la solución sólida, por inserción (intersticial), de carbono en hierro ɣ (gamma). La proporción de C disuelto varía desde el 0.1% al 1.76% (2.11% en masa), correspondiendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1.130ºC. La austenita en los aceros ordinarios al carbono, es decir, sin ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC (temperatura eutéctoide). La austenita no es estable a temperatura ambiente, pero puede obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura ambiente, enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a partir de una temperatura por encima de la crítica, pero

este tipo de austenita con el tiempo pierde su estabilidad, transformándose en ferrita y perlita, o bien en cementita y perlita. La austenita es dúctil, blanda y tenaz. La estructura cristalina de la austenita es del sistema cúbico de caras centradas (FCC), en donde se diluyen en solución sólida por inserción, los átomos de C en los intersticios, hasta un máximo tal como lo demuestra el Diagrama de fases Fe-C. Esta estructura permite una mejor difusión con el carbono, acelerando así el proceso de carburación del acero. La solubilidad máxima es sólo del 1.76% (2.11%). Hay que recordar que, por definición, los aceros, son aquellas aleaciones del diagrama Fe-Fe3C en las que, a la suficiente temperatura, todo el C queda disuelto en hierro ɣ. Por ello el porcentaje máximo de C en un acero, para ser considerado como tal, es del 1.76%. Si bien la austenita no es estable a temperatura ambiente, puede serlo en algunos aceros inoxidables con altos contenidos de manganeso (12%) y aceros inoxidables austeníticos con contenidos en Níquel alrededor del 8%, ya que el níquel tiene el efecto de agrandar la región austenítica en el diagrama de fase de hierro al carbono, lo cual hace que sea estable a temperatura ambiente. En general, la mayoría de las operaciones

de

forja

y

laminado

de

aceros

se

efectúa

a

aproximadamente a los 1.100 °C, cuando la fase austenítica es estable. La austenita tiene una dureza de 305 Vickers, una resistencia de 10.000 Kgf/cm2 y un alargamiento de un 30% y no es ferromagnética a ninguna temperatura.

Empaquetamiento de átomos en la Austenita

Microestructura de la Austenita

La formación de la austenita y el control del tamaño de grano austenítico son aspectos vitales en muchos de los tratamientos térmicos de recocido y endurecimiento. El comportamiento de la transformación de la austenita y las propiedades mecánicas de las microestructuras formadas desde la austenita están influenciadas por el tamaño de grano austenítico La austenita en aceros al carbono, aunque es estable sólo a temperaturas por encima de 723ºC , influye fuertemente en la transformación y el comportamiento a la deformación de los aceros térmicamente tratados.

MARTENSITA Bajo velocidades de enfriamiento bajas o moderadas, los átomos de C pueden difundirse hacia afuera de la estructura austenítica. De este modo, los átomos de Fe se mueven ligeramente para convertir su estructura en una tipo BCC. Esta transformación gamma-alfa tiene lugar mediante un proceso de nucleación y crecimiento dependiente del

tiempo (si se aumenta significativamente la velocidad de enfriamiento no habrá tiempo suficiente para que el carbono se difunda en la solución y, aunque tiene lugar algún movimiento local de los átomos de Fe, la estructura resultante no podrá llegar a ser BCC, ya que el carbono está “atrapado” en la solución). La estructura resultante denominada martensita, es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). Esta estructura reticular altamente distorsionada es la principal razón para la alta dureza de la martensita, ya que como los átomos en la martensita están empaquetados con una densidad menor que en la austenita, entonces durante la transformación (que nos lleva a la martensita) ocurre, casi instantáneamente, una expansión que produce altos esfuerzos localizados que dan como resultado la deformación plástica de la matriz aleada. Después de la cementita es el constituyente más duro de los aceros. La martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción de carbono en la martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89% aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su dureza está en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecánica varía de 2

17.500 a 25.000 Kgf/cm y su alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es magnética.

Composiciòn granular de la Martensita

Empaquetamiento atómico de la Martensita

Estructura cristalina de la Martensita

BAINITA Se forma la bainita en la transformación isoterma de la austenita, en un rango de temperaturas de 250 a 550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente la austenita hasta una temperatura constante, manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación total de la austenita en bainita. La bainita es una mezcla de fases de ferrrita y cementita y en su formación intervienen procesos de difusión. Está compuesta de una matriz ferrítica y de partículas alargadas de cementita. La fase que rodea las agujas es martensita, a menos que se haga un tratamiento isotérmico hasta transformar toda la austenita en bainita. La microestructura depende de la temperatura y se distinguen dos morfologías:

Bainita superior: Se forma en rangos de temperatura inmediatamente inferiores a los de la perlita. Se compone de agujas o bastones de ferrita con cementita entre ellas. Bainita inferior: Se forma a temperatura del orden de la martensita (ligeramente superiores ).

En general, las aleaciones ordinarias de los aceros al carbono se clasifican también según sea su contenido de C:  Eutéctoide, si el contenido de C es del 0.89%  Hipoeutéctoide, si el contenido de C es menor de 0.89% hasta 0.003%  Hipereutéctoide, si el contenido de C es mayor de 0.89% hasta 2.11% Las aleaciones de los aceros comerciales, contienen un rango de C entre 0.2% y 0.5%. Transformaciones de fase de los aceros austeníticos

Austenita

Perlita

Martensita

Bainita Martensita revenida

FUNDICIONES De las fundiciones (aleaciones con más de 2% de C), la más importante es la: LEDEBURITA La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de carbono. La ledeburita es una composición eutéctica (fluidez perfecta), o sea, es una mezcla de componentes (cementita y austenita) que pasan, sin descomposición ni segregación, del estado sólido al líquido y en donde la temperatura de fusión de la mezcla, es menor que la temperatura de fusión de sus componentes. La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de C) desde 1130ºC y en una proporción de 52% de cementita y 42% de austenita, siendo estable hasta 723ºC. Descomponiéndose, a partir de esta última temperatura, en cementita y ferrita.

MICROESTRUCTURA DE LA LEDEBURITA

FASE LEDEBURITA

Diagrama de Hierro-Carbono En el diagrama de equilibrio o diagrama de fases hierro-carbono (Fe-C) (también diagrama hierro-carburo de hierro), se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, itiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente, de modo tal que los procesos de difusión (homogeneización) tendrán tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente, identificando los puntos críticos (temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones) por diversos métodos. Este diagrama es la base para entender los tratamientos térmicos de los aceros. En la figura que sigue, se muestran dos diagramas: el estable hierro – grafito (líneas de rayas) y el metaestable Fe – Fe3C. En ellos se muestran las fases de equilibrio (o equilibrio metaestable) para diferentes combinaciones de concentración de carbono y temperatura. La condición estable usualmente tiene lugar con enfriamientos extremadamente lentos, especialmente en rangos de baja temperatura

y bajo carbono, por lo tanto el diagrama de mayor interés es el metaestable.

Diagrama de equilibrio Fe-C hasta 6.67% de C.

En líneas llenas, diagrama metaestable Fe-Fe3C. En líneas de rayas, diagrama estable hierro-grafito

Diagrama simplificado Fe-C en el que aparecen las temperaturas en equilibrio o enfriamiento lento.

TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS El tratamiento térmico es el proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. De los muchos tratamientos térmicos de los aceros, los más importantes bajo el punto de vista de la Patología del acero son el Templado y el Revenido, dadas las propiedades adicionales de dureza, tenacidad, ductilidad y resistencia a la tracción que le confieren al metal. El tratamiento de temple consiste en enfriar de manera controlada a la mayoría de las variantes de aceros aleados previamente calentados a temperaturas de entre 750 ºC y 1.300 ºC. Dependiendo del material base, la temperatura y tiempo de calentamiento, y severidad del enfriamiento se puede conseguir una amplia gama de durezas. Posterior al temple se realiza un tratamiento de revenido a temperaturas de entre 200 ºC y 300 ºC con la finalidad de optimizar la tenacidad y reducir la fragilidad de las piezas. Casi todos los aceros destinados al uso industrial se pueden templar, por ejemplo los aceros para resortes, aceros para trabajo en frío, aceros

de temple y revenido, aceros para rodamientos, aceros para trabajo en caliente y aceros de herramientas, así como una gran cantidad de aceros inoxidables de alta aleación y aleaciones de hierro fundido. En un diagrama TTT (Temperatura-Tiempo-Transformación) se aprecia la progresión de un temple.

Modificaciones en la microestructura de la mezcla, como resultado del temple y revenido:

Luego se imparte un tratamiento de recocido de eliminación de tensiones (revenido) el cual consiste en mantener las piezas a temperaturas ≤ 650 ºC durante un tiempo determinado, confiriéndoles las requeridas propiedades de ductilidad y tenacidad. Recocido:

Consiste

básicamente

en

un

calentamiento

hasta

temperatura de austenitización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material,

eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.

Normalizado.- Este tratamiento se emplea para eliminar tensiones internas sufridas por el material tras una conformación mecánica, tales como una forja o laminación para conferir al acero unas propiedades que se consideran normales de su composición. Tiene por objeto dejar al metal en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. El normalizado se practica calentando rápidamente el material hasta una temperatura crítica y se mantiene en ella durante un tiempo. A partir de ese momento, su estructura interna se vuelve más uniforme y aumenta la tenacidad del acero. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido. Tratamientos termoquímicos de los aceros. Mediante este tipo de tratamientos, el metal sufre procesos de calentamiento y enfriamiento y se varía la composición química superficial de los aceros, adicionando otros elementos para mejorar las propiedades en la superficie, principalmente la dureza o resistencia a la corrosión, sin modificar otras propiedades esenciales tales como ductilidad. a) Cementación: Consiste en aumentar la cantidad de carbono de la capa exterior de los aceros. Se mejora la dureza superficial y la resiliencia. Se aplica a piezas que deben ser resistentes a golpes y la vez al desgaste. Se aplica a los aceros. b) Nitruración: Consiste en endurecer la superficie de los aceros y fundiciones. Las

durezas son elevadas y tienen alta resistencia a la corrosión. El componente químico añadido es nitrógeno, que se obtiene del amoniaco. c) Cianuración o carbonitruración: Se trata de endurecer la superficie del material introduciendo carbono y nitrógeno. Es una mezcla de cementación y nitruración. La temperatura es intermedia entre la utilizada para la cementación y la nitruración, que es mucho menor que aquella. Se aplica a los aceros. d) Sulfinación: Se trata de introducir en la superficie del metal azufre, nitrógeno y carbono en aleaciones férricas y de cobre. Se aumenta la resistencia al desgaste, favorecer la lubricación y disminuir el coeficiente de rozamiento.

CLASIFICACIÓN AISI-SAE DE LOS ACEROS La clasificación es la identificación específica de cada grado, tipo, o clase de acero dado por un número, letras, símbolos, nombre, o su combinación para la completa designación de un acero en particular. Dentro de la industria esta clasificación tiene una vital importancia y un uso específico; por ejemplo: el grado es usado para denotar la composición química, el tipo es usado para indicar el nivel de desoxidación, y la clase es usada para describir alguna otra cualidad, como el nivel de resistencia o una superficie pulida etc. Como la micro estructura del acero determina la mayoría de sus propiedades y aquélla está determinada por el tratamiento y la composición química; uno de los sistemas más generalizados en la nomenclatura de los aceros es el que está basado en su composición química.

Todos los países y muchas instituciones tienen sistemas para clasificar los aceros. Los más usados en nuestro medio son las especificaciones de la American Society for Testing and Materials (ASTM) y American Iron and Steel Institute (AISI). Las normas al respecto, del instituto Colombiano de normas técnicas (ICONTEC), en gran parte, están basadas en las mencionadas anteriormente. En 1912, la sociedad norteamericana de ingenieros automotores (SAE) promovió una reunión de productores y consumidores de aceros, para establecer una nomenclatura de la composición de los aceros. Mas tarde, el instituto norteamericano del hierro y el acero, AISI, tomo la nomenclatura de la SAE y la expandió. En el sistema AISI-SAE, los aceros se clasifican con cuatro dígitos. El primer digito especifica la aleación principal, el segundo modifica al primero y los dos últimos dígitos, dan la cantidad de carbono en centésimas. En algunos aceros al cromo de alto carbono hay números de cinco dígitos, los tres últimos dan el porcentaje de carbono.

X

X

X

X

Cantidad de carbono en centésimas Modificación del primero Aleación principal

ACEROS ALEADOS: Estos aceros contienen una proporción determinada de Vanadio, Molibdeno y otros elementos además de cantidades mayores de Níquel, Cobre, Manganeso y Silicio que los de las aleaciones ordinarias de los aceros al carbono. En la siguiente tabla se muestra la clasificación, según AISI/SAE, de varios tipos de acero: DESIGNACIÓN TIPO 10XX

Aceros ordinarios al carbón

11XX

Aceros al carbono re sulfurados de fácil maquinado

13XX

Aceros con 1.75% de Mn (1.5-2%)

15XX

Aceros al manganeso (1.0-1.65%)

23XX

Aceros al níquel, 3.5% de Ni (3.25-3.75%)

25XX

Aceros al níquel, 5% de Ni (4.75-5.25%)

31XX

Aceros al níquel-Cromo, 1.25% Ni y 0.65% Cr

33XX

Aceros al níquel-Cromo, 3.5% Ni y 1.60% Cr

40XX

Aceros al molibdeno, 0.25% Mo.

41XX

Aceros con Cr (0.4-1.2%), Mo (0.08-0.25%)

43XX

Aceros al Ni-Cr-Mo (1.8%Ni, 0.65%Cr, 0.25%Mo)

44XX

Molibdeno, (0.4-0.53%)

45XX

DESIGNACIÓN

Molibdeno, (0.55%)

TIPO

46XX

Níquel- Molibdeno, (1.8%Ni, 0.2%Mo)

47XX

Níquel- Cromo- Molibdeno, (1.05%Ni, 0.45%Cr, 0.2%Mo)

48XX

Níquel- Molibdeno, (3.5%Ni, 0.25%Mo)

50XX

Aceros al Cromo (bajo cromo, 0.28-0.40%)

51XX

Medio Cromo, (0.8-1.05%)

50XXX

Acero resistente al desgaste, 0.5%Cr

51XXX

Acero resistente al desgaste, medio Cr 1%

52XXX

Acero resistente al desgaste, alto Cr 1.45%

61XX

Aceros al Cromo-Vanadio, (0.75% Cr, 0.15%V)

8XXX

Aceros de triple aleación

81XX

0.3%Ni, 0.4%Cr, 0.12%Mo

86XX

0.55%Ni, 0.50%Cr, 0.20%Mo

87XX

0.55%Ni, 0.50%Cr, 0.25%Mo

88XX

0.55%Ni, 0.50%Cr, 0.35%Mo

92XX

Acero al Silicio-Manganeso, (2%Si y 0.8%Mn)

DESIGNACIÓN

TIPO

93XX

Aceros de triple aleación, 3.25%Ni, 1.2%Cr, 0.12%Mo

98XX

Aceros de triple aleación, 1%Ni, 0.8%Cr, 0.25%Mo

XXBXX

Aceros con Boro, (mínimo 0.0005% B)

50BXX

0.5%Cr

51BXX

0.8%Cr

81BXX

0.3%Ni, 0.45%Cr, 0.12%Mo

XXBVXX

Acero al Boro-Vanadio

XXLXX

Acero con plomo

XXXH

Acero con banda de templabilidad

Debido al desarrollo de aceros multicomponentes, hay muchos aceros que no se encontraban en el sistema original. Las convenciones para el primer digito son: IDENTIFICADOR

ALEANTE

1.

MANGANESO

2.

NÍQUEL

3.

NÍQUEL-CROMO (Principal aleante el Cromo)

4.

MOLIBDENO

5.

CROMO

6.

CROMO-VANADIO (Principal aleante el Cromo)

7.

NÍQUEL-CROMO-MOLIBDENO (Principal aleante el Molibdeno) NÍQUEL-CROMO-MOLIBDENO

8.

(Principal

aleante

el

Níquel)

Se observa entonces que si el primer número es 1 se sabe que es un acero al carbono; si el dígito siguiente es el 0, o sea que la designación es 10XX, se trata de un acero ordinario al carbono; así 1030 significa un acero ordinario al carbono con 0.30%C. Si el segundo digito es uno, la designación es 11XX y significa que se trata de un acero resulfurado, es decir, se le añadió azufre para hacerlo más maquinable, por ejemplo, el acero SAE 1108. Si el segundo digito es 3, la designación es 13XX y se trata de un acero con contenido de manganeso entre 1.5 y 2%, por ejemplo, el SAE 1330. Si el primer digito es 2, se trata de acero al níquel, por ejemplo, el acero SAE 23XX que es un acero con 3.5% de Ni. Si el primer digito es 3, se esta señalando un acero al Ni-Cr, por ejemplo, el acero SAE 31XX con 1.25% de Ni y 0.65% de Cr. Como el proceso de fabricación del acero afecta los elementos residuales, tales como óxidos, sulfuros, silicatos, nitruros, los que a su vez afectan las propiedades del acero, a veces se añade una letra como prefijo al número AISI-SAE: LETRA

PROCESO DE FABRICACIÓN

A

Acero Siemens Martins básico aleado

B

Acero al carbono, Bessemer

C

Acero al carbono, Siemens Martins básico

CB

Acero al carbono, Bessemer o Thomas

D

Acero Siemens Martins ácido

E

Acero de horno eléctrico

MT

Acero al carbono S-M básico, para tubos.

En general, los aceros 10XX de bajo carbono, de 1005 a 1025, se usan para cementación y para la fabricación de láminas. Los aceros 1015 a 1025 se usan como estructurales en vigas, placas, perfiles, ángulos, etc, con propósitos de construcción. Los aceros 11XX son de corte libre, pues se añaden hasta 0.33% de azufre, con el fin de facilitar la producción de partes que no van a soportar muchas tensiones. Aceros con mas de 1.0 de Manganeso, aceros 13XX, desarrollan ductilidad y resistencia y son superiores a los aceros ordinarios al carbono. Las propiedades de los aceros dependen de la acción de los aleantes presentes.

ASPECTOS PATOLÓGICOS EN EL ACERO

TOS PATOLÓGICOS EN EL ACERO  Lesiones Formales      

Deformación excesiva Fractura copa y cono & Fractura plana. Fractura dúctil Fractura frágil Fatiga Erosión

 Lesiones Sustanciales

 Oxidación  Oxidación-Corrosión  Lesiones. Casuística  Estructuras y elementos de acero  Instalaciones hidráulicas de acero

Lesiones formales

Son deformaciones causadas por acciones mecánicas, cuando el acero recibe una acción externa superior a su resistencia. Las deformaciones de los elementos mecánicos de acero, suelen estar causadas por dos tipos de acciones:



Acciones mecánicas

La deformación viene producida por una sobrecarga, cuyas causas son variables y de incidencia externa.

Deformación por acción sísmica en una escalera de acero



Acciones térmicas

La deformación se produce debido al sometimiento del elemento de acero a elevadas temperaturas. Las causas de las elevadas temperaturas se deben siempre a agentes externos, desde la radiación solar, hasta el fuego. Para temperaturas > 400ºC, el elemento pierde rápidamente resistencia y rigidez.

En estructuras metálicas de acero, se acostumbra a revestir los elementos estructurales con mortero de concreto proyectado en húmedo, como una protección contra incendios.

Una de las ventajas de la utilización de morteros para la protección de las estructuras metálicas, es que su aplicación sigue la geometría del elemento, permitiendo un control preciso de los espesores, por lo que se adiciona muy poco volumen y masa a la estructura y que la

aplicación, en algunos casos, se puede hacer en el taller. Como desventajas tenemos que no hay mucho control en el tema de la adherencia mortero-acero, la aplicación es laboriosa y deja una terminación rugosa.

La

estructura

metálica

precisa

ser

protegida, de forma que quede recubierta por elementos que retarden la acción directa del fuego sobre ella. Esto es debido a que los perfiles metálicos presentan un inadecuado comportamiento frente al fuego, resistiendo sin deformarse de forma grave mucho menos tiempo que las estructuras de fábrica de ladrillo, de madera o del concreto. La protección puede consistir en un recubrimiento de materiales ignífugos proyectados, o bien en el confinamiento de los elementos metálicos en cuerpos más resistentes al fuego. Se trata, en definitiva, de que estas soluciones resistan la acción del fuego durante un período de tiempo suficiente para facilitar la evacuación y las tareas de extinción, antes de que las altas temperaturas deformen el material e invaliden su capacidad resistente. A pesar de las importantes ventajas del acero como su alta resistencia y su alto grado de reciclabilidad, se debe tener en cuenta que este

material es muy susceptible a los efectos de altas temperaturas, por lo que se debe conocer muy bien su vulnerabilidad en incendios, además de conocer los métodos que se han desarrollado para protección de estructuras compuestas por dicho material. A pesar de que en un incendio el mayor peligro para los s del edifico son el humo, los gases y el calor que se genera; se debe asegurar que los elementos estructurales soporten las altas temperaturas para garantizar que la estructura no va a colapsar, o en caso de que lo haga, haya suficiente tiempo de evacuar a todas las personas dentro del inmueble. EL INCENDIO Es importante establecer, ya desde un inicio, la relación que existe entre los conceptos de Incendio y fuego. Las definiciones son las siguientes: “Se define por incendio la combustión no deseada de uno o varios materiales”. Dicha combustión produce la oxidación de dichos materiales, en un reacción que es exotérmica (desprende calor) y de carácter irreversible (el material afectado por esta oxidación queda transformado totalmente, cambiando sus propiedades físico químicas, sin posibilidad de recuperarlas). Se llama fuego “al proceso de violenta oxidación de un material combustible, con desprendimiento de llamas, calor y gases. Es un proceso exotérmico (desprende calor)”. Como vemos sus definiciones son muy similares, por lo que en el campo de estudio de las estructuras bajo incendio, las dos palabras son usadas indistintamente para referirse al proceso exotérmico de combustión incontrolada de materiales. Cada combustible libera, al quemarse, una cierta cantidad

de energía en forma de calor, igual a la energía que mantenía unidos los átomos en las moléculas del combustible, menos la empleada en la formación de los nuevos compuestos (gases resultantes de la combustión o gases quemados). La cantidad de energía que cada combustible produce se expresa por su poder calorífico. TIPOS DE INCENDIO Se clasifica los incendios en cinco categorías, según los materiales de combustión y los mecanismos y materiales que pueden usarse en su extinción: a) Incendios Clase A Son los que ocurren con materiales sólidos como la madera, el papel, los trapos y los desperdicios. La acción sofocante y de enfriamiento del agua, o soluciones que la contengan en porcentajes altos, son de importancia vital en esta clase de fuegos. Hay agentes de polvos químicos secos especiales (de multiuso) que extinguen rápidamente las llamas y forman una capa que retrasa la combustión. Si fuese necesaria una rápida extinción total, se recomienda continuar con agua o con otro agente extintor de la clase A. b) Incendios Clase B Son los que ocurren debido a la presencia de una mezcla de vapor-aire sobre la superficie de un líquido inflamable, como gasolina, aceite, grasa, pinturas y algunos disolventes. El limitar el aire (oxígeno) e inhibir los efectos de la combustión son de importancia vital en esta clase de fuegos incipientes. Los chorros de agua favorecen la propagación del

fuego, aunque, en ciertas condiciones, las boquillas de niebla de agua han demostrado ser eficaces.

Generalmente, se usan polvos secos comunes, polvos secos de multiuso, anhídrido carbónico, espuma e hidrocarburos halogenados. c) Incendios Clase C Son los que tienen lugar en gases combustibles, con la particularidad de arder muy rápidamente. Como norma general, los fuegos producidos en gases no deben apagarse si no se puede contener el escape de gas. El peligro de explosión por la acumulación del gas del escape sería peor que permitir que el gas siga ardiendo en el punto en que se está fugando. La única manera adecuada de extinguir un fuego así es cortándole el combustible. Mientras tanto, es necesario enfriar los materiales o edificaciones expuestos al fuego, así como el propio contenedor del gas. La neblina de agua es buena para estas operaciones y establece una barrera contra el calor, para proteger a las personas que intentan cerrar las válvulas o trabajan cerca del fuego. Hay que tener en cuenta que, cuando la llama de un escape es azulada y no produce humos, es probable que en el interior del contenedor exista una mezcla del combustible y comburente dentro de sus límites de explosividad. En el caso de crearse un vacío, la explosión es segura; por lo que no es coherente arriesgar el personal al intentar cortar la fuga. En estas circunstancias, si fuese posible, habría que inyectar vapor de agua o gas inerte. Los agentes extintores más adecuados son el anhídrido carbónico, gases inertes, polvo químico y halógenos. d) Incendios Clase D

Son los fuegos que ocurren en metales combustibles como el magnesio, el titanio, el circonio, el litio y el sodio. Para controlar y extinguir fuegos de esta clase se han desarrollado técnicas, agentes extintores y equipos de extinción especiales. En general, no debieran usarse agentes extintores comunes sobre fuegos metálicos, ya que existe el peligro, en la mayoría de los casos, de aumentar la intensidad del fuego debido a una reacción química entre algunos de los agentes extintores y el metal que se está quemando. e) Otros fuegos Los fuegos que se forman en ciertos combustibles o reactivos químicos requieren, en algunos casos, agentes extintores y técnicos especiales. En estos casos debe intervenir personal especializado. En las estructuras es posible encontrarse con cualquiera de estas clases de fuego, no obstante los más comunes son los de la clase A, seguidos de los de las clases B y C, siendo raros los incendios de tipo D. Mecanismos protectores contra fuego de estructuras de acero Las máximas temperaturas dentro de una edificación suceden durante la ocurrencia de un incendio; a menos que esta haya sido diseñada para cargas de temperatura mayores. El riesgo de incendio es una constante en todo tipo de edificaciones y depende de una gran variedad de aspectos, entre otros, la estructura y sus materiales predominantes, la forma y la ventilación, el contenido del edificio y la carga combustible que representa. Siendo el acero un material de construcción considerado “no combustible” presenta, sin embargo, algunas

características que hacen necesaria su protección frente a la acción del fuego. En general, toda la legislación relativa a la protección de las estructuras frente al fuego, responde a los siguientes criterios:  Proteger la vida de los ocupantes, lo que usualmente se traduce en normativas relacionadas a la evacuación y salvamento de ellos.  Proteger las construcciones y permitir el eficaz combate del incendio.  Proteger las edificaciones vecinas y el espacio público.

Existen dos tipos de protección al fuego que corresponden a dos conceptos diferentes que son tratados con diversa profundidad en las reglamentaciones de cada país, por lo que se deberá siempre, consultar la normativa específica del lugar de emplazamiento del proyecto. Estos atienden a los conceptos de:  Protección activa: conformada por sistemas y dispositivos de detección (de humo, temperatura, etc.) que activan sistemas de alarmas y combate del fuego, como rociadores de agua, espumas, gases, etc. Su eficacia radica en que permiten la detección y combate temprano del conato de incendio. Estos están más desligados de la estructura y conforman un mecanismo autónomo que previene, demora o combate el fuego en la estructura.  Protección pasiva: basada en elementos de construcción que, por sus condiciones físicas, aíslan la estructura de un edificio de

los efectos del fuego durante un determinado lapso de tiempo. En general,

las

reglamentaciones

vigentes

especifican

un

determinado tiempo de resistencia al fuego a diferentes elementos constitutivos de una edificación, tiempo que se mide en minutos (15; 30; 60; 120; 120; 150 y 180).

Los sistemas de protección pasiva contra el fuego, previenen el paso y propagación del humo y fuego desde un área de construcción a otra. Evita el colapso de la edificación haciéndola más segura para su evacuación y entrada de los servicios de emergencia. Previene o reduce la cantidad de daños de las estructuras y sus alrededores.

Concepto de Masividad: La masividad es la relación entre el perímetro expuesto al fuego y el área de la sección transversal para una estructura determinada. Determina la velocidad a la que se incrementa la temperatura en una sección de acero. Los efectos que tiene en fuego en el acero: Cuando un elemento de la estructura de acero está sometido a un incendio, su temperatura aumenta, y sus propiedades mecánicas se reducen como en cualquier otro material. La capacidad portante del elemento disminuye, por consiguiente su deformación aumenta. Si la deformación es demasiado importante, puede colapsar. El acero es un material incombustible pero buen conductor del calor. La estabilidad al fuego de un elemento no puede asegurarse más cuando, bajo el efecto de la elevación de temperatura, su resistencia mecánica disminuye hasta un cierto nivel. Alcanzamos en ese instante la temperatura crítica, comprendida entre 450°C y 800°C, que depende de varios parámetros: calidad del acero, tipo de perfil, condiciones de sustentación y de carga, y factor de masividad (relación de la superficie expuesta al calor y el volumen por unidad de longitud). Cuanto más elevado sea este factor más rápido es el calentamiento. Entre un pilar, calentado en todo su perímetro, y una viga que soporta una losa de hormigón que es calentada sólo por tres caras, el factor de masividad será diferente. Así, cada perfil de acero se caracteriza por dos factores de masividad, según que está sometido al fuego por tres o cuatro caras. Sin embargo es difícil responder a una exigencia reglamentaria de estabilidad al fuego ISO superior a 30 min con perfiles

metálicos no protegidos y solicitados. Los elementos metálicos son perjudicados por el hecho que presentan secciones pequeñas y que se calientan rápidamente cuando no están protegidos. Formas de protección superficial contra el Fuego: Son materiales, sistemas y ensamblajes que se incorporan a las edificaciones con el objetivo de proteger las estructuras contra los efectos del aumento de la temperatura, elevar su resistencia al fuego y reducir su propagación, limitando el movimiento de las llamas y el humo. Existen varios métodos de protección pasiva contra fuego: 1. Membranas y placas 2. Materiales proyectados 3. Pintura Intumescente 4. Mortero 5. Fibra mineral

Membranas y placas: Placas Rígidas de Revestimiento Esta protección se basa en es de silicato cálcico; son livianos y fácil de manejar, permiten crear alojamientos estancos en su interior donde queda el perfil. El espesor y la cantidad de capas de los es determinan el tiempo de estabilidad al calor de las llamas. El tiempo máximo comprobado se encuentra alrededor de las 3 horas de exposición al fuego. Ventajas: faena seca; liviana; acabado liso para recibir pintura. Desventajas: en elementos de geometría compleja o en conexiones, su instalación es dificultosa Protección sólida: Rodear el elemento estructural con hormigón corriente o de baja densidad, asumiendo que el hormigón no cumple función estructural alguna, sino sólo aporta resistencia al fuego. El espesor del recubrimiento de hormigón dependerá de la resistencia al fuego requerida para el elemento estructural. Este tipo de solución deja un resultado en el cual la construcción aparenta ser de estructura de hormigón. El peso de la estructura y por ende de la edificación, sube considerablemente, de igual manera el volumen. Esta solución también es posible de aplicar dejando los elementos de acero parcialmente expuestos (por ejemplo aplicando hormigón sólo en el interior de las alas, lo que reduce el uso de encofrados o moldajes y disminuye el sobrepeso.

Ventajas: se logra alta resistencia al fuego (dependiendo del recubrimiento); con una adecuada faena de encofrados se puede coordinar el avance de montaje y protección. Desventajas: peso y volumen. Materiales proyectados: El método más usado en Colombia es el uso de materiales proyectados, principalmente morteros cementicios y pinturas intumescentes. Pinturas Intumescentes Los recubrimientos intumescentes son materiales reactivos para la protección contra el fuego usados en estructuras metálicas de centros comerciales, aeropuertos, estadios, centros educativos, centros manufactureros, etc. Funcionan por reacción al calor, creando una película carbonizada que se expande para proteger y aislar el acero expuesto extendiendo el tiempo en que se alcanza la temperatura de falla establecida.

Este producto se presenta bajo el aspecto de una película de pintura de 0,5 mm a 4 mm de espesor. Calentado entre 100°C y 200°C, se hincha y se transforma en espuma con aspecto de merengue, de espesor entre 30 y 40 mm. Produce entonces un aislamiento térmico a las estructuras. Es utilizado para una R (o EF) de 30 min, más raramente para una R (o EF) de 60 min o 120 min. El producto permite, sin embargo, no alterar la percepción visual de las estructuras. Los sistemas intumescentes son materiales que proporcionan protección a las estructuras metálicas contra la acción del fuego, estos sistemas generan protecciones desde 30 hasta 180 minutos dependiendo del tipo de perfil a proteger. Los recubrimientos intumescentes proporcionan un aspecto similar al de una pintura, a temperatura ambiente se mantienen estables. Sin embargo en una situación de incendio, el revestimiento intumescente expande varias veces su espesor original, proporcionando un aislamiento contra los efectos del fuego. Ventajas: de todas las soluciones descritas, es la única que permite expresar la estructura de acero en toda su calidad. Desventajas:

son

relativamente

caras;

controlar

las

posibles

limitaciones de masividad y de resistencia exigida; durabilidad o garantía limitada, se debe repintar Morteros Ignífugos Los morteros ignífugos son morteros compuestos de áridos ligeros, ligantes inorgánicos y una serie de aditivos que aportan una resistencia al fuego de hasta 240 minutos. Estos morteros son proyectables compuestos por ligantes hidráulicos, áridos ligeros del tipo de

vermiculita o lana mineral, y aditivos especiales. Permiten una estabilidad al fuego llegando hasta cuatro horas de exposición al calor de las llamas. El espesor del revestimiento se realiza según el tiempo de estabilidad al fuego que se considere; la superficie de acabado puede hacerse alisada o rugosa. En el mercado encontramos como ejemplo: El mortero Sikacrete-215 F es adecuado para proteger estructuras de acero, de hormigón y mixtas. Sikacrete®-215 F es un mortero de alta trabajabilidad para la protección pasiva contra incendios, con una clasificación A1. Es un mortero seco de color blanco que se amasa con agua y se aplica directamente o mediante proyección. En este último caso, se puede fratasar la superficie resultante. Está formulado a base de sulfato cálcico (muy resistente al calor), áridos ligeros y diversos aditivos químicos. No contiene fibras ni sustancias nocivas. Protege frente al fuego las estructuras de acero, de hormigón armado y estructuras mixtas de hormigón con chapa de acero. El espesor a aplicar variará en función de la masividad y forma del elemento a proteger, así como de la protección ignífuga deseada. Por su textura y baja densidad, mejora el comportamiento térmico y acústico de las superficies revestidas. Posee una conductividad térmica de 0,093 W/m.K y una resistencia a compresión de 3 N/mm². En zonas donde se prevea un elevado espesor de capa, riesgos de vibración o daño mecánico, debe reforzarse con una malla metálica. No se recomienda su aplicación en estructuras sometidas a humedades constantes o subterráneas.

Ventajas: su aplicación sigue la geometría del elemento permitiendo un control preciso de los espesores, agregando escaso volumen y masa a la estructura; la aplicación se puede hacer parcialmente en taller. Desventajas: control de la adherencia mortero-acero; aplicación tradicional es laboriosa e intensiva en mano de obra; ocasionalmente la aplicación proyectada deja una terminación rugosa algo rústica. Requerimientos de Ley: LEY 400 DE 1997 Por la cual se adoptan normas sobre construcciones sismo resistentes. El título IX trata sobre las responsabilidades y sanciones

para

profesionales

y

funcionarios,

constructores

y

propietarios y finalmente para las alcaldías. NORMA SISMO RESISTENTE NSR 10 Creada bajo la ley 400 de 1997, establece los requisitos de protección contra incendio en edificaciones (Título J). Título J, Capítulo3: Requisitos de resistencia contra incendio en edificaciones Capítulo4: Detección y Extinción de Incendios Costos de la protección pasiva contra fuego: COSTOS POR KILO DE PROTECCIÓN CON PINTURA INTUMESCENTE Y POR DOS HORAS DE INCENDIO MASA ELEMENTO DESCRIPCIÓN

MASIVIDAD ESPESOR COSTO/KILO

SUPERFICIAL

(m−1)

(micras)

($/Kg)

COLUMNA

IPE 200

29,17

269

2598

6.725

COLUMNA

IPE 500

52,01

150

1782

2.587

DIFERENCIA PORCENTUAL

61,50%

Una estructura más pesada requiere menor protección contra fuego y por lo tanto puede ser más económica. El costo de la protección pasiva contra fuego es un ítem importante en cualquier proyecto que involucre estructuras metálicas; por tal razón se hace imprescindible optimizar los diseños contra fuego de tal manera que se cumpla con la normatividad con el menor costo posible.

Fracturas Es el resultado final de un proceso de deformación plástica excesiva al cual es sometido un elemento o material; en ésta tiene que ver el material y factores ajenos como la temperatura, la carga y el tiempo, durante el cual es sometido el elemento, los cuales inciden en la fractura que se clasifica como súbita (llamada también frágil) o dúctil. Cada fractura presenta características propias, tanto en su aspecto como en su microestructura. Ciertos materiales se identifican efectivamente por sus fracturas. El acero “dulce”, en forma de una probeta cilíndrica delgada, cuando se somete a grandes esfuerzos de tracción, usualmente presentan un tipo de fractura de cono y copa de textura sedosa. El hierro forjado presenta a la tensión, una fractura dentada y fibrosa, mientras que la fractura típica de las fundiciones es gris, plana y granular. Un riguroso examen de la fractura, puede arrojar una pista posible de los valores bajos de la resistencia o de la ductilidad de la pieza que se esté investigando patológicamente. La carga no axial, causará tipos de fracturas asimétricas. La falta de asimetría en una fractura puede también ser causada por una heterogeneidad del material objeto de estudio patológico, o un defecto o falla de alguna clase, tal como la segregación de impurezas en composiciones típicas de aceros industriales microaleados procedentes del reciclaje de chatarra, inclusión de materia extraña como la escoria, o la presencia de burbujas. Sobre la superficie fracturada del material de una pieza que haya sido trabajada en frío o posea una condición de esfuerzos internos,

debida a ciertos tratamientos térmicos, frecuentemente se presenta una apariencia de rayos o vetas, que irradian de algún punto cercano al centro de la sección; ocasionalmente, esta fractura se denomina “fractura de estrella”. Una descripción pormenorizada de la fractura, debe incluirse en cada informe patológico. En el acero las fracturas pueden ser: - Fractura súbita o frágil: cuando se presenta esta fractura el corte es limpio a 90° sin aparente deformación plástica originado por un esfuerzo norma, éste tipo de fractura se presenta principalmente en aquellos materiales no cristalinos en presencia de temperaturas muy bajas y en la aplicación de esfuerzos muy elevados.

Fractura frágil.

- Fractura Dúctil: este tipo de fractura se presenta debido a esfuerzos cortantes los cuales permiten observar una deformación plástica visible, formación de cuello de botella, elongación del material y reducción del área transversal produce en los planos de corte la forma copa-cono, por consiguiente, forma un ángulo de 45° respecto a la carga, dejando a lo largo de la superficie una zona de desgarre y en el tope de esta una zona fibrosa.

Fractura dúctil.

CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS DE UNA FRACTURA Una fractura presenta rasgos o atributos en cuanto a su morfología; una fractura frágil puede presentar un aspecto granular así como marcas radiales; la fractura dúctil muestra una textura fibrosa y con presencia de pequeños agujeros.

Fractura frágil con marcas radiales.

Fractura dúctil.

Fractura frágil con aspecto granular.

Fractura dúctil con presencia de agujeros.

CARACTERISTICAS MICROSCÓPICAS DE UNA FRACTURA Al observar una fractura es importante también detallar su aspecto microscópico ya que éste presenta características propias dependiendo de la fractura. Una fractura frágil presenta dos tipos: las que tienen señales de clivaje (propiedad que presentan determinados minerales de dividirse fácilmente ante un efecto mecánico siguiendo unos planos determinados de debilidad siempre en concordancia con la simetría mineral) llamadas transgranulares debido a que la fractura se propaga a través de planos específicos del grano y fracturas intergranulares en la que la fractura se propaga entre los granos a través del límite de éstos

y a éste nivel microscópico se evidencian micro vacíos, similares a los agujeros que se ven a simple vista.

Fractura frágil intergranular.

Fractura frágil transgranular con microvacíos.

Una fractura dúctil a nivel microscópico presenta las mismas características que se evidencian a simple vista.

Fractura dúctil- fibrosa.

Zona de desgarre.

GRIETAS: Son aberturas o fisuras que se presentan en el material las cuales provocaran la fractura total, debido a esto se denominan fracturas progresivas y se presentan por diferentes factores: - Ciclo de carga (fatiga): se presenta en los materiales que son sometidos a movimiento cíclicos lo que puede provocar la aparición de grietas sucesivas debido a la aplicación de esfuerzos de manera repetitiva, que a futuro dan como resultado una fractura total del elemento; durante la exposición a la fatiga se produce en el material unas marcas llamadas marcas de playa las cuales indican la variación de esfuerzos durante el sometimiento a fatiga en el material.

Marcas de playa – fractura por fatiga.

- Fluencia lenta: Este tipo de grietas se presentan cuando los elementos y/o materiales se exponen a altas temperaturas y está bajo la acción de esfuerzos a tensión, lo que origina que el material sufra especies de desgarros.

Grieta por fluencia lenta.

Rotura de tubería de acero por incremento de presión. Dada la poca plasticidad de la rotura, se puede deducir que se trata de acero cuyo límite elástico, está próximo al límite de la rotura.

- Fragilización: Se produce debido a interacción del material con agentes externos causando una pérdida de resistencia y ductilidad que conllevan a la ruptura del elemento; por ejemplo, un lote de engranajes en un proceso de carburización puede presentar pequeñas grietas radiales en el eje del mismo debido al aumento de dureza causado por los compuestos químicos usados en este proceso.

Grieta radial en un engranaje.

FALLAS POR DESGASTE El uso de un material provoca que este mismo tenga fallas a nivel estructural debido a fuerzas de rozamiento, de choque y de fatiga entre sus elementos y su entorno. - Desgaste abrasivo: Se debe a la fricción generada en el movimiento de dos elementos con diferente dureza de un mecanismo, lo cual da como resultado perdida de material y ralladuras de los elementos.

Desgaste abrasivo.

- FATIGA La ASTM define la fatiga como “el proceso de un localizado, permanente y progresivo cambio estructural sufrido por un material sujeto a condiciones que le producen tensiones y deformaciones en uno o varios puntos y que puede conducir a la producción de grietas o a la rotura después de un número suficiente de fluctuaciones”. Se ha comprobado que materiales dúctiles sometidos a esfuerzos cíclicos mucho menores que el nivel de su resistencia estática, pueden fallar por fatiga. Naturaleza de la fatiga La fatiga es el mecanismo mediante el cual las fisuras se incrementan en una estructura. El crecimiento tan sólo se produce bajo tensiones cíclicas. La rotura final se produce normalmente en zonas sometidas a tensión de tracción cuando la sección transversal reducida se hace insuficiente para soportar la carga máxima sin que se produzca la rotura. En condiciones de servicio normales, las fisuras no se propagan mientras la carga sobre la estructura sea estacionaria. Proceso de rotura por fatiga El origen de rotura por fatiga es una fisura minúscula que va extendiéndose progresivamente hasta el instante en que no existe

suficiente metal sano en la sección para soportar el esfuerzo aplicado; se produce entonces la rotura instantánea por deformación plástica o por fragilidad, de acuerdo con las propiedades del metal y su sensibilidad al efecto entalla una vez formada la fisura. Resultados en ensayos efectuados sobre probetas de acero cilíndricas, muestran cómo la relajación de tensiones, debida al efecto entalla, viene acompañada de un cambio progresivo en los mecanismos de fractura, desde los básicamente frágiles en probetas delgadas fisuradas, hasta los procesos no lineales en las probetas con radios más grandes, lo que explica que el efecto entalla produzca un incremento tanto de la capacidad resistente como de la tenacidad aparente a fractura. El estudio de la mecánica de fractura muestra que la velocidad de crecimiento de una fisura es proporcional a la raíz cuadrada de su longitud, con la misma fluctuación y el mismo grado de concentración de tensión. Por esta razón, las fisuras de fatiga pasan la mayor parte de su vida en forma de fisuras muy pequeñas difíciles de detectar. Tan sólo en las últimas etapas de su vida comienza la fisura a causar una pérdida significativa del área resistente. Esto plantea problemas para la inspección de estructuras en servicio.

Superficies de rotura por fatiga.

- Fatiga Superficial: se presenta cuando dos elementos en o presentan imperfecciones, lo que origina esfuerzos repetitivos que a su vez causan pequeñas picaduras en el material.

Picaduras a causa de fatiga Superficial.

- Ludimiento: Es un tipo de desgaste debido a desajustes de dos elementos que están en o y sometidos a presión lo que produce pérdida de material y deformación superficial.

Ludimiento.

Secuencia de fisuración por fatiga:

Cuando un material tiene defectos en su superficie, como rayones o golpes, esos defectos actuarán como concentradores de esfuerzo para la generación de grietas y micro grietas las cuales a medida que pasan los ciclos van creciendo y se propagarán de manera rápida resultando en una fractura. “Los autores de la referencia (Paris, Gomez, & Anderson, 1961), utilizando los conceptos de la mecánica de la fractura propusieron una ley empírica la cual unificaba todos los datos experimentales de crecimiento de grietas por fatiga. Ley conocida universalmente como “Ecuación de Paris”, la cual es expresada por:

Donde: 𝑑𝑎/𝑑𝑁 es el incremento de longitud de la grieta por cada ciclo de fatiga y ΔK el intervalo cíclico del factor de intensidad de tensiones, definido anteriormente. C y m son constantes que dependen del material y se determinan experimentalmente. El exponente m está situado entre dos y cuatro para aleaciones dúctiles. Estas constantes dependen de valores propios del material, como es la microestructura, y de las

condiciones ambientales, como el propio ambiente y su temperatura. Los valores de da/dN, para diferentes condiciones de carga, se determinan experimentalmente a partir de los cambios de longitud de grieta tras un cierto número de ciclos. En la figura 7 se han representado las tres Regiones de propagación por fatiga con una referencia a los mecanismos de crecimiento de grieta en cada una de las regiones. La utilización de la ecuación de Paris en la región I daría lugar a la estimación de una vida menor que la real y por lo tanto estaría del lado de la seguridad. Sin embargo, en la región III, el crecimiento de grieta la ecuación de Paris se acelera fuertemente. La extensión de la ecuación de Paris a la región III tiene generalmente poca importancia en cuanto a la estimación de la vida de componentes diseñados en base a la propagación su crítica de grietas, que se considera en la región II. Las tres regiones de propagación responden a mecanismos básicos diferentes”. (Molano Sanchez D. 2015)

Figura 7. Ritmo de crecimiento de grieta frente a ΔK. Fuente Adaptada (Shigley, 2011).

Erosión: Es el desgaste o pérdida de sección, producida por el arrastre de materiales de un líquido que circula a grandes velocidades y sufre turbulencias. La erosión en estos casos supone un doble proceso, mecánico y químico al actuar conjuntamente con el proceso de oxidación. En estos casos, la lesión se repara, casi obligatoriamente, sustituyendo completamente el segmento de metal afectado.

Éste tipo de desgaste se presenta cuando un elemento está en o con un fluido en movimiento, se da de manera lenta y produce pérdida de material de manera progresiva, el material desgastado puede tener apariencia pulida si el fluido con el que está en o es líquido o gaseoso, o granular si se trata de flujo de un sólido abrasivo.

Erosión de aspecto pulido (Izq) y de aspecto granular (Der).

Cavitación: se presenta en elementos que contienen o transportan fluidos sometidos a presión, el cual puede ocasionar burbujas que al explotar desprenden material oxidado de las paredes del elemento generando picaduras en la superficie del elemento.

Picaduras debido a fluido agitado. (Cavitación)

LESIONES SUSTANCIALES Oxidación del acero Es la reacción química producto del o de la superficie metálica con el oxígeno del aire o del agua, según sea el caso, produciéndose una capa superficial porosa de óxido metálico, la cual además permite la acumulación de agua, favoreciéndose el proceso de oxidación y la aparición del fenómeno de corrosión electrolítica. El ion Cloruro la oxidación por ataque de cloruros se produce de forma localizada en la armadura. Dicha oxidación produce una pérdida de la sección de la armadura que puede ocasionar fallos de gran alcance en las estructuras del concreto. El ingreso de iones se puede dar por dos formas, desde el exterior cuando las estructuras se encuentran localizadas en zonas costeras, industriales, elevado nivel freático en suelos sulfatados, piscinas, etc. Y por los componentes de la mezcla de concreto, cada uno de estos debe ser sometidos a diferentes pruebas de laboratorio para determinar su caracterización física, mecánica y química pues en este campo de estudio y con el fin de garantizar estructuras duraderas se debe evitar materiales con contenidos de cloruro no controlados, teniendo especial cuidado en el agua y cemento que pueden presentar contenidos de cloruros que favorezcan el proceso de corrosión.

. Proceso de corrosión por acción del ion cloruro.

Losa de concreto con presencia de ataque de cloruros

Oxidación . Corrosión

Destrucción o descomposición del acero, producida por un agente exterior y favorecida por la presencia de un medio acuoso en o con ambos: el acero y el agente externo.

La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma de mayor estabilidad o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en o con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión.

Corrosión Química Ataque de un metal por la acción de agentes químicos causantes de una serie de reacciones químicas producidas en la interfase metalmedio corrosivo y dando lugar a unos productos químicos los cuales, al depositarse en la superficie del metal, llegan, en algunos casos, a

conformar una capa de pasivación protegiendo al propio metal de una corrosión mayor. La corrosión química puede ser: Ambiental: agresión por parte de los compuestos presentes en el aire contaminado: dióxido de azufre, dióxido de carbono, sulfatos, cloruros, cenizas y escoria.

Materiales de Construcción: agresión por parte de otros materiales constructivos: cemento Portland (hidróxido sódico y potásico), morteros y pastas de cal (calcio y magnesio, libres), pastas de yeso (ácidos), madera (ácidos orgánicos y sales solubles) y cementos porosos (amoníaco

presente

en

agentes

espumantes).

Particularmente

importante en este punto, es la corrosión por carbonatación en el acero de refuerzo de elementos de concreto armado.

El proceso de carbonatación, en forma general, ocurre cuando se desprotege el acero de refuerzo estructural permitiendo que se lleve a cabo la oxidación afectando la estructura en toda su composición. la carbonatación es una reacción química natural en la que el hidróxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono y forma carbonato cálcico insoluble (ca(oh)2 + co2 → caco3 + h2o), que en otras palabras ocurre cuando el dióxido de carbono entra a la masa del hormigón ya sea por poros fisuras o cualquier otro medio y afecta la composición interna de la matriz del concreto.

El proceso de carbonatación en sí, no afecta mayormente al concreto simple. El concreto posee un ph básico que protege las armaduras de la oxidación el cual oscila entre 12.5 y 13.5. los hidróxidos de calcio, sodio y potasio ( ca(oh)2, na(oh)2 k(oh) ) son los responsables del elevado ph del concreto. Sin embargo la mayoría de estructuras de concreto armado están expuestas al aire, donde se encuentra el anhídrido carbónico (C02), el cual al reaccionar con los hidróxidos presentes en el hormigón originan el carbonato cálcico. Esto hace que el ph del hormigón disminuya a valores menores de 9.5, por tanto la alcalinidad de este hormigón o concreto simple, ya no tiene la capacidad para proteger la armadura del acero que lo refuerza, haciéndola totalmente vulnerable. aquí es muy importante resaltar

que la capacidad de difusión del carbonato cálcico para que llegue a la armadura, es relativamente lenta y depende de muchos factores como

la porosidad del concreto, las fisuras presentadas en el mismo y la temperatura, entre otras. Por ello la importancia de realizar correctos procesos de vibrado en la instalación del hormigón armado y un correcto curado para que no se presenten fisuras que puedan afectar la estabilidad de la estructura.

CORROSIÓN ELECTROLITICA DEL ACERO DE REFUERZO Primero debemos entender que en el momento que se instala el hormigón sobre el acero de refuerzo, dentro del proceso de hidratación del cemento, se genera un ambiente altamente alcalino, esto debido a la producción de Ca(OH)2, Na(0H) y K(OH). En este ambiente alcalino los componentes termodinámicamente estables del acero, Fe3O4 y Fe2O3, forman una capa protectora extremadamente pequeña de óxido, que actúa como capa de pasivación, sin embargo cuando se lleva a cabo el proceso de carbonatación, es esta capa de pasivación la que se quebranta permitiendo llegar el carbonato cálcico al acero de refuerzo, y es allí cuando ocurre la oxidación y, posterior a ellos, la corrosión electrolítica del mismo. La corrosión es la consecuencia de una oxidación inicial, tendencia que tienen los metales (y en general todos los materiales de la naturaleza) a recuperar su estado original. Cuando los iones de Fe son liberados del acero, ellos reaccionan con el oxígeno y forman óxidos que se van depositando en la superficie del acero, ahí se tiene un fenómeno similar a una celda electrolítica, donde la parte sana actúa como cátodo y la parte corroída como ánodo, en este último es donde se pierden los iones y como consecuencia de la corrosión se lleva a cabo la descomposición del material. A este fenómeno se le conoce como la corrosión electrolítica del acero de refuerzo. ENSAYOS PARA LA DETERMINACIÓN CARBONATACIÓN EN EL CONCRETO

DEL

GRADO

DE

Para determinar si el concreto está o no carbonatado basta con medir el PH en el que se encuentra y para ello el ensayo más común es el

denominado test de la Fenolftaleína. El test consiste en aplicar en un concreto recién fracturado, con una solución al 1% de fenolftaleína en hidro-alcohol (70% de alcohol y 30% de agua). Si el color del concreto impregnado muestra un tono púrpura intenso es porque no está carbonatado y si no cambia de color se supone que dicho concreto está carbonatado. Sin embargo, este test solo mide un concreto carbonatado hasta valores de PH inferiores a 9, lo que quiere decir que entre valores mayores a 9 y 10, marca color púrpura asumiendo que el concreto no está carbonatado. Pero realmente, el concreto a un valor de PH menor de 11 no es capaz de mantener una capa pasivadora, lo cual ya representa un alto riesgo de carbonatación, no siendo detectado por la fenolftaleína; por ello es mucho más confiable el test con el amarillo de alizarina (10 amarillo – 12 violeta) el cual comenzará a marcar en un color verdoso (amarillo+violeta) cuando el PH esté en un valor de 11, valor que es tomado como referencia para el límite de un concreto carbonatado. PATOLOGÍA Para que se lleve a cabo el proceso de carbonatación, éste dependerá únicamente de las sustancias que penetren la matriz de concreto, en este caso las principales son el oxígeno, los iones de cloro, el gas carbónico y por supuesto el agua. Por ello es importante que dentro del proceso constructivo se tenga especial cuidado con la compactación del hormigón para reducir la aparición de fisuras o un incremento en la porosidad del mismo. También es de vital importancia que se lleven a cabo los respectivos mantenimientos de las estructuras; una buena inspección visual puede originar un diagnóstico, que a corto tiempo puede representar un balance sobre la posible reparación del elemento, lo cual se puede clasificar en: 1. La carbonatación no ha llegado al acero de refuerzo: Al no haber afectación del acero de refuerzo se recomienda la aplicación de pinturas

anti-carbonatación que tienen como finalidad reducir la porosidad del concreto y reforzar la resistencia de la capa superficial. 2. La carbonatación ha llegado al acero de refuerzo: se tiene que realizar la respectiva limpieza en el acero para retirar cualquier indicio de oxidación, aplicando un inhibidor de corrosión (pero con extremo cuidado), para posteriormente aplicar un adherente para el mortero. 3. El acero de refuerzo ha perdido sección: Este es el caso más crítico y por consiguiente se debe hacer un diagnóstico inicial para saber si se ha afectado estructuralmente el elemento donde se ha presentado la corrosión. Dependiendo de dicho estado se deben hacer reforzamientos adicionales para cambiar los elementos corroídos, o se deberá optar por la demolición del elemento, entre otras propuestas.

Proceso de carbonatación en barra de acero.

Estructura con presencia de carbonatación.

Soluciones químicas: agresión por parte de sustancias químicas ajenas a la propia construcción: productos de limpieza (sales solubles de calcio, magnesio y potasio), agua de las conducciones (cloruros, sulfatos y dióxidos de carbono).

Aguas ácidas: Disolución de los metales por inmersión en aguas ácidas, que producen la redisolución de la capa de hidróxido resultado de la combinación de los iones metálicos con el hidrógeno del agua. Agua de mar: agresión por proximidad o o directo con el agua de mar (cloruros). Materia orgánica: agresión por parte de las sustancias que producen ciertos organismos, como algas, mohos y líquenes (ácidos orgánicos y dióxido de carbono).

Aireación diferencial: la diferencia de potencial electroquímico se produce entre dos partes de la misma pieza metálica, cuando una parte

se encuentra permanentemente bajo condiciones de humedad y la otra en condición seca. La parte húmeda se establece como ánodo y la seca como cátodo, produciéndose una corriente de electrones desde la parte húmeda a la parte seca, corroyéndose la primera. Se produce cuando un metal se encuentra en un medio con diferentes concentraciones de oxígeno, por ejemplo la parte de un perno introducida en la roca o concreto, frente a la parte exterior al aire:

Lamentablemente, este fenómeno se presenta frecuentemente en los pernos de anclaje de bases de columnas metálicas, cuando no son adecuadamente protegidas debido a la falta de mantenimiento.

INTERGRANULAR: Es la aparición de pares eléctricos y corrosión puntual entre las partículas de los distintos elementos de una aleación metálica, cuando en ésta no se ha completado el proceso de unión de los mismos. Frecuentemente se presenta en conexiones empernadas de acero, cuando se usan rios (pernos, tuercas, arandelas) de distintas aleaciones en una misma conexión.

Es el único ataque posible por corrosión, que puede sufrir el acero inoxidable. Viene causado por un posible defecto del material y si su efecto destructivo es importante, sólo cabe la sustitución. Corrosión Galvánica

Se produce cuando se ponen en o dos metales diferentes, generando una diferencia de potencial entre ellos.

Ejemplos de corrosión galvánicas: tuercas y arandelas de acero, junto a chapas de acero inoxidable.

TRATAMIENTOS PARA LAS LESIONES POR CORROSIÓN EN EL ACERO Hechas las pruebas respectivas sobre el elemento corroído y determinado el tamaño de la lesión y su posible recuperación, se procederá a aplicar el método más apropiado para su reparación y protección. Antes de aplicar cualquier recubrimiento de protección, debemos asegurarnos de la correcta LIMPIEZA de la superficie donde se trabajará; dicha preparación nos representa hasta el 70% del éxito del sistema de protección que se aplicará, por lo que es de SUMA IMPORTANCIA la correcta preparación y limpieza de la superficie antes de aplicar o diseñar un sistema de recubrimientos para esta protección. La limpieza nos ayuda a la correcta adhesión del recubrimiento, por lo que se debe eliminar polvo, aceites, grasas, escamas de laminación,

óxidos, pintura vieja; en sí, cualquier clase de contaminante presente en la superficie. Existen muchos métodos de preparación de superficies y la selección del mismo es parte integral de la especificación de cualquier recubrimiento. Además de lo anterior, la limpieza, tiene la función de proveer o suministrarle a la superficie a limpiar un PERFIL O PATRÓN DE ANCLAJE, mordentado o dentado que ayuda a la adherencia física, además de incrementar la superficie de o, del recubrimiento con el metal. Comercialmente se conocen tres tipos de normas internacionales, para la clasificación de los tipos de limpieza:  Steel Structures Painting Council / Consejo de estructuras de Pinturas en Acero (SSPC)  National Association of Corrosión Engineers / Asociación de Ingenieros de Corrosión) (NACE)  Swedish Standard (SIS) La ISO (International Standards Organization) adoptó las normas Suecas (Swedish Standard – SIS) para limpieza y preparación de superficies. Estas normas legislan la técnica de preparación de superficies en Europa y algunos otros países del mundo en el que se usa el sistema internacional. De estas tres, la Swedish Standard es la única que considera el estado original de la superficie (en aceros) antes de la limpieza, la divide en cuatro grados diferentes de oxidación: A: acero recién laminado B: acero después de 2-3 meses de exposición C: acero después de alrededor de un año de exposición D: acero después de alrededor de 3 años de exposición.

Aun cuando las otras dos Normas mencionadas, no toman en cuenta el grado de oxidación del acero antes de la limpieza, pueden compararse una y otras clasificaciones. La SSPC clasifica los grados de limpieza en 10 diferentes tipos, mientras que la NACE lo hace en 4 grupos:

TIPO SSPC NACE SIS Limpieza con solventes SSPC-1 Limpieza con herramienta manual SSPC-2 Limpieza con herramienta mecánica SSPC-3 B,C Y D Limpieza de acero nuevo a la llama SSPC-4 Limpieza con abrasivo a metal blanco SSPC-5 N° 1 A,B,C y D Limpieza con abrasivo a grado comercial SSPC-6 N° 3 A,B,C y D Limpieza con abrasivo a ráfaga SSPC-7 N° 4 B,C y D Limpieza con ácidos SSPC-8 Exposición a la intemperie y chorreado SSPC-9 B,C y D Limpieza con abrasivo a metal casi blanco SSPC-10 N° 2 A,B,C y D

GRADOS DE OXIDACION EN EL ACERO Podemos ampliar lo expuesto por la Norma Sueca sobre los grados (A,B,C y D) de oxidación en el acero y que ha sido recogida por la ISO en su norma ISO 8501-1, la cual identifica cuatro (04) niveles llamados “grados de oxidación”, que se encuentran normalmente en las superficies de acero no revestido y en las superficies de acero almacenado.

Los grados de limpieza de superficies metálicas, están especificados por varias normas, siendo la más extendida la norma SIS 055900 SWEDISH, transformada posteriormente en ISO 8501-1: 1988, considerando los grados de preparación de la superficie en relación con el estado inicial del acero a pintar.

A continuación, se presentan patrones fotográficos que ilustran estos grados de oxidación:

 A: Superficie de acero revestido de calamina adherente y prácticamente sin corrosión. (El grado A lo presenta el acero poco tiempo después de su laminación en caliente).

 B: Superficie de acero con oxidación residual y donde la calamina comienza a desprenderse. (El grado B lo presenta la superficie de acero laminado en caliente después de haber permanecido expuesta a la intemperie, sin protección, en una atmósfera medianamente corrosiva, durante 2 ó 3 meses)

 C: Superficie de acero cuya calamina ha desaparecido por la acción de la oxidación o que se puede eliminar esta calamina raspándola pero dejando leves picadas visibles. (El grado C lo presenta la superficie de acero expuesta a la intemperie, sin protección durante 1 año, aproximadamente).

 D: Superficie de acero cuya calamina ha desaparecido completamente por la acción de la oxidación y en la que pueden observarse numerosas picadas. (El grado D lo presenta la superficie de acero expuesta, sin protección, unos 3 años).

¿Qué es la Calamina?: el enemigo oculto del acero El enemigo menos conocido del acero laminado, pero uno de los que más daño y coste añadido causa: La Calamina.

La calamina solo puede eliminarse mediante tres métodos:  Chorreado o granallado  Decapado químico: Mediante la inmersión en sustancias corrosivas como el ácido sulfúrico. Prácticamente su uso se limita a piezas pequeñas por lo que tiene poca utilidad en la construcción.

Decapado químico de una pieza metálica tubular.

 Esperando a que se desprenda de forma natural: Este método no es nada recomendable ya que como hemos señalado, no se produce de modo uniforme. Cuando finalice el proceso la corrosión ya habrá comenzado a hacer mella en algunas zonas por lo que la limpieza del óxido superficial no será suficiente para preparar el acero antes de aplicar una protección. Pintar sobre la calamina es garantía de poca durabilidad para esa pintura, que acabará desprendiéndose. En la práctica, lo habitual es hacer una limpieza superficial del óxido de modo que existirán zonas donde el óxido ya haya penetrado entre la calamina no desprendida y el acero: acabará desprendiéndose y acelerando el proceso de degradación. Desgraciadamente, la cantidad de acero utilizada en construcción que se chorrea o granalla es muy baja, debido a su alto coste inicial y a que no se tiene en consideración la costosa intervención en mantenimiento. GRADOS DE PREPARACIÓN A partir de cada uno de los estado iniciales se definen varios tipos de preparación, denominados con las siglas St, Sa o FI. • St: Rascado, cepillado, picado, por medios manuales o mecánicos. • Sa: Chorreado y granallado con abrasivos y granallas. • FI: Limpieza a la llama (proceso obsoleto) El estado inicial A sólo ite preparación por chorreado/granallado abrasivo (Sa), único método que permite eliminar la calamina. Los diferentes grados utilizados según la norma ISO 8501-1: 1988 Sa 3. Eliminar la totalidad del óxido visible, cascarilla de laminación, pintura vieja y cualquier materia extraña. Limpieza por chorreado hasta

metal blanco. El chorro se pasa sobre la superficie durante el tiempo necesario para eliminar la totalidad de la cascarilla de laminación, herrumbre y materias extrañas. Finalmente, la superficie se limpia con un aspirador, aire comprimido limpio y seco o con un cepillo limpio, para eliminar los residuos de polvo de abrasivo. Color superficial uniforme. Sa 2 ½. Chorreado o granallado con abrasivos y granallas hasta dejar el metal casi blanco, a fin de conseguir que por lo menos el 95% de cada porción de la superficie total quede libre de cualquier residuo visible. Chorreado muy cuidadoso. El chorro se mantiene sobre la superficie el tiempo necesario para asegurar que la cascarilla de laminación, herrumbre y materias extrañas son eliminados de tal forma que cualquier residuo aparezca sólo como ligeras sombras o manchas en la superficie. Finalmente, se elimina el polvo de abrasivo con un aspirador, con aire comprimido limpio y seco o con cepillo limpio. Sa 2. Chorreado o granallado con abrasivos y granallas hasta que al menos los 2/3 de cualquier porción de la superficie total estén libres de todo residuo visible. El chorro se pasa sobre la superficie durante el tiempo suficiente para eliminar la casi totalidad de cascarilla de laminación, herrumbre y materias extrañas. Finalmente, se elimina el polvo abrasivo con un aspirador, con aire comprimido limpio y seco o con un cepillo limpio. Sa 1. Chorreado o granallado con abrasivos y granallas ligero.

TIPOS DE LIMPIEZA METALICA CON ABRASIVOS Ampliando lo anterior establecemos que la limpieza con abrasivo, de manera comercial, es de dos tipos:  Chorro de arena o arenado (Sand – Blasting)  Chorro de granalla o Granallado. Se basan en la abrasión superficial mediante el choque, mediante chorros a presión, de partículas abrasivas de áridos de sílice (arena) o granalla (pequeñas esferas o de formas irregulares de acero, aluminio o fundición), impulsadas a gran velocidad, mediante aire comprimido, vapor, agua o discos centrífugos. Además del material abrasivo, existe una gran diferencia entre el equipo usado por los dos métodos para aplicar la limpieza. En el arenado, el equipo usado es portátil: compresor, tolva, boquillas e implementos de protección para el operador y, en caso de aplicar el chorro de arena húmeda (Wet Blast), bomba de agua y tanque. Este proceso, cuando es con arena seca, se hace a la intemperie. Modernamente y, por lo general, para superficies poco extensas y localizadas y donde se requiere un alto grado de limpieza, se está usando, para el primer método, como árido el granate (garnet) industrial. En cambio, el granallado se lleva a cabo en recintos cerrados con trenes de rodamientos incorporados a equipos especiales, los cuales eliminan previamente, sometiendo los elementos a limpiar a la llama para remover residuos de pinturas y contaminantes, antes de someterlos al chorro de granalla.

El objetivo general de ambos métodos, es remover, de la superficie metálica, cualquier tipo de contaminante que pueda conducir a la falla del posterior revestimiento (Pintura). TIPOS DE ABRASIVOS Y PERFIL DE ANCLAJES OBTENIDOS Material Abrasivo

Máximo tamaño de partículas Perfil de Mallas (US Sieves) mm Anclaje(mills)

Muy fina

80

0.2

1.5

Fina

40

0.4

1.9

Media

18

1.0

2.5

Gruesa

12

1.6

2.8

80

40

0.4

1.3

Granalla

50

25

0.7

2.8

de

40

18

1.0

3.3

Acero

25

16

1.2

4.0

16

12

1.7

6.0

110

25

0.7

1.0

Munición

170

20

0.9

1.5

de

230

18

1.0

2.0

Acero

330

16

1.2

3.0

390

14

1.4

4.0

Arena Sílica

Granalla de óxido de Aluminio

Escoria de fundición de cobre

100

1.0

50

1.5

16

2.0

6

3.0

3060

1.0

2040

2.0

1240

4.0

Lugar de

Características

Aplicación

Fábrica Campo

o

Seca, silicosa, cuarzosa y no contaminada con sales, aceite y/o grasa. Se puede usar agua de mar lavada.

Fábrica o campo Seca, sin óxido, no contaminada con aceite o en interior de grasa. equipos

Fábrica o campo Seca, sin óxido, no contaminada con aceite o en interior de grasa. equipos

Fábrica o campo en interior de Seca, no contaminada con aceite o grasa. equipos

Fábrica o campo Seca, no contaminada con aceite o grasa.

El tipo de abrasivo dependerá del perfil de anclaje deseado, de la facilidad para conseguir el abrasivo, de su volumen y de los costos de adquisición.

ARENADO SECO Y HÚMEDO

SECO: se hace a la intemperie y en espacios muy abiertos, debido a la contaminación producida por el levantamiento de la arena en el ambiente. El chorreado con abrasivos secos es la técnica más eficiente y económica para la limpieza de estructuras metálicas en aplicaciones industriales. La unidad de chorro abrasivo, desarrolla una alta velocidad e impacto superficial el cual elimina óxidos, residuos de pinturas y adicionalmente, promueve rugosidad a la base metálica para facilitar una excelente adherencia. Tiene la desventaja que el uso muy prolongado y extensivo de este sistema de limpieza produce silicosis (enfermedad pulmonar).

HUMEDO (WET-BLAST): se hace a la intemperie o en recintos cerrados. No contamina, pero la humedad remanente en la superficie a recubrir puede comprometer la adherencia del recubrimiento. Para contrarrestar la oxidación instantánea (“Flash Rust”) se requiere usar inhibidores de corrosión, los cuales son mezclados con el agua fresca que se usa para la limpieza previa de la superficie, antes del chorreo húmedo. Esta limpieza debe ser complementada con un cepillado para remover residuos.

Este método de preparación de superficie dará lugar a un alto grado de limpieza que va a conducir a la larga duración de prácticamente cualquier sistema de pintura. Se estima que la limpieza por chorro comercial será suficiente para la mayoría de los casos en que se crea necesaria la limpieza por arenado.

GRANALLADO

Este proceso no es aplicable a reparaciones en sitio. Debido al alto costo de la inversión inicial y mantenimiento, sólo es aplicable a proyectos que involucran grandes cantidades de elementos a limpiar y por largo tiempo. Para grandes obras de montaje de estructuras metálicas, tiene la desventaja que las piezas soldadas complejas a montar en obra, no pasan por el tren de rodamiento.

GRADOS DE LIMPIEZA EN EL ACERO Las Normas especifican el grado de limpieza requerido en cuatro grandes categorías:

• SP-5 Limpieza a Metal Blanco (White Metal) El 100% de la superficie deberá estar libre de grasa, aceite, polvo, óxido, cascarilla de laminación, recubrimiento viejo o cualquier otro contaminante. El acabado presenta un color gris claro uniforme y su apariencia cambiará según el abrasivo usado.

•

SP-6 Limpieza Comercial La superficie deberá estar libre de grasa,

aceite,

polvo,

óxido,

escama

de

laminación,

recubrimiento viejo o cualquier otro contaminante. El acabado presenta ligeras manchas, vetas y decoloraciones en un porcentaje máximo del 33%. Si la superficie está picada pueden presentarse residuos de óxido y recubrimiento viejo.

•

SP-7 Limpieza Rápida (Brush Off) La superficie deberá estar libre de grasa, aceite, polvo, óxido flojo, escama de laminación floja, recubrimiento flojo, excepto que el óxido, escama de laminación y recubrimientos adheridos pueden permanecer en la superficie.

• SP-10 Limpieza cerca a Metal Blanco (Near White Metal) La superficie deberá estar libre de grasa, aceite, polvo, óxido, escama de laminación, recubrimiento viejo o cualquier otro contaminante. El acabado presenta ligeras manchas, vetas y decoloraciones en un porcentaje menor o igual al 5%.

En Latinoamérica predomina el uso de las normas americanas, pero algunas empresas han seguido las normas ISO. En todos estos grados de limpieza, se le proporciona a la superficie del elemento metálico cierta rugosidad, a lo que se le llama Perfil de Anclaje, mismo que ayuda en la adherencia entre el substrato y el recubrimiento. ¿Cuál es la diferencia entre tipo de limpieza y perfil de anclaje? Para muchos s de la tecnología de granallado y arenado (Sandblasting), existe la duda en cuanto a la diferencia entre tipo de limpieza y perfil de anclaje. A continuación, queremos aportar con la aclaración de los dos términos. El tipo de limpieza se refiere a la exigencia de uniformidad y porcentaje total de cobertura del proceso de granallado y/o arenado del área a limpiar, la supervisión se hace visualmente con la ayuda de las fotografías publicadas en los estándares de la SSPC/NACE e ISO. El perfil de anclaje se refiere al nivel de rugosidad que la superficie debe tener para que el recubrimiento que se vaya aplicar, se adhiera fácilmente a la superficie. La rugosidad se mide en mills (milésima de pulgadas) en el sistema inglés y en micrones (milésima de milímetros µm) en el sistema internacional. El tipo de abrasivo y el método de granallado y arenado definen el perfil de anclaje que se le aplica a la superficie. Con el objetivo de ilustrar los diferentes perfiles de anclaje que se logran con diferentes abrasivos les presentamos la siguiente tabla de referencia:

Perfil de Anclaje Material Abrasivo 25µm

37µm

50µm

63µm

75-100µm

Arena Sílica

Malla 30/60

Granalla de acero Granalla de municion de acero

G80

G50

G40

G40

G25

S110

S170

S280

S330

S390

Granate industrial

Malla 80

Malla 36

Malla 36

Malla 16

Malla 16

Granalla de óxido de Alum.

Angular 100

Angular 50

Angular 36

Angular 24

Angular 16

Malla 30/60 Malla 30/60 Malla 30/60 Malla 30/60

Información obtenida directamente del documento oficial publicado por SSPC-SP COM en Noviembre 1 de 2004.

LIMPIEZA CON DISOLVENTES Este método es usado para remover aceites, grasas y contaminantes. El problema con este tipo de limpieza es que no remueve el óxido, escamas de laminación o residuos de recubrimientos anteriores.  Limpieza por emulsión: consistente en emplear un disolvente

orgánico (queroseno) junto con un agente emulsionante (jabón) de modo que la combinación se pueda diluir en agua y formar un medio de limpieza estable.  Disolventes alcalinos: que van desde ños álcalis como soda

cáustica y potásica, hasta los detregentes  Disolventes ácidos: inorgánicos como el fosfórico, combinado con disolvente de grasas (alcoholes) y agentes humectantes que rebajan la tensión superficial, pero sus efectos anticorrosivos, no son del todo satisfactorios.  Disolventes orgánicos: algunos son tóxicos o inflamables,

pero es el tipo de disolvente más empleado, como son: naftas, mineral

spirit,

benceno,

toluenos,

xilenos,

surpentinas,

hidrocarburos asfálticos y derivados halogenados. Decapado

Químico en piezas de acero no demasiado grandes, por el cual se introducen en tanques, donde se disuelve la capa superficial del metal eliminando el óxido y la cascarilla (calamina) obteniendo una superficie homogénea.

 Disolventes con Gel: Es un gel espeso, a base de agua, inodoro y libre de ácidos, que se aplica con brocha y funciona sin fregar ni arenar. Comienza a eliminar óxido fino en 15 minutos. Cuando el óxido se haya disuelto por completo, el gel se quita con un paño, o se enjuaga. Una vez limpia, la superficie queda lista para el próximo proceso. Aplicaciones típicas: •Superficies verticales que no se pueden sumergir en líquidos antioxidantes. •Grandes

componentes

metálicos,

subconjuntos

maquinaria • Formas y barras metálicas largas o pesadas

y

• Piezas automotrices • Herramientas • Equipo de construcción • Gabinetes, paredes, divisores •Todo tipo de aplicación metalúrgica y de preparación de metales.

LIMPIEZA CON HERRAMIENTA MANUAL Este método es usado para remover aceites, grasas y contaminantes. Para este propósito son usados cepillos de alambre, lijas, cinceles, etc. El problema con este método es que no se remueve el óxido, escamas de laminación o residuos de recubrimientos anteriores, además de ser demasiado lento por lo que no es recomendable en grandes superficies.

LIMPIEZA CON HERRAMIENTA DE FUERZA O MECÁNICA Es usado de igual forma que la limpieza con herramienta manual, para remover aceites, grasas y contaminantes. Para este propósito se usan aparatos de fuerza eléctrica o neumática, tales como cepillos rotatorios,

esmeriles y lijadoras eléctricas o herramientas de impacto. Aunque no son muy eficaces para remover óxidos, escamas de laminación o residuos de recubrimientos anteriores fuertemente adheridos. Además su uso nos deja la posibilidad de dejar el sustrato demasiado pulido, por lo que el recubrimiento de protección pudiera no quedar bien adherido. Se recomienda su uso sólo en superficies pequeñas, como soldaduras,

bordes afilados y detalles.

LIMPIEZA DE ACERO NUEVO A LA FLAMA Consiste en hacer pasar, a gran velocidad, la flama de un soplete de oxiacetileno de alta temperatura sobre la superficie del metal a limpiar, para desprender escamas de laminación y óxidos aprovechando el diferencial de coeficientes de dilatación entre estos residuos y el sustrato metálico. Por el alto grado de especialización que en cuanto a su manejo requiere este método de limpieza, sólo se aplica en situaciones muy especiales.

LIMPIEZA CON LÁSER SERVICIO APLICADOS: Limpieza Laser-Laser Cleaning (you tube)

REVESTIMIENTOS DE PROTECCIÓN Hay que tomar en cuenta que mientras mejor sea la eliminación inicial de óxidos, impurezas y escamas de laminación sueltas, más larga será

la vida del recubrimiento, así mismo, mientras mayor sea la severidad del ambiente de trabajo del revestimiento de protección, se requiere una mejor preparación y limpieza, y en ambientes menos severos se puede permitir un trabajo menos completo y menos costoso. A estos tipos de ambiente, se les conoce como “ambientes de exposición severa o crítica” y “exposición suave”.

Generalmente, el tipo de revestimiento o recubrimiento de protección, se decide por el imprimante que se pueda usar, y éste va en función con el estado de la superficie o del tratamiento que se le pueda dar. La imprimación deberá tener las suficientes propiedades humectantes (penetración) como para rellenar la porosidad de la superficie del sustrato y mantener la adherencia durante toda la vida del sistema, además de que tendrá gran influencia con el resto del sistema a su vez. Cuando se especifica un imprimante determinado, el grado de limpieza debe adaptarse a las propiedades del imprimante y deberá alcanzarse, en lo posible, el grado de limpieza que se haya prescrito.

GRADOS DE PREPARACIÓN RECOMENDADOS PARA DISTINTOS TIPOS DE IMPRIMACIÓN SEGÚN LA STEEL STRUCTURES PAINTING COUNCIL. TIPO DE IMPRIMANTE

EXPOSICIÓN SUAVE

EXPOSICIÓN SEVERA

Minio de plomo alquidálico

SSPC-6

SSPC-10

Cloro-caucho

SSPC-6

Vinílicos

SSPC-10

SSPC-5

Epoxi-poliamida

SSPC-10

SSPC-5

Brea-epoxi

SSPC-6

SSPC-10

Epoxi-amina

SSPC-10

SSPC-5

Zinc-silicatos

SSPC-10

SSPC-5

Los revestimientos de protección más usados son:  Galvanizado Este proceso consiste en recubrir el acero con una película de protección de zinc, lo que se logra sumergiendo las piezas en un baño de zinc fundido, que tiene una resistencia excelente a la corrosión atmosférica y de aguas naturales. Este material genera una protección catódica a un costo relativamente bajo y es la protección más empleada para componentes de acero en la construcción ya que es muy eficaz sobre piezas de exterior. Uno de estos procedimientos es el Galvanizado en Caliente del Acero, que proporciona un recubrimiento muy duradero y es muy efectivo para piezas en o con agua de mar, especialmente corrosiva. A medida que se deban proteger piezas metálicas más grandes, se incrementan exponencialmente los costos, por esta razón no se aplica de manera extensiva sino localizada. En elementos especiales, rios de conexión (tornillos, arandelas y tuercas)

para su uso en ambientes muy cáusticos (ciertos procesos en refinerías petroleras.)  PINTURAS 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Pinturas no pigmentadas (barnices, lacas y aceites secantes) Recubrimientos pigmentados (imprimantes y capas de acabados.) Pinturas alquídicas Pinturas fenólicas Pinturas vinílicas Pinturas ricas en zinc.

 RESINAS Nivel de impermeabilización (de mayor a menor): Breas-EpoxiBrea vinílica-Vinílicas-Clorocaucho-Bituminosas-AcrílicasAlquídicas-Aceites. Pinturas al aceite: particularmente apropiadas para estructuras expuestas a la intemperie. Poca resistencia a ambientes químicos, inmersión en agua, condensaciones, atmósferas salinas o muy corrosivas, humedad elevada, altas temperaturas, abrasión y condiciones enterradas. En general se recomienda su utilización en ambientes rurales, urbanos, marinos e industriales medios y en zonas de humedad moderada. Pinturas fenólicas: especialmente apropiadas para piezas de acero estructural que han de permanecer sumergidas en agua, zonas de alta humedad en la que se prevén condensaciones y para exposición a la intemperie en ambientes químicos de corrosión moderada. Pinturas vinílicas: para condiciones ambientales muy severas, para inmersión en agua dulce o salada, alta humedad y condensaciones. Resisten al fuego y a los ambientes químicos corrosivos, pero son atacadas por disolventes orgánicos aromáticos, cetonas, éteres, ésteres, así como por ácido nítrico fumante, ácido sulfúrico del 98% y ácido acético.

Pinturas ricas en zinc: estas pinturas representan un gran avance en la protección contra la corrosión, vienen a ser un suplemento de la protección galvánica. Son adecuadas para zonas de humedad elevada, marina y química-corrosivas. Pueden incluso usarse en estructuras que permanecerán sumergidas en agua dulce y son también resistentes en estructuras sumergidas en agua salada, pero con una capa de acabado adecuada.

PROTECCIÓN CATÓDICA En el uso extensivo del acero en la construcción y en ciertos casos especiales, se usa la protección catódica para prevenir la corrosión.

Este tipo de protección se basa en el principio de corrosión electroquímica, La cual es un proceso espontáneo que denota siempre la existencia de una zona anódica (la que sufre la corrosión), una zona catódica y un electrolito, y es imprescindible la existencia de estos tres elementos, además de una buena unión eléctrica entre ánodos y cátodos, para que este tipo de corrosión pueda tener lugar.

La protección catódica, en este sentido, es un tipo de protección (electroquímico) contra la corrosión, en el cual el potencial del electrodo del metal en cuestión se desplaza en la dirección negativa. Los principios de la protección catódica pueden ilustrarse mediante un diagrama termodinámico potencial - pH, como se muestra en la siguiente figura, en el caso del hierro (Fe).

Diagrama potencial – PH, para el hierro (Fe)

Para que exista la protección catódica debe existir, un cátodo, un ánodo y un electrolito, con el fin de cerrar el proceso electrolítico; existen dos técnicas de protección catódica: por corriente impresa y por ánodo de sacrificio o protección galvánica.

Protección catódica por corriente impresa. Consiste en unir eléctricamente la estructura metálica a proteger con el polo negativo de una fuente de corriente continua y el polo positivo con un ánodo que cierre el circuito. Esta diferencia de potencial se crea mediante la fuente de corriente.

Esquema de protección catódica mediante corriente impresa

Los tipos de ánodos que se pueden utilizar son:    

Chatarra de hierro Grafito Ferrosilicio Titanio- platinado.

Sistema de protección catódica ánodos puntuales.

Sistema de protección catódica ánodos distribuidos

A continuación se observa el uso de esta técnica en campo y en diferentes medios.

Protección por corriente impresa.

Protección de estructura ambiente marino

Ventajas • Puede funcionar de forma permanente 10 años o mas • Efectivo para estructuras mal revestidas • Amplio rango de voltaje

Limitaciones • Mayor mantenimiento • Expuesto a acciones de vandalismo • Genera costo adicional por suministro eléctrico continuo • Inconvenientes con corrientes vecinas.

Protección catódica por ánodos de sacrificio. La Protección Catódica por ánodos de sacrificio se fundamenta en la diferencia de potencial entre dos metales distintos según la serie galvánica tabla 2 Esta diferencia de potencial crea una pila galvánica donde el metal a proteger actúa como cátodo y el metal más activo se comporta como ánodo de sacrificio o ánodo galvánico, disolviéndose en el medio.

Serie electroquímica de los metales.

Los metales que se puedan conectar al acero de refuerzo y que deben tener un potencial más negativo quedan reducidos en la práctica al zinc (Zn), aluminio (Al), magnesio (Mg) y a sus aleaciones.

Sistema protección catódica por ánodo de sacrificio

Pastilla de mortero poroso con un ánodo de zinc en el centro.

Implementación de protección catódica en la ampliación de puente en Vancouver, Canadá.

ACEROS AUTOPROTECTORES. El más usado en la construcción es el acero Cor-Ten. El acero corten es un acero común al que no le afecta la corrosión. Su composición química (aleación de acero con níquel, cromo, cobre y fósforo) hace que su oxidación tenga unas características especiales que protegen la pieza frente a la corrosión atmosférica. De ahí que este material tenga un gran valor y la oxidación haya pasado a ser voluntaria y controlada. En la fase inicial de la corrosión se forma una capa de óxido, una película muy delgada de apariencia rojizo-anaranjada, muy bien

adherida, impermeable al agua y al vapor de agua, que impide que la oxidación del acero prosiga hacia el interior de la pieza, por lo que no es necesario aplicar ningún otro tipo de protección como la galvánica o el pintado. Esta película de óxido en condiciones normales es particularmente densa, estable y regeneradora ( si la superficie recibe algún daño menor que haga saltar la capa de óxido, ésta se regenera y acaba homogeneizándose). Su color rojizo puede variar de tono con el paso del tiempo, según la ubicación donde se instale el elemento y en función de los ciclos sol / lluvia / viento a los que se vea expuesto. Si la pieza se ubica en un lugar expuesto a estos factores atmosféricos, la capa de óxido se forma más rápidamente y se oscurece hacia un marrón oscuro. Sobre todo en ambientes especialmente agresivos (zonas costeras, áreas industriales, etc.) el acero corten tiene la desventaja de que partículas del óxido superficial se desprenden con el agua, quedando en suspensión y siendo arrastradas, lo que resulta en el material que se encuentre debajo, en unas manchas de óxido muy difíciles de quitar. Por lo que sería necesario aplicar también, previamente, un tratamiento anticorrosivo , llamado técnicamente “baño de paro” (se le aplica primero un activador del óxido, posteriormente un producto que detiene la acción del óxido y luego un barniz). En el caso que la pieza esté en interior, el óxido tenderá a ser más rugoso, algo menos denso y menos uniforme y tendrá un color más anaranjado.

También se le puede aplicar un barnizado, adecuado en piezas interiores como el mobiliario, ya que el óxido del acero corten mancha y puede ser un impedimento para su uso cotidiano. El periodo medio de oxidación natural del corten necesario para que el tono de la capa de óxido se estabilice es de aproximadamente 12 / 18 meses. De media, la resistencia a la corrosión atmosférica del acero corten es cuatro veces superior al acero ordinario. Soldadura En general se recomienda evitar formar cordones o solapes donde se pueda acumular el agua, puesto que su presencia continuada evitaría el desarrollo de la película protectora y podría convertirse en un foco de corrosión. Aún así, para soldar este material es bueno cualquiera de los procedimientos usados en soldadura de aceros de alto límite elástico y tanto de forma manual como automática. Para que el cordón de soldadura sea también resistente a la corrosión deberá utilizarse un material de aportación con un contenido de 2’5% de Ni aprox. O similar composición a la del metal base. NO recomendado en los siguientes entornos: -Atmósferas que contengan vapores químicos o corrosivos industriales concentrados. -Lugares sometidos a pulverizaciones de agua salada o nieblas con contenido de sal.

-Continuamente sumergido en agua, enterrado en el suelo o en puentes con aguas contaminadas. -En o directo con cubiertas de madera. Medidas usuales Normalmente se suministra en chapas de ancho 1000, 1250 y 1500 mm. Los largos son de 2000, 3000 y 6000 mm. Los espesores estándar son: 1’5, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80 y 90 mm También es posible obtener medidas especiales en otras formas como tubos y pletinas. Usos Material ya muy común en la construcción. Lo utilizan arquitectos, ingenieros, decoradores, diseñadores, paisajistas... Por sus características, es un material muy valorado por escultores contemporáneos. Industria cementera, silos, tolvas, cribadoras, chimeneas, tuberías, jardineras, lavaderos de carbón, depósitos de agua, petróleo... Construcciones metálicas, puentes, estructuras, fachadas de edificios, puertas metálicas, bordillos, alcorques, fuentes. Hormigoneras, grúas, palas excavadoras, vagones de ferrocarril, chasis de camiones, basculantes, cisternas, semi-remolques.

Origen Su denominación original en inglés es “Weathering steel” (“acero resistente a la intemperie”) y fue desarrollado para evitar la necesidad de ser pintado. CORTEN es simplemente una marca registrada originalmente por United States Steel, ahora ARCELOR-MITTAL.

(Fayetteville, EUA) Este puente, construido en 1.977, fue durante mucho tiempo, el más largo del mundo construido en acero corten.

Esta persiana se ha elaborado laminando lamas de acero corten de 8 décimas. Las características son muy concretas, ya que ha necesitado el activador de óxido y el baño de paro. Además de propiedades antivandálicas, ya que se puede volver a tratar insitu, en caso de graffitis u otro tipo de pintadas.

PATOLOGÍA DE LAS SOLDADURAS POR ARCO ELÉCTRICO.

SOLDADURAS Se denomina así a todos los procesos de unión de metales que se realizan por fusión localizada de las partes a unir, mediante la aplicación conveniente de calor o presión. Puede ser con y sin aporte de material a las piezas unidas, donde el material de aporte es de igual o diferente tipo a las partes a unir. Es importante tener en cuenta que la soldadura cambia la estructura física de los materiales que se suelden, debido a que cambia alguna de las propiedades de los materiales que se están uniendo. TIPOS DE SOLDADURAS. La mayoría de los procesos de soldadura requieren la generación de altas temperaturas para hacer posible la unión de los metales envueltos. El tipo de fuente de calor, o en otros términos, la forma de producir la fusión, es básicamente lo que describe

el tipo de proceso los cuales se agrupan en tres categorías: Welding o soldadura fuerte, Soldering y Brazing, soldaduras débiles. Soldadura Fuerte (Welding) Es una operación en la cual dos o más partes son unidas mediante calor o presión o ambos efectos a la vez, obteniéndose continuidad de la naturaleza del material entre las partes unidas. Este tipo de soldadura se puede realizar con o sin material de aporte. Tipos de soldadura “Welding”:  SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO • TIG • MIG • FLASH WELDING (Soldadura Instantánea o de destello) • SOLDADURA POR RESISTENCIA (PUNTOS) • SOLDADURA POR DIFUSION • SOLDADURA POR FRICCION • SOLDADURA AUTOGENA • SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES Industrialmente, las más comunes son: soldadura por arco eléctrico, soldadura autógena o por gas y la soldadura por resistencia. Soldadura por Arco o Eléctrica Como el nombre lo sugiere, es un arco eléctrico que se establece entre las partes a soldar y un electrodo metálico. La energía eléctrica, convertida en calor, genera una temperatura en el arco cerca de 5,500 grados centígrados (10,000 F), causando la fundición de los metales y después la unión.

Uno de los principales problemas en soldadura, es el comportamiento de los metales ante la combinación de los agentes atmosféricos y los cambios en su temperatura. El método de proteger el metal caliente del ataque de la atmósfera (oxidación) es uno de los mayores problemas a resolver. Las técnicas desarrolladas van desde "Protección por fundente« (Flux Covering), hasta la de “Protección por gas Inerte”: son escudos protectores del oxígeno del aire. En algunas instancias la atmósfera es removida completamente usando sistemas de vacío (soldadura por haz de electrones). El proceso se realiza mediante un arco eléctrico que es mantenido entre la punta de un electrodo cubierto y la pieza a trabajar. Las gotas de metal derretido son transferidas a través del arco y son convertidas en un cordón de soldadura. Un escudo protector de gases es producido por la sublimación del material fundente que cubre el electrodo. Además la escoria derretida flota sobre el cordón de soldadura donde protege el metal soldado aislándolo de la atmósfera durante la solidificación. Esta escoria también ayuda a darle forma al cordón de soldadura especialmente en soldadura vertical y sobre cabeza. La escoria debe ser removida completamente después de cada cordón.

El proceso es mayormente usado para soldar aceros de bajo carbono en trabajos metálicos estructurales, fabricación de barcos e industrias en general. A pesar de lo relativamente lento del proceso, por el recambio de electrodos y la remoción de la escoria, se mantiene como una de las técnicas más flexibles y sus ventajas en áreas de

restringido son notables. El equipo de soldadura por arco eléctrico puede variar en tamaño y complejidad, siendo la diferencia principal del proceso de crear el arco, el método usado para separar la atmósfera o crearla y el material consumible empleado para ser aportado al proceso. La composición y clasificación de cada tipo de electrodo está regulada por AWS (American Welding Society), organismo de referencia mundial en el ámbito de la soldadura. Este tipo de soldadura puede ser efectuada bajo corriente tanto continua como alterna. En corriente continua el arco es más estable y fácil de encender, y las salpicaduras son poco frecuentes; en cambio, el método es poco eficaz con soldaduras de piezas gruesas. La corriente alterna posibilita el uso de electrodos de mayor diámetro, con lo que el rendimiento a mayor escala también aumenta. En cualquier caso, las intensidades de corriente oscilan entre 10 y 500 amperios. El factor principal que hace de este proceso de soldadura un método tan útil es su simplicidad y, por tanto, su bajo precio. A pesar de la gran variedad de procesos de soldadura disponibles, la soldadura con electrodo revestido no ha sido desplazada del mercado. La sencillez hace de ella un procedimiento práctico; todo lo que necesita un soldador para trabajar es una fuente de alimentación, cables, un portaelectrodo y electrodos. El soldador no tiene que estar junto a la fuente y no hay necesidad de utilizar gases comprimidos como protección. El procedimiento es excelente para trabajos de reparación, fabricación y construcción. Además, la soldadura SMAW es muy versátil. Su campo

de aplicaciones es enorme: casi todos los trabajos de pequeña y mediana soldadura de taller se efectúan con electrodo revestido; se puede soldar metal de casi cualquier espesor y se pueden hacer uniones de cualquier tipo. Sin embargo, el procedimiento de soldadura con electrodo revestido no se presta para su automatización o semiautomatización; su aplicación es esencialmente manual. La longitud de los electrodos es relativamente corta: de 230 a 700 mm. Por tanto, es un proceso principalmente para soldadura a pequeña escala. El soldador tiene que interrumpir el trabajo a intervalos regulares para cambiar el electrodo y debe limpiar el punto de inicio antes de empezar a usar un electrodo nuevo. Sin embargo, aun con todo este tiempo muerto y de preparación, un soldador eficiente puede ser muy productivo. Al soldeo por arco con electrodo revestido se le conoce por las siguientes denominaciones: • MMA/SMAW (Manual Metal Arc/ Shielded Metal Arc Welding – Reino Unido): Conocido como soldadura manual de electrodo recubierto y soldeo metálico por arco con electrodo revestido. • SAW (Submerged Arc Welding): Sistema de alta deposición por arco eléctrico sumergido en fundentes sólidos (en polvo). • GMAW (Gas Metal Arc Welding) o también conocido como MIG (Metal Inert Gas).

• GTAW (gas tungsten arc welding) o Soldadura TIG (tungsten inert gas). Todos los sistemas de soldadura han alcanzado un alto grado de tecnología que lleva a la consecución de uniones garantizadas, duraderas y con alto índice de repetitividad en su calidad.

Ventajas y Limitaciones de las soldaduras MMA/SMAW Ventajas  El equipo de soldeo es relativamente sencillo, no muy caro y portátil.  El metal de aportación y los medios para su protección durante el soldeo proceden del propio electrodo revestido. No es necesaria protección adicional mediante gases auxiliares o fundentes granulares.  Es menos sensible al viento y a las corrientes de aire que los procesos de arco con protección gaseosa. No obstante el proceso debe emplearse siempre protegido del viento lluvia y nieve.  Se puede emplear en cualquier posición en locales abiertos y en locales cerrados, incluso con restricciones de espacio. No requiere conducciones de agua de refrigeración, ni tuberías o botellas de gases de protección, por lo que puede emplearse en lugares relativamente alejados de la fuente de energía.  Es aplicable para una gran variedad de espesores, en general mayores de 2mm.

 Es aplicable a la mayoría de los metales y aleaciones de uso normal. Limitaciones  Es un proceso lento, por la baja tasa de deposición y por la necesidad de retirar la escoria, por lo que en determinadas aplicaciones ha sido desplazado por otros procesos.  Requiere gran habilidad por parte del soldador.  No es aplicable a metales de bajo punto de fusión como plomo, estaño, cinc y sus aleaciones, debido a que el intenso calor del arco es excesivo para ellos. Tampoco es aplicable a metales de alta sensibilidad a la oxidación como el titanio, circonio, tántalo y niobio, ya que la protección que proporciona es insuficiente para evitar la contaminación por oxigeno de la soldadura.  No es aplicable a espesores inferiores a 1,5 – 2mm.  La tasa de deposición es inferior a la obtenida por los procesos que utilizan electrodo continuo, como FCAW o GMAW. Esto se debe a que el electrodo solo puede consumirse hasta una longitud mínima (unos 5 cm), cuando se llega a dicha longitud el soldador tiene que retirar la cotilla del electrodo no consumida e insertar un nuevo electrodo.  Aunque en teoría se puede soldar cualquier espesor por encima de 1,5 mm, el proceso no resulta productivo para espesores mayores de 38 mm. Para estos espesores resultan más adecuados los procesos SAW y PCAW.

Aplicaciones  El soldeo por arco por electrodos revestidos es uno de los procesos de mayor utilización, especialmente en soldaduras de producción cortas, trabajos de mantenimiento y reparación, así como en construcciones en campo.  La mayor parte de las aplicaciones del soldeo por arco con electrodos revestidos se dan con espesores comprendidos entre 3 y 38 mm.  El proceso es aplicable a aceros al carbono, aceros aleados, inoxidables, fundiciones y metales no férreos como aluminio, cobre, níquel y sus aleaciones.  Los sectores de mayor aplicación son la construcción naval, de máquinas, de estructuras, tanque y esferas de almacenamiento, puentes, recipientes a presión y calderas, refinería de petróleo, oleoductos y gaseoductos y en cualquier otro tipo de trabajo similar.  Se puede emplear en combinación con otros procesos de soldeo, realizando bien la pasada de raíz o las de relleno, en tubería se suele emplear en combinación con el proceso TIG. Las raíz se realiza con TIG completándose la unión mediante soldeo SMAW. SOLDADURA TIG El primer proceso con protección gaseosa empleo un electrodo no consumible de volframio y helio como gas de protección, recibió la denominación de TIG. El proceso todavía se mejoró cuando se introdujo

el empleo de la corriente alterna, a la que se superpone una corriente de alta frecuencia y voltaje para mejorar la estabilidad del arco. El TIG, que resolvió el problema del soldeo de los metales muy reactivos, no se revelo útil a la hora de soldar secciones gruesas o aleaciones altamente conductoras del calor. Para salvar este inconveniente, en 1948 el electrodo de volframio se sustituyó por un alambre continuo consumible, dando lugar a un nuevo proceso de soldeo por arco que se denominó MIG. La soldadura TIG (del inglés tungsten inert gas) o soldadura GTAW (del inglés gas tungsten arc welding) se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o circonio en porcentajes no superiores a un 2%. El torio en la actualidad está prohibido ya que es altamente perjudicial para la salud. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos. La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto de procedimientos, ya que el gas protector impide el o entre el oxígeno de la atmósfera y el baño de fusión. Además, dicho gas simplifica notablemente la soldadura de metales ferrosos y no ferrosos, por no requerir el empleo de desoxidantes, con

las deformaciones o inclusiones de escoria que pueden implicar. Otra ventaja de la soldadura por arco en atmósfera inerte es la que permite obtener soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de humos y proyecciones; la movilidad del gas que rodea al arco transparente permite al soldador ver claramente lo que está haciendo en todo momento, lo que repercute favorablemente en la calidad de la soldadura. El cordón obtenido es por tanto de un buen acabado superficial, que puede mejorarse con sencillas operaciones de acabado, lo que incide favorablemente en los costes de producción. Además, la deformación que se produce en las inmediaciones del cordón de soldadura es menor. Como inconvenientes está la necesidad de proporcionar un flujo continuo de gas, con la subsiguiente instalación de tuberías, bombonas, etc., y el encarecimiento que supone. Además, este método de soldadura requiere una mano de obra muy especializada, lo que también aumenta los costes. Por tanto, no es uno de los métodos más utilizados sino que se reserva para uniones con necesidades especiales de acabado superficial y precisión. Características y ventajas No se requiere de fundente y no hay necesidad de limpieza posterior en la soldadura. No hay salpicadura, chispas ni emanaciones, al no circular metal de aporte a través del arco. Brinda soldaduras de alta calidad en todas las posiciones, sin distorsión.

Al igual que todos los sistemas de soldadura con protección gaseosa, el área de soldadura es claramente visible. El sistema puede ser automatizado, controlando mecánicamente la pistola o el metal de aporte. Equipo El equipo para sistema TIG consta básicamente de:  Fuente de energía.  Máscara.  Unidad de alta frecuencia.  Antorcha.  Suministro gas de protección.  Suministro agua de enfriamiento. Beneficios  Adecuada para soldaduras de responsabilidad (pase de raíz).  El proceso puede ser mecanizado o robotizado.  Facilita la soldadura en lugares de difícil .  Ofrece alta calidad y precisión.  Óptimas resistencias mecánicas de la articulación soldada.  Poca generación de humo.  Soldaduras claras, brillantes y con óptimo acabado, sin usar flujo de limpieza, prescindiendo de acabado final y reduciendo costos de fabricación.  Soldadura en todas las posiciones.

Versatilidad:

suelda

prácticamente

todos

los

metales

industrialmente utilizados. Aplicaciones típicas  Soldadura de la primera pasada de tuberías de aceros aleados, aceros inoxidables y aleaciones de níquel.  Soldadura de equipos de aluminio, titanio y aleaciones de níquel.  Soldadura de tubos a la placa de los intercambiadores de calor.  Soldadura interna de reactores de urea en acero inoxidable y titanio.

SOLDADURA MIG La soldadura MIG/MAG (Metal Inert Gas o Metal Active Gas, dependiendo del gas que se inyecte) también denominada GMAW (Gas Metal Arc Welding o «soldadura a gas y arco metálico») es un proceso de soldadura por arco bajo gas protector con electrodo consumible. El arco se produce mediante un electrodo formado por un hilo continuo y las piezas a unir, quedando este protegido de la atmósfera circundante por un gas inerte (soldadura MIG) o por un gas activo (soldadura MAG). La soldadura MIG/MAG es intrínsecamente más productiva que la soldadura MMA donde se pierde productividad cada vez que se produce una parada para reponer el electrodo consumido. El uso de hilos sólidos y tubulares han aumentado la eficiencia de este tipo de soldadura hasta el 80%-95%. La soldadura MIG/MAG es un proceso versátil, pudiendo depositar el metal a una gran velocidad y en todas las posiciones. Este procedimiento es muy utilizado en espesores pequeños y medios en estructuras de acero y aleaciones de aluminio, especialmente donde se requiere un gran trabajo manual. La introducción de hilos tubulares es particularmente favorable para la producción de estructuras pesadas donde se necesita de una gran resistencia de soldadura. La soldadura por gas inerte de metal (MIG) utiliza un electrodo de metal que sirve como material de relleno para la soldadura y se consume durante la soldadura.

El argón es también el gas primario utilizado en la soldadura MIG, a menudo mezclado con dióxido de carbono. La soldadura MIG fue desarrollada para metales no ferrosos, pero se puede aplicar al acero. Procesos de soldadura Se pueden distinguir tres variedades de este tipo de soldadura:  Proceso semiautomático Es la aplicación más común, en la que algunos parámetros previamente ajustados por el soldador, como la tensión y la corriente, son regulados de forma automática y constante por el equipo, pero es el operario quien realiza el arrastre de la pistola manualmente. La tensión (o voltaje) resulta determinante en el proceso: a mayor voltaje, mayor es la penetración de la soldadura. Por otro lado, la intensidad de la corriente controla la velocidad de salida del electrodo. Así, con más intensidad crece la velocidad de alimentación del material de aporte, se generan cordones más gruesos y es posible rellenar uniones grandes. Normalmente se trabaja con polaridad inversa, es decir, la pieza al negativo y el alambre al positivo. El voltaje constante mantiene la estabilidad del arco eléctrico, pero es importante que el soldador evite los movimientos bruscos oscilantes y utilice la pistola a una distancia de ± 7 mm sobre la pieza de trabajo.

 Proceso automático Al igual que en el proceso semiautomático, en este, además solo se puede con soldadura de hilo , la tensión y la intensidad se ajustan previamente a los valores requeridos para cada trabajo y son regulados por el equipo, pero es una boquilla automatizada la que aplica la soldadura. Generalmente, el operario interviene muy poco en el proceso, bien sea para corregir, reajustar los parámetros, mover la pieza o cambiarla de un lugar a otro.  Proceso robotizado Este proceso es utilizado a escala industrial. Todos los parámetros y las coordenadas de localización de la unión que se va a soldar se programan mediante una unidad CNC. En las aplicaciones robotizadas, un brazo mecánico puede soldar toda una pieza, transportarla y realizar los acabados automáticamente, sin necesidad de la intervención del operario. Equipo de soldadura MIG/MAG Las máquinas del tipo estándar están formadas por diferentes elementos para poder llevar a cabo la soldadura MIG/MAG.  Transformador: Es la fuente de potencia eléctrica que se encarga de suministrar la suficiente energía para poder fundir el electrodo en la pieza de trabajo. Son de corriente continua con salida de voltaje constante (CV). Tiene la función de reducir la tensión alterna de la red de consumo a otra apta para la soldadura.

Principalmente un transformador está formado de un núcleo constituido por chapas magnéticas apiladas en cuyas columnas se devanan dos bobinas. En la primera de ellas consta del circuito primario formado por un número de espiras superior a la segunda y con una sección inferior a esta. En la segunda se forma el circuito secundario, formado por lo cual con un menor número de espiras y mayor sección.  Rectificador: Este elemento convierte la corriente alterna en continua, la cual es muy necesaria para poder realizar la soldadura

MIG/MAG.

El

rectificador

está

constituido

de

semiconductores de potencia (diodos de silicio), normalmente colocados sobre aletas con el objetivo de aumentar su refrigeración.  Inductancia: La misión de la inductancia es el aislamiento de la corriente de soldadura, lo que produce una mayor estabilidad de la soldadura. Si la máquina está equipada por una inductancia de valor inductivo elevado, esta también estará dotada de un sistema que elimine este efecto durante el cebado del arco, ya que si al efectuar el cebado se tiene una gran inductancia el arco no se llegaría a producir. Este elemento está formado por un núcleo en el que están arrolladas algunas espiras por las que circula la corriente continua de la soldadura.  Unidad alimentadora de hilo: Esta unidad hace avanzar a velocidad constante mediante un motor el hilo necesario para realizar la soldadura, generalmente de corriente continua.

La velocidad se puede regular entre unos valores que van de 0 a 25 m/min. Esta regulación se puede conseguir normalmente mediante un control eléctrico que actúa sobre un motor de alimentación. El sistema de arrastre está constituido por uno o dos rodillos de arrastre que trabajan contra otros rodillos de presión. El rodillo de presión debe estar ajustado correctamente, ya que una presión excesiva puede producir aplastamientos en el hilo, haciendo que no se deslice bien. Por lo contrario, cuando no hay suficiente presión sobre el hilo se puede producir una alimentación a velocidades irregulares.  Circuito de gas protector: La salida de la botella va equipada con un manorreductor-caudalímetro que permite la regulación por el operario para proporcionar el caudal necesario sobre la soldadura. El paso de gas hacia la soldadura es producido por una válvula accionada eléctricamente mediante un pulsador equipado sobre la antorcha. Como norma estándar debe utilizarse un caudal en l/m diez veces mayor que el diámetro del hilo.  Antorcha de soldadura: Mediante este elemento se conduce el hilo, se acciona la corriente eléctrica y se acciona el gas protector a la zona del arco de soldadura. Todos los conductos van recubiertos por una tubería de goma y todo el conjunto forma la manguera que conecta la máquina con la pistola. En la punta de la antorcha va montada una buza exterior que canaliza el gas hasta la zona de soldadura. En el interior se encuentra un tubo de o que proporciona al hilo la corriente necesaria para

realizar el arco de soldadura. Este tubo de o tiene su orificio interior calibrado para cada diámetro de hilo. La distancia entre la punta del tubo de o hasta el arco es controlada por el

operario,

pero

la

longitud

del

arco

es

controlada

automáticamente por los parámetros regulados en la máquina.

Factor de marcha Los equipos de soldadura están diseñados para trabajar a una intensidad nominal de forma continua. Las máquinas al cabo de un tiempo de trabajo tienen que estabilizar la temperatura de sus componentes a la intensidad nominal de trabajo, pero en la soldadura MIG/MAG estándar no es posible trabajar de forma continua, ya que existen tiempos de preparación, cambios de hilo, de botellas de gas, de descansos del operario, etc. A causa de no poder trabajar de forma continua, las temperaturas disminuyen gracias a los espacios de tiempo que no se está trabajando, por lo que se hace necesario hablar del factor de marcha.

El factor de marcha es el cociente entre el tiempo de una soldadura y el tiempo total de trabajo. En los paros de la soldadura se enfrían los componentes del equipo, estabilizándose la temperatura de estos en un pequeño rango de valores, inferiores a su temperatura máxima de trabajo.

Ventajas de soldadura MIG/MAG  Las principales ventajas que ofrece el proceso MIG/MAG son:  Se puede soldar en todas las posiciones.  Buena apariencia o acabado (pocos salpicados).  Poca formación de gases contaminantes y tóxicos.  Soldadura de espesores desde 0,7 a 6 mm sin preparación de bordes.  Proceso semiautomático o automático (menos dependiente de la habilidad de operador).  Alta productividad o alta tasa de metal adicionado.  Las principales bondades de este proceso son la alta productividad y excelente calidad; en otras palabras, se puede depositar grandes cantidades de metal (tres veces más que con el proceso de electrodo revestido) con una buena calidad.

Usos Es utilizado para soldar aceros inoxidables AISI 304L y 308L en un amplio rango de condiciones corrosivas sin hacer tratamientos térmicos posteriores a la soldadura. La precipitación de carburos se minimiza al tener un contenido extra bajo de carbono. Aplicaciones:  En aceros inoxidables 308L, 304L, 308, 321 y 347  En equipos de proceso y almacenamiento alimenticio  Estanques con productos químicos corrosivos  Intercambiadores de calor, bombas, etc.

FLASH WELDING (SOLDADURA POR RESISTENCIA) La soldadura por resistencia, SR (en inglés resistance welding, RW), es un grupo de procesos soldadura por fusión que utiliza una combinación de calor y presión para obtener una coalescencia, el calor se genera mediante una resistencia eléctrica dirigida hacia el flujo de corriente en

la unión que se va a soldar. Los principales componentes en la soldadura por resistencia se muestran en las figuras para una operación de soldadura de puntos por resistencia, proceso de uso más difundido en el grupo.

Maquinaria empleada para realizar el proceso de soldadura por resistencia Procesos de soldadura por resistencia

Los procesos de soldadura por resistencia de mayor importancia comercial son la soldadura de puntos, engargolada y por proyección.  Soldadura de puntos por resistencia La soldadura de puntos por resistencia es por mucho el proceso predominante en este grupo. Se usa ampliamente en la producción masiva de automóviles, aparatos domésticos, muebles metálicos y otros productos hechos a partir de láminas metálicas. Si se considera que la carrocería de un automóvil normal tiene aproximadamente 10000 soldaduras de puntos individuales y que la producción anual de automóviles en todo el mundo se mide en decenas de millones de unidades, es posible apreciar la importancia económica de la soldadura de puntos.

La soldadura de puntos por resistencia, SPR (en inglés resístanse spot welding, RSW), es un proceso en el cual se obtiene la fusión en una posición de las superficies empalmantez de una unión superpuesta, mediante electrodos opuestos. El proceso se usa para unir partes de láminas metálicas con un grosor de 3 mm o menos, usando una serie de soldaduras de puntos en situaciones en donde no se requiere un ensamble hermético. El tamaño y la forma del punto de soldadura se determina por medio de la punta de electrodo, la forma de electrodo más común es redonda; pero también se usan formas hexagonales, cuadradas y otras. La pepita 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 de la pepita dentro de los metates base. Si la soldadura se hace correctamente, su resistencia es comparable con la del metal circundante. El ciclo en una operación de soldadura de puntos se muestra la figura.

(a) Pasos en un ciclo de soldadura de puntos, y (b) gráfica de la fuerza de presión y la corriente durante el Ciclo. La secuencia es: (1) partes insertadas entre los electrodos abiertos, (2) los electrodos se cierran y se aplica una fuerza, (3) tiempo de soldadura (se activa la corriente), (4) se desactiva la corriente, pero se mantiene o se aumenta la fuerza (en ocasiones se aumenta una corriente reducida cerca del final de este paso para liberar la tensión en la región de la soldadura) y (5) se abren los electrodos y se remueve el ensamble soldado.

Máquina de soldadura de puntos con balancín.  Soldadura engargolada por resistencia En la soldadura engargolada por resistencia, SER (en inglés resistance seam welding, RSEW), los electrodos con forma de varilla de la soldadura de puntos se sustituyen con ruedas giratorias, como se muestran en la figura siguiente, y se hace una serie de soldaduras de puntos sobrepuestas a lo largo de la unión.

Soldadura de engargolado por resistencia (RSEW).

El proceso produce uniones herméticas y sus aplicaciones industriales incluyen la producción de tanques de gasolina, silenciadores de automóviles y otros recipientes fabricados con láminas de metal. Técnicamente, la RSEW es igual que la soldadura de puntos, excepto que los electrodos en ruedas introducen ciertas complejidades. Dado que la operación generalmente se realiza en forma continua, y no separada, las formas engargoladas deben estar a lo largo de una línea recta o uniformemente curva. Las esquinas agudas e irregularidades similares son difíciles de manejar. Asimismo, la deformación de las partes es el factor más significativo en la soldadura engargolada por resistencia, por esta causa se requieren soportes bien diseñados para sostener el trabajo en la posición correcta y así reducir la distorsión.

El espaciamiento entre las pepitas de soldadura en la soldadura engargolada por resistencia depende del movimiento de las ruedas de electrodos relacionado con la aplicación de la corriente de soldadura.

En el método usual de operación, denominado soldadura de movimiento continuo, la rueda gira en forma continua a una velocidad constante y la corriente se activa a intervalos de tiempo que coinciden con el espaciamiento deseado entre los puntos de soldadura a lo largo del engargolado. Normalmente, la frecuencia de las descargas de corriente se establece para que se produzcan puntos de soldadura sobrepuestos. Pero si se reduce bastante la frecuencia, habrá espacios entre los puntos de soldadura y este método se denomina soldadura de puntos con rodillo. En otra variable, la corriente de soldadura permanece en un nivel constante (en lugar de activarse y desactivarse), por lo que se produce un engargolado de soldadura verdaderamente continúo. Estas variaciones se muestran en la figura. Una alternativa para la soldadura del movimiento continuo es la soldadura de movimiento intermitente, en la cual la rueda de electrodos se detiene periódicamente para hacer la soldadura de puntos. La cantidad de rotación de rueda entre las detenciones determina la distancia entre los puntos de soldadura a lo largo del engargolado, produciendo patrones similares a los de las partes (a) y (b) de la figura

Diferentes tipos de engargolados producidos por ruedas de electrodos: (a) soldadura de engargolado por resistencia convencional, en la cual se producen puntos sobre puestos, (b) soldadura de puntos en rollo y (c) soldadura por resistencia continua Las máquinas de soldadura engargolada son similares a los soldadores por puntos de tipo presión, excepto que se usan ruedas de electrodos, en lugar de los electrodos normales con forma de varilla. Con frecuencia es necesario el enfriamiento del trabajo y las ruedas en la soldadura engargolada por resistencia, esto se consigue dirigiendo agua a las partes superior e inferior de las superficies de la parte de trabajo, cerca de las ruedas de electrodos.  Soldadura por proyección La Soldadura por proyección, SEP (en inglés resístanse projection welding, RPW), es un proceso de soldadura por resistencia en el cual ocurre la coalescencia en uno o más puntos de o relativamente pequeños en la partes. Estos puntos de o se determinan mediante el diseño de las partes que se van a unir y pueden consistir en proyecciones, grabados o intersecciones localizadas de las partes. Un caso normal en el cual se sueldan dos partes de chapas de metal se describe en la figura que sigue. La parte superior se ha fabricado con dos puntos grabados para entrar en o con la otra parte al principio del proceso. Puede argumentarse que la operación de grabado aumenta el costo de la parte, pero este incremento queda más que compensado por los ahorros en el costo de la soldadura

soldadura por proyección (RPW)

Dos variables de soldadura por proyección: (a) soldadura de un sujetador maquinado o formado sobre una parte de chapa de metal y (b) soldadura de alambre transversal

La figura muestra dos variables de la soldadura por proyección. En una, es posible unir permanentemente sujetadores con proyecciones maquinadas u formadas en láminas o placas mediante RW, lo que facilita las operaciones de ensamble subsecuentes. Otra variable, llamada soldadura de alambre transversal, se usa para fabricar

productos de alambre soldados, tales como alambradas, carros para supermercado y parrillas de estufas. En este proceso, las superficies de los alambres redondos que hacen o funcionan como las proyecciones y permiten ubicar el calor de resistencia para la soldadura. Otras operaciones de soldadura por resistencia Además de los procesos de soldadura por resistencia principales recién descritos, deben señalarse varios procesos adicionales en este grupo: instantánea, a tope con recalcado, por percusión y por resistencia de alta frecuencia. En la soldadura instantánea, Si (en inglés flash welding, FW), usada normalmente para uniones empalmadas, se ponen en o o se acercan las dos superficies que se van a unir y se aplica una corriente eléctrica para calentar las superficies hasta su punto de fusión, después de lo cual las superficies se oprimen juntas para formar la soldadura. Los dos pasos se detallan en la figura siguiente. Además del calentamiento por resistencia, se generan ciertos arcos (llamados destellos instantáneos de ahí el nombre) dependiendo del alcance del o entre las superficies empalmantes, por lo que la soldadura instantánea se clasifica en ocasiones en el grupo de soldadura con arco eléctrico. Por lo general, la corriente se detiene durante el recalcado. Se desborda un poco de metal de la unión, al igual contaminantes en las superficies, que después debe maquinarse para proporcionar una unión de tamaño uniforme. Las aplicaciones de la soldadura instantánea incluyen las soldaduras de tiras de acero en operaciones con laminadoras, la unión de extremos en el estirado de alambres y la soldadura de partes tubulares. Los extremos que se van a unir deben tener las mismas secciones transversales. Para estos tipos de aplicaciones de alta producción, la soldadura instantánea es rápida y económica, pero el equipo es costoso.

Soldadura instantánea (FW): (1) calentamiento mediante resistencia eléctrica y (2) recalcado (las partes se aprietan una contra la otra).

La soldadura a tope con recalcado, STR (en inglés upset welding, UW), es similar a la soldadura instantánea, excepto que en la primera las superficies empalmantes se aprietan una contra la otra durante el calentamiento y se recalcan. En la soldadura instantánea, los pasos de calentamiento y presión se separan durante el ciclo. El calentamiento en la UW se obtiene completamente mediante resistencia eléctrica generada en las superficies que hacen o; no se producen arcos eléctricos. Cuando las superficies empalmantes se han calentado a una temperatura conveniente abajo del punto de fusión, se aumenta la fuerza que presiona a las partes una contra otra para producir el recalcado y la coalescencia en la región de o. Por tanto, la soldadura a tope con recalcado no es un proceso de soldadura por fusión en el mismo sentido que los otros procesos de soldadura que hemos analizado. Las aplicaciones de la UW son similares a las de la soldadura instantánea: unión de extremos de alambres, tubos, depósitos y similares. La soldadura por percusión, SP (en inglés percussion welding. PEW), también es similar a la soldadura instantánea, excepto que la duración del ciclo de soldadura es extremadamente breve, por lo general sólo transcurren de 1 a l0 milésimas de segundo. El calentamiento se obtiene rápidamente a través de las veloces descargas de energía eléctrica entre las dos superficies que se van a unir, para continuar con la

percusión inmediata de una parte contra la otra para formar la soldadura. El calentamiento está muy localizado y esto hace atractivo el proceso para aplicaciones electrónicas, en las cuales las dimensiones son muy pequeñas y los componentes pueden ser sensibles al calor. La soldadura por resistencia de alta frecuencia SRAF (en inglés highfrecuency resistance welding, HFRW), es un proceso un proceso en el cual se usa una corriente alterna de alta frecuencia para el calentamiento, seguido de la aplicación rápida de una fuerza de recalcado para producir coalescencia, igual que en la figura 4.31(a). Las frecuencias están en el rango de 10 a 500 Khz. y los electrodos hacen o con el trabajo en la vecindad inmediata de la unión soldada. En una variación del proceso, denominada soldadura por inducción de alta frecuencia, SIAF (en ingles high-frecuency induction welding, HFIW), la corriente de calentamiento se induce en las partes mediante un rollo de inducción de alta frecuencia, igual que en la figura 4.31(b).El rollo no hace o físico con el trabajo. Las aplicaciones principales de la HFRW y de la HFIW son la soldadura empalmada de engargolados longitudinales en conductos y tubos metálicos.

Soldadura de engargolados de tubos mediante (a) soldadura por resistencia de alta frecuencia y (b) soldadura por inducción de alta frecuencia.

• SOLDADURA POR DIFUSION Para la buena unión de las superficies, es necesario que tengan un contorno bien ajustado y plano con un acabado superficial de buena calidad

recomendándose

superficies

acabadas

mediante

amolado, torneado o fresado y con un acabado superficial de unos 0,20,4 μm. También son de buena calidad aquellas que tengan una superficie

en laminado o trefilado brillante,

siendo

rigurosamente

necesario su desengrase en las superficies de o antes de ser unidas. Una alternativa dentro del proceso de difusión es utilizar una capa intermedia de un material más blando, como por ejemplo una hoja de níquel entre las superficies a unir, o bien utilizar una lámina muy fina y blanda de composición muy semejante a la de los materiales a soldar. Para

ello

las

temperaturas

empleadas

son

del

orden

de

(0,7xTemperatura de fusión del metal base) para materiales similares, o inmediatamente inferior a la temperatura de fusión más baja de los dos materiales de diferente composición que se quieren soldar. La presión que se debe utilizar debe ser muy alta para que el ensamblaje inicial de las superficies se produzca rápidamente, pero no debe ser extremadamente alta como para que la pequeña fluencia que se ve producida se convierta en una deformación plástica excesiva. El proceso de soldadura por difusión incluye dos mecanismos que pueden superponerse. Inicialmente se encuentra la dispersión de la contaminación superficial y la difusión de los óxidos en la matriz de las

piezas a enlazar; los materiales que pueden disolver sus propios óxidos, como por ejemplo el hierro y titanio se sueldan fácilmente; por el contrario, los que forman óxidos superficiales refractarios tenaces, como por ejemplo el aluminio, no se sueldan tan fácilmente. El segundo mecanismo es la eliminación de los pequeños poros lenticulares por difusión y por fluencia que se quedan después del hundimiento inicial de las asperezas aisladas. 

Pasos producidos en la microestructura cristalina en la unión o

soldadura

por

difusión:

(a): Al principio, el área de o es pequeña. (b): Al aplicar presión se deforma la superficie, aumentando el área de o. (c): La difusión en límites del grano permite contraer los huecos. (d): Por último para la eliminación final de los huecos se requiere una difusión en volumen.

Equipo para la realización Para esta soldadura pueden utilizarse varios tipos de equipo de vacío con la característica de que puedan producir una evacuación rápida de

unos 10-3 torr y a su vez ser capaces de conseguir un control del desprendimiento de gases del metal en caliente. La difusión de algunos metales como el hierro con un contenido en carbono entre 0,008 a un 2,14%, pueden realizarse en una atmósfera de gas protector esto implica la necesidad de limpiar la superficie de o donde se va a realizar la unión produciendo una limitación elevada de esta técnica reduciéndola a formas más pequeñas y concisas. A continuación cito algunos ejemplos de aplicación y sus características: 

Calentamiento directo por resistencia: Las placas que lo forman deben estar perfectamente aisladas una de otra incluyendo las mismas paredes del habitáculo, tanto el diseño como el material de las barreras térmicas deben de asegurar una conductividad eléctrica necesaria para realizar el proceso así como garantizar la menor pérdida de calor. Para este equipo, se pueden utilizar pequeñas capas de material como por ejemplo: acero suave, carbón o hierro fundido.



Protección por vacío: Este método de aplicación se usa muy a menudo y a pequeña escala, las piezas que se ven sometidas a este proceso pueden ser prensadas entre placas mediante un horno de vacío en el cual se realiza el calentamiento por inducción. La carga puede aplicarse por medio de unos pesos, palancas o bien por métodos hidráulicos. Otra consideración a tener en cuenta es el drenaje de calor hacia las placas, para evitar

esto se interponen una serie de barreras térmicas entre piezas y las superficies de las placas.

Ventajas de la soldadura por difusión Una de las ventajas más importantes que motivaron al desarrollo de este tipo de soldadura es la capacidad de unión de metales diferentes incluyendo

aquellos

que

son

difíciles

de

unir

por

procesos

convencionales de fusión. Materiales no metálicos, como por ejemplo la cerámica o productos de metal sinterizado podían ensamblarse a los metales de una forma extraordinariamente resistente que nunca antes había sido posible de realizar. La capacidad de soslayar dificultades metalúrgicas mediante un ensamblaje de varios materiales a través de una capa intermedia de níquel muestra una ventaja importante en este proceso; pero posiblemente una de las más importantes es que la soldadura por difusión nos permite un nuevo concepto de soldadura así como nuevos retos de unión sobre formas de unir materiales con una gran fiabilidad y resistencia. Esto es posible gracias a que en la soldadura por difusión no hay problemas de y se pueden realizar uniones en piezas con rebajes profundos, huecas totalmente cerradas o incluso una dentro de otra. También cabe destacar que no hay un límite en el número de uniones que se puedan realizar de una sola operación, esto nos ayuda a abaratar los costes de tiempo. Cuando se realiza la soldadura por difusión mediante una fuente de calor localizada móvil, como puede ser la soldadura por arco, se

produce un alto gradiente de temperatura produciendo con ello una deformación debido a las tensiones residuales; esta deformación puede tomar dos formas: lineal y de torsión. Mediante los métodos de fusión la mejor opción que tenemos es disponer simétricamente el metal de soldadura y limitar su cantidad a la extensión de la fusión. Desde este punto de vista el haz de electrones es el método de fusión que mejor se puede adaptar; pero la soldadura por difusión es uno de los métodos, aparte de la soldadura blanda, que está libre de todo tipo de deformaciones, esto es posible gracias a su calentamiento totalmente uniforme y con ello su despreciable deformación. Muchos casos que se ven día a día en la construcción, ensamblaje e ingeniería hechos por soldadura por fusión necesitan una corrección de las deformaciones y una operación de mecanizado para la obtención de las piezas de forma precisa; este tipo de mecanizados no son necesarios mediante la soldadura por difusión. La soldadura por difusión no es considerada un proceso de elevada velocidad de unión. Pero una pequeña consideración mostrará que el tiempo que se tarda en realizar la soldadura en un área pequeña será el mismo que el de unir un área grande y por tanto el tiempo total diferirá por el tiempo extra que será necesario para llevar a la pieza a su temperatura de unión. Si es empleado un calentamiento por resistencia, la mayoría de las uniones con áreas grandes pueden elevarse a la temperatura de unió tan rápidamente como si de una área grande se tratara. Por ejemplo 25000 mm2 pueden soldarse con el mismo tiempo que se tardaría en soldar un área de 250 mm2.

El uso de moldes y deformación aplicando aire comprimido a componentes fijados por difusión es una técnica para fabricar ciertas estructuras, que resultan delgadas con grandes relación de rigidez entre peso. Esto evita el uso de sujetadores mecánicos, mejora la precisión dimensional y reduce esfuerzos residuales. Metales soldables Los materiales más comúnmente utilizados en este proceso de soldadura son: 

Titanio



Cerámicas



Carburos



Principales

elementos

de

aleación

de acero

inoxidable: hierro, cromo y níquel. 

Cobre



Aluminio



etc

En resumen, la unión por difusión se verá realizada en combinación con componentes metal-metal o metal-cerámica. Aplicaciones Las aplicaciones más importantes que nos podemos encontrar en la actual industria son: 

Colocación

de

puntas

herramientas de corte.

de aleaciones duras

y carburos en



Fabricados de titanio, desde sencillas piezas para reemplazar piezas forjadas a grandes estructuras, muy utilizado en la industria aeroespacial.



Combinación de metales diferentes para aplicaciones eléctricas y criogénicas.



Recubrimiento superficial de superficies o planchas para evitar el desgaste, la corrosión, el calor aumentando con ello su resistencia, esta aplicación es la más utilizada.



Unión de multitud de piezas complejas huecas, múltiples en acero y otros materiales.



Resolución de problemas en los machos complicados en piezas fundidas o ángulos a contradespulla en piezas forjadas.

• SOLDADURA POR FRICCION La soldadura por fricción es un método de soldadura que aprovecha el calor generado por la fricción mecánica entre dos piezas en movimiento. Es utilizada para unir dos piezas, aun cuando una de ellas por lo menos sea de igual o distinta naturaleza, por ejemplo: acero duro y acero suave, aluminio y aleaciones, acero y cobre, etc, lo cual le confiere innumerables ventajas frente a otro tipo de soldaduras como puede ser la soldadura GMAW con la que no se pueden soldar aceros inoxidables ni aluminio o aleaciones de aluminio. Al menos una de las dos piezas tendrá que ser un volumen de revolución, generalmente cilindros. En el caso de que las dos piezas

sean volúmenes de revolución se tendrán que alinear, perfectamente, ambos ejes longitudinales. El principio de funcionamiento consiste en que la pieza de revolución gira en un movimiento de rotación fijo o variable alrededor de su eje longitudinal y se asienta sobre la otra pieza. Cuando la cantidad de calor producida por rozamiento es suficiente para llevar las piezas a la temperatura de soldadura, se detiene bruscamente el movimiento, y se ejerce un empuje el cual produce la soldadura por interpenetración granular. En ese momento se produce un exceso de material que se podrá eliminar fácilmente con una herramienta de corte, ya que todavía se encontrará en estado plástico. Aunque se podría realizar dicho proceso en un torno manual, es mejor utilizar una máquina de control numérico para controlar la calidad de la soldadura.

Ventajas e inconvenientes Se trata de una soldadura que implica un costo elevado, en lo que a inversión de maquinaria se refiere, pero no requiere costes adicionales porque no necesita material de relleno ni gas protector (como por

ejemplo la soldadura TIG) por lo que no se producen humos tóxicos. Es un proceso bastante seguro ya que no se producen arcos, chispas ni llamas. Debido a que toda la superficie transversal está implicada en el proceso, se obtendrá una alta resistencia, bajas tensiones de soldadura, las impurezas se eliminarán durante el proceso y no existirá porosidad como sí pueden aparecer en otros procesos como la soldadura por arco. No es un proceso tan versátil como puede ser la soldadura por fricciónagitación. Se pueden producir geometrías que no son posibles en la forja o la fundición, ahorrando material y operaciones, reduciendo el tiempo de ciclo y aumentando la tasa de producción. Aplicaciones Como se ha comentado anteriormente, la soldadura por fricción se suele emplear en volúmenes cilíndricos como pueden ser los ejes de transmisión, turbocompresores o las válvulas de coches, camiones o trenes. • SOLDADURA AUTÓGENA O POR GAS La soldadura

por

combustión

(autógena) es

un

procedimiento

de soldadura homogénea. Esta soldadura se realiza llevando hasta la temperatura de fusión de los bordes de la pieza a unir mediante el calor que produce la llama oxiacetilénica que se produce en la combustión de un gas combustible mezclándolo con gas carburante (temperatura próxima a 3055 °C).

Se trata de un proceso de soldadura con fusión, normalmente sin aporte externo de material metálico. Es posible soldar casi cualquier metal de uso industrial: cobre y sus aleaciones, magnesio y sus aleaciones, aluminio y sus aleaciones, así como aceros al carbono, aleados e inoxidables. Aunque actualmente ha sido desplazada casi por completo por la soldadura por arco, ya que uno de los problemas que plantea la soldadura oxiacetilénica son las impurezas que introduce en el baño de fusión además de baja productividad y difícil automatización.

Equipo de soldadura Una ventaja es que el equipo de soldadura oxiacetilénica es barato y fácil de transportar. Su función principal es suministrar la mezcla de gases a una velocidad, presión y proporción adecuadas. El equipo está compuesto por:1 

Botella de acetileno



Botella de oxígeno



Válvulas de seguridad o anti-retroceso



Mangueras



Manoreductores



Soplete



rios (encendedores, escariadores)

A continuación vamos a explicar cada uno de estos componentes:

-Acetileno

Botella acetileno.

Es el gas consumible. Es un gas incoloro, más ligero que el aire y altamente inflamable. Las botellas de acetileno se cargan a 15 bares a una temperatura de 15 °C. Estas botellas son de paredes gruesas. Las materias primas que se utilizan para su fabricación son el carburo de calcio y el agua. Se obtiene por reacción del carburo con el agua. El gas que se obtiene es el acetileno, que tiene un olor particular que proviene sobre todo de la presencia de hidrógeno fosforado. El acetileno explota si se comprime, para almacenarlo se disuelve en acetona y se guarda en botellas rellenas de una sustancia esponjosa.

Para su identificación se pinta de color rojo las botellas y en su parte superior se pinta de color marrón. La presión de servicio no deberá superar 1 bar y la velocidad de salida no deberá ser mayor de 7 m/s. PRECAUCIÓN: El acetileno es explosivo en o con plata, mercurio o aleaciones con más de un 70 % de cobre, por lo que las tuberías no deberían ser de ninguno de estos materiales. -Oxígeno

Botella de oxígeno

Es un gas inodoro, incoloro e insípido y es el gas carburante para soldadura oxiacetilénica. Se extrae industrialmente del aire o del agua. No es un gas inflamable pero inicia y mantiene la combustión de materiales combustibles por lo que no se debe almacenar cerca de los gases combustibles. Se suele suministrar en botellas a 200 kg aunque actualmente se suministran en botellas de menores dimensiones. La ojiva se pinta de color blanco con las letras OX en negro y el cuerpo es de color negro. -Manorreductores (Reguladores de Presión

Manorreductor acetileno (color rojo).

Manorreductor oxígeno.

Son los dispositivos que se instalan en los grifos o válvulas de las botellas de oxígeno y acetileno. Su objetivo es suministrar gas a presión constante sin depender de la progresiva variación que existe en el interior de la botella. Estos reguladores de presión constan de dos manómetros: el primero llamado de alta presión y va pegado a la válvula de la botella que nos muestra la presión con que vienen cargadas de presión, ya sea la botella de oxígeno o la de acetileno. Y el segundo manómetro de baja presión, que nos permitirá regular la presión de trabajo.

La regulación de la presión se efectúa por la apertura y cierre de una aguja obturadora. El mecanismo de apertura y cierre está compuesto por una membrana flexible y dos muelles. A través de un tornillo de expansión con el que se puede regular la presión de trabajo. -Soplete

Son dispositivos destinados a mezclar los gases para generar su perfecta combustión. El soplete tiene en la parte central el dispositivo mezclador de gases, dentro del cual y por medio de unas llaves se regula la cantidad de uno y otro gas que se necesitan para conseguir la llama deseada. Dicha mezcla fluye hasta la boquilla de salida a través de un tubo acodado denominado lanza. Todos los sopletes tienen en su parte posterior las tomas donde van conectadas las mangueras, para evitar errores, la entrada de oxígeno

lleva las letras OX y es de rosca a derecha y la de acetileno lleva las letras AC y es de rosca a izquierda. Están equipados con un juego de boquillas calibradas que se identifican por la numeración que tiene marcada. A mayor numeración mayor diámetro de salida y por tanto mayor caudal de gases. Válvulas de seguridad Son los mecanismos situados entre el soplete y las botellas, su misión es evitar que las llamas puedan introducirse en las mangueras. Están compuestas por un tubo poroso, por el que se desplaza en su interior un embolo que en posición de reposo se encuentra obstruyendo el paso de gas, debido a la presión de un muelle que se encuentra en el lado opuesto a su desplazamiento. Son dos los mecanismos de seguridad que han de estar en perfecto estado de funcionamiento y que habrá que cambiarse con cierto periodo. Proceso de soldadura

Calentamiento de la pieza mediante la llama.

Limpieza de las piezas a unir.

Material aportación y fundente.

Proceso de soldado.

Soldado con material de aportación. El trabajo con estos equipos exige una serie de cuidados y precauciones que se relacionan a continuación: 1. Abrir y cerrar con suavidad las dos llaves de paso para eliminar la dureza de apertura. 2. Colocar la boquilla que corresponda al espesor de las piezas a soldar. 3. Abrir los grifos de las botellas. 4. Regular los manorreductores, mediante los tornillos de expansión, para obtener una presión de 0.3 a 0.5 para el acetileno y 1.5 a 2 bar para el oxígeno. 5. Abrir un poco el grifo del acetileno e inflamar los gases empleando una llama piloto. 6. Abrir el grifo de oxígeno y regular con poco caudal. 7. Regular el caudal de acetileno y oxígeno para conseguir la llama deseada.

8. Una vez encendida y regulada la llama Oxiacetilénica hay que acercar la boquilla en la zona de soldadura, manteniendo de 3 a 5 mm de distancia entre el dardo y la pieza a soldar. 9. Purgar las líneas que vienen de las botellas al soplete cuando finalice la soldadura, cerrando las llaves de paso, después de haberlas cerrado, abrir ambas llaves del maneral para dejar salir el excedente de gas que pueda haber quedado. Es importante el orden en el cual se abren las llaves de paso encontradas en el maneral del soplete, ya que al momento de encender la flama, si se tiene Oxígeno en la mezcla, la explosión inicial que se genera es más fuerte debido a la reacción que tiene el Oxígeno con el Acetileno. Por lo tanto, lo que se recomienda es abrir un cuarto de vuelta la llave de acetileno y encender, después de encendida la flama, se puede agregar el oxígeno poco a poco hasta alcanzar la llama deseada. Una vez terminada la soldadura, el orden para cerrar las llaves de paso, es el mismo con el que se abrió (Acetileno y después Oxígeno). La soldadura fuerte de los aceros inoxidables, requiere de una llama ligeramente reductora o casi neutra con el fin de reducir la oxidación en las superficies de los materiales base durante el calentamiento. Para evitar el sobrecalentamiento o inclusive la fusión del metal base, se utilizará la zona exterior de la llama y no las zonas cercanas al cono interno o dardo, manteniendo el soplete en continuo movimiento para evitar puntos calientes.

Las piezas que forman la unión deben ser calentadas uniformemente para que alcancen la temperatura de soldeo al mismo tiempo, la antorcha

debe

estar

en

continuo

movimiento

para

evitar

sobrecalentamiento. Al tratar de soldar dos piezas con diferentes secciones o distintas conductividad, siempre recibirá mayor aporte energético, la de mayor espesor o la de mayor conductividad, simplemente debido a que esta última disipará el calor más rápidamente. En cualquier caso, la mejor manera de comprobar la homogeneidad del calentamiento, radica en observar que los cambios que sufre el fundente se realizan de manera uniforme independientes de las secciones o conductividad de las superficies a soldar. El fundente también actúa como un indicador de temperatura. Cuando el fundente alcanza la temperatura adecuada para realizar el brazing, se muestra claro, transparente y fluye sobre la unión como agua líquida. Es en este momento, cuando se debería aplicar el material de aporte tocando con la varilla en la boca de la unión y continuando con el suministro de calor de manera indirecta. En algunas situaciones sucede que el fundente esta líquido pero el material base no está listo para fundir la aleación, las temperaturas de fundente y material de aporte no están acordes, necesitando el conjunto mayor calor, en estos casos existe riesgo de que el fundente se sature antes y deje de actuar.

Debido a que el material fundido tiende a fluir hacia las zonas más calientes, la superficie exterior estará algo más caliente que la interior, por lo que el material tiene que ser aplicado exactamente en la unión. De lo contrario no fluirá por la unión, tendiendo a formar un recubrimiento en la pieza. Es una buena práctica calentar el lado opuesto del suministro de material de aporte. Por otro lado, si se trata de conseguir la temperatura de brazing fundiendo el metal de aporte directamente bajo la llama, la acción capilar no va a acontecer, en su lugar el material de aporte se acumulará de nuevo en la superficie. El calentamiento continuado en un intento de hacerlo fluir, va originar la alteración de la composición del material de aporte con el riesgo de liberar humos que pueden llegar a ser tóxicos. El calor aplicado en la pieza es el que hará fundir al material de aporte y no el del soplete directamente sobre él. Una vez que la soldadura se ha completado, el calor debe ser retirado para evitar daños metalúrgicos en el material y porosidad en el material de aporte. Métodos de soldadura  Soldadura a la izquierda o hacia delante Es el método más utilizado para chapas de hasta 6 mm de espesor. Los inconvenientes que presenta este método que es lento el volumen de gases que consumen es alto. La varilla va delante,

formando un ángulo de 60-70° respecto a la superficie de material y la inclinación de la varilla estará entre 45° y 60°.  Soldadura a derecha Se utiliza en chapas de entre 6 y 15 mm. Se realiza de izquierda a derecha, la varilla avanza por detrás de la llama, facilitando el relleno de la junta, obteniéndose un recocido del cordón que mejora la resistencia mecánica.  Soldadura en ángulo interior La soldadura se realiza directamente sobre el ángulo formado por los bordes de las piezas a unir, el soplete se mueve de forma circular con una inclinación de unos 45°. La boquilla debe separase algo más de la plancha vertical que de la horizontal.  Soldadura en ángulo exterior La soldadura se realiza directamente sobre el ángulo formado por los bordes de las piezas a unir. El soplete se desplaza de derecha a izquierda para piezas menores de 6 mm, al contrario para piezas de mayor espesor.

 Soldadura en cornisa Se realiza sobre una chapa que está en una posición vertical y el cordón se realiza de forma paralela al suelo. La boquilla del soplete

debe inclinarse hacia arriba unos 60° para que el chorro de los gases sostenga el baño de fusión mientras se solidifica.  Soldadura ascendente Se realiza en chapas en disposición vertical y el cordón se ejecuta de forma perpendicular al suelo. La llama se desplaza de abajo hacia arriba con una inclinación de unos 30° respecto al horizontal, para que el chorro de gases sostenga el baño de fusión.

Otras técnicas utilizables Van a describir brevemente las siguientes:  Soldadura de latón Se encuentra en aplicación en los trabajos de reparación de carrocerías para obturar taladros, unir elementos y para unir metales de distinta naturaleza. Como material de aportación se utiliza una aleación de cobre y cinc. Se suelda con una llama con exceso de oxígeno.  Soldadura con estaño Se utiliza para soldar uniones eléctricas y como material de relleno para recargar chapas y obtener buen acabado.  El oxicorte

El oxicorte es un procedimiento de corte, consiste en calentar el material hasta que adquiera un rojo vivo y se quema rápidamente en el oxígeno. En ese momento el metal se quema, separándose y propagándose rápidamente la combustión a todo el espesor de la chapa.

Incidencias más habituales 

Des regulación de la llama.



Chasquido seco, con proyección del metal de soldadura en fusión.



Chasquidos secos repetidos parpadeo de la llama.



Chasquido seco con extinción.



Inflamación de una fuga de gas



Dardo irregular.

Normas de seguridad o uso Seguridad de uso 

Evitar golpes en la máquina.



No

utilizar

herramientas

que

no

sean

apropiadas

manipularla. 

Nunca montar ni desmontar la boquilla en caliente.



No engrasar los manorreductores.

para



Nunca utilizar una manguera que haya sido utilizada por otro gas.



Realizar los empalmes según diga el fabricante.



Vigilar el salto de las chispas las proyecciones de material fundido.

Seguridad personal Para la ejecución de esta soldadura es recomendable utilizar la siguiente protección: 

Guantes caña larga



Gafas de seguridad, con lunas inactínicas grado 6 a 8



Zapatos de seguridad con punta de acero



Polainas



Delantal de cuero



Mascara (protección facial)

• SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES Características de la soldadura por haz de electrones 

Capacidad para hacer soldaduras profundas y con cordones de soldadura estrechos en una sola pasada.



Soldadura casi uniforme y limpia, debido a que se realiza en un ambiente de vacío, lo cual evita la formación de óxidos y nitruros.



Cantidad reducida de calor transmitida a la pieza, por lo que su microestructura se ve menos alterada que mediante otros procedimientos.



No se necesita metal de aportación.



Las velocidades de soldadura son muy elevadas (hasta 2000 mm/min).



Permitir la unión de una gran diversidad de materiales e incluso de multitud de materiales distintos entre sí.



El coste de los equipos es elevado.



Genera rayos X, lo que requiere extremar las precauciones.

Proceso de soldadura El proceso de soldadura mediante haz de electrones se efectúa en una cámara de vacío. Encima de dicha cámara se encuentra una pistola de electrones. Las piezas a soldar se colocan en un manipulador motorizado dentro de la cámara de vacío produciendo así soldaduras axiales o lineales. La pistola de haz de electrones, consta de un cátodo y un ánodoentre los que se genera una diferencia de potencial y se induce el paso de corriente. Debajo del ánodo, hay una lente magnética, para dirigir el haz de electrones hacia la zona de soldadura.

Equipo necesario  Cámara de vacío: La forma más usual de la cámara de trabajo es la cúbica, ya que se puede trabajar con piezas de diferente forma, aunque para piezas específicas como tubulares se puede diseñar una cámara de trabajo con forma cilíndrica. La cámara de trabajo se ha de diseñar conforme a la pieza a trabajar. Para generar la presión de trabajo en su interior se emplean diferentes tipo de bombas de vacío: rotativas, difusoras y turbomoleculares.  Pistola de haz de electrones: En la pistola de electrones se encuentra el cátodo, formado por una banda de Wolframio, por la cual fluye una fuerte corriente alcanzando grandes temperaturas (2500 °C) que emitirá una corriente de electrones. Por debajo de la pistola se encuentra un anillo ánodo que acelera los electrones hasta un 50-70% la velocidad de la luz.

La pistola se conecta a un sistema de potencia, el cual genera la diferencia de potencial necesaria entre cátodo y ánodo. Estos sistemas se pueden clasificar en dos tipos: Equipos de baja tensión (15-60kV) y Equipos de alta tensión (100-200kV). Clasificación En función del grado de vacío que existe en la cámara donde se realiza el proceso, el soldeo por haz de electrones se clasifica en:

1. Soldeo de alto vacío El vacío practicado en la cámara es del orden de 0,13-13 MPa. Es un procedimiento idóneo para: 

Conseguir uniones y zonas afectadas por la temperatura de reducidas dimensiones.



Soldeo de metales reactivos con el oxígeno y nitrógeno, al trabajar a vacío.



Soldeo de metales de gran espesor, debido a su gran poder de penetración.

 Las limitaciones del proceso son: 

La limitación del tamaño de la pieza a soldar, pues la cámara de vacío tiene un espacio útil reducido.



La baja producción, ya que requiere altos tiempos de bombeo para alcanzar el vacío.

2. Soldeo de medio vacío El vacío practicado en la cámara es del orden de 0,13-3300 Pa. Las principales ventajas de este proceso son: 

La productividad es mayor al reducirse el tiempo de bombeo.



El equipo es más barato, al no ser necesaria una bomba difusora (imprescindible para obtener el alto vacío).

 Las limitaciones más importantes del proceso son: 

La alta concentración de aire en la cámara aumenta la divergencia del haz de electrones y en consecuencia la soldadura presenta cordones más anchos y de menor espesor.

3. Soldeo atmosférico No se practica vacío en la cámara de soldadura, pero el cañón debe trabajar a un vacío de 13 MPa como mínimo. En este proceso la protección de la pieza se realiza con un chorro de gas inerte.  Las ventajas de este proceso son: 

Es la soldadura de mayor productividad, al no ser necesario esperar a que se alcancen las condiciones de vacío.



No existen tantas limitaciones en relación al tamaño de la pieza.

 Las limitaciones del proceso son: 

La divergencia del haz de electrones como consecuencia de la mayor

concentración

de

aire

da

lugar

a

cordones

considerablemente más anchos y menos profundos que los obtenidos con los otros procesos. Metales soldables 

Aceros al carbono y aleados.



Metales refractarios (W,Mo,Nb).



Cobre y sus aleaciones.



Aleaciones de Magnesio.



Aleaciones de Titanio.



Berilio.



Zirconio.

Aplicaciones 

Industria aeroespacial.



Industria automotriz: soldadura de engranes y turbocompresor.



Construcción e ingeniería: válvulas, sierras, tanques blindados...



Industria energética:

calderas

nucleares,

desechos nucleares, turbinas de vapor.

recipientes

para

PATOLOGÍAS MAS COMUNES EN LAS SOLDADURAS POR ARCO ELÉCTRICO.En este capítulo se va a realizar un estudio de los distintos puntos críticos o discontinuidades que pueden aparecer en las uniones soldadas, y que una vez ejecutadas pueden desembocar en defectos que mermen las propiedades resistentes de los propios cordones de soldadura. La presencia de estas discontinuidades en los cordones de soldadura no son siempre visibles, por lo que requerirá del empleo de técnicas de inspección o ensayos para su detección. La realización de estos ensayos (una veces serán ensayos de tipo no destructivos y otras serán de tipo destructivos) permitirán la identificación de aquellos cordones que sean defectuosos para su subsanación o reemplazo. En otros casos, será suficiente una inspección visual para detectar defectos en la soldadura, por ser estos de naturaleza externa. Ensayos no destructivos. Inspección Visual (VT): esta es una técnica que requiere de una gran cantidad de información acerca de las características de la pieza a ser examinada, para una aceptada interpretación de las posibles

indicaciones. Esta ampliamente demostrado que cuando se aplica correctamente como inspección preventiva , detecta problemas que pudieran ser mayores en los pasos subsecuentes de producción o durante el servicio de la pieza. Líquidos penetrantes (PT): La inspección por líquidos penetrantes es un tipo de ensayo no destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados. Generalmente se emplea en aleaciones no ferrosas, aunque también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metálicos. El procedimiento consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie en estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir debido al fenómeno de capilaridad. Después de un determinado tiempo se remueve el exceso de líquido y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el contorno de éstas. Las aplicaciones de esta técnica son amplias, y van desde la inspección de piezas críticas como son los componentes aeronáuticos hasta los cerámicos como las vajillas de uso doméstico. Se pueden inspeccionar materiales metálicos, cerámicos vidriados, plásticos, porcelanas, recubrimientos electroquímicos, entre otros. Una de las desventajas de

este método, es que sólo es aplicable a defectos superficiales y materiales no porosos. Partículas Magnéticas (MT): La prueba de partículas magnéticas es un método de prueba no destructivo para la detección de imperfecciones sobre o justamente debajo de la superficie de metales ferrosos que también se puede aplicar en soldadura. Es una técnica rápida y confiable para detección y localización de grietas superficiales. Un flujo magnético es enviado a través del material y en el lugar de la imperfección se forma un campo de fuga que atrae el polvo de hierro que se rocía sobre la superficie, así la longitud de la imperfección puede ser determinada de forma muy confiable. Criterios de aceptación definen si la indicación es o no aceptable, es decir si se trata de un defecto o no. En el ensayo no destructivo de partículas magnéticas inicialmente se somete a la pieza a inspeccionar a una magnetización adecuada y se espolvorea partículas finas de material ferromagnético. Es un tipo de ensayo no destructivo que permite detectar discontinuidades superficiales y sub-superficiales en materiales ferromagnéticos. Se selecciona usualmente cuando se requiere una inspección más rápida que con los líquidos penetrantes. Electromagnetismo (ET):

El electromagnetismo anteriormente llamado corrientes de Eddy o de Foucault se emplea para inspeccionar materiales

que sean electro

conductores, siendo especialmente aplicable aquellos que no son ferromagnéticos. La inspección por corriente EDDY esta basada en el efecto de inducción electromagnética. En el caso de utilizar VT y PT se tiene la limitante para detectar únicamente discontinuidades superficiales (abiertas a la superficie); y con MT y ET se tiene la posibilidad de detectar tanto discontinuidades superficiales como sub-superficiales (las que se encuentran debajo de la superficie pero muy cercanas a ella). Radiografía Industrial (RT): Una radiografía es una imagen registrada en una placa o película fotográfica. La imagen se obtiene al exponer dicha placa o película a una fuente de radiación de alta energía, omúnmente rayos X o radiación gamma procedente de isótopos radiactivos (Iridio 192, cobalto 60, Cesio 137, etc). Al interponer un objeto entre la fuente de radiación y la placa o película las partes más densas aparecen con un tono más o menos gris en función nversa a la densidad del objeto. Por ejemplo: si la radiación incide directamente sobre la placa o película, se registra un tono negro. Sus usos pueden ser tanto médicos, para detectar fisuras en huesos, como ndustriales en la detección de defectos en materiales y soldaduras tales como grietas, poros, etc. La radiografía industrial de molgilner ensayo no destructivo de tipo físico utilizado para inspeccionar materiales en busca de discontinuidades macroscópicas y variaciones

en su estructura interna. La radiación electromagnética de onda corta tiene la propiedad de poder penetrar diversos materiales sólidos, por lo que al utilizarla se puede generar una imagen de la estructura interna del material examinado. El principio de esta técnica consiste en que cuando la energía de los rayos X o gamma atraviesa una pieza, sufre una atenuación que es proporcional al espesor, densidad y estructura del material inspeccionado. Posteriormente, la energía que logra atravesar el material es registrada utilizando una placa fotosensible, de la cual se obtiene una imagen del área en estudio. los rayos x son na forma electromagnética (como una luz) que contiene una gran energía y por ello, es posible que penetre en el cuerpo humano, produciendo así, una imagen en una placa de fotografía durante este paso, las radiaciones se modifican, entonces, al pasar por estructuras de gran densidad como el hueso, la imagen que se producirá en la placa será de color blanco y si atraviesa estructuras con aire se formara una imagen de color negro. Los colores dependerán de la densidad de las estructuras. Se basa en la absorción diferencial de la radiación por los materiales. Peligrosa para los seres vivos. Da un registro permanente.

Cajas de vacío (CV):

Esta técnica es ampliamente utilizada en la inspección de pisos y fondos de tanques metálicos de almacenamiento, donde se complica la utilización de radiografía u otro tipo de inspección. La técnica consiste en formar un vacío con una caja plana rectangular en la zona de soldadura a inspeccionar, previamente enjabonada, mediante una bomba con la cual se extrae el aire de la caja para formar el vacío. Si existe un poro pasante o grieta en el cordón de la soldadura, el aire que entre por los defectos pasará al otro lado de la caja, provocando burbujas en la jabonadura, las cuales son observadas desde la parte superior de la caja, que consta de una tapa de vidrio transparente. Todo el equipo es bastante portátil y lo puede manejar un solo operador.

Factores que intervienen en la aparición de defectos de las soldaduras. Son muchos los aspectos a tener en cuenta a la hora de ejecutar una unión soldada y su falta de control puede conducir a la aparición de defectos en la soldadura. Estos factores se pueden agrupar, según la secuencia de los trabajos, en: • Trabajos previos: la aparición de defectos en el cordón de soldadura puede ser debida, básicamente, por la falta de una correcta preparación de bordes de las piezas a unir;

Durante el proceso de soldeo: definir y controlar los parámetros de soldeo (intensidad y tensión de corriente en el caso de soldaduras eléctricas, velocidad de avance del electrodo, caudal de gas...) es muy importante para evitar discontinuidades en el baño de fusión que terminarán por originar defectos en el cordón de soldadura. • En la fase posterior al proceso de soldeo (post-soldadura): el ritmo de enfriamiento del conjunto soldado y el cómo se lleve a cabo este enfriamiento puede condicionar la aparición de discontinuidades en el propio cordón. Defectos externos en las soldaduras Los defectos externos en la soldadura, en general, son los más fáciles de apreciar. A continuación se exponen los casos de defectos externos más comunes que se presentan en las uniones soldadas: • Deformaciones y alabeos de las piezas soldadas; • Defectos derivados de una preparación incorrecta previa al soldeo; • Dimensiones o perfil incorrecto en la geometría del cordón de soldadura; • Falta de alineación de las piezas soldadas; • Presencia de defectos superficiales en el cordón de soldadura (mordeduras, formación de cráteres, poros...); Imperfecciones externas derivadas de un mal cebado del arco; • Descuelgues del cordón de soldadura. • Deformaciones y alabeos

La presencia de deformaciones y alabeos del conjunto soldado tiene su origen en la presencia de tensiones residuales que se genera por el aporte de calor durante la ejecución de la soldadura para mantener fluido el baño de fusión.

Este tipo de defecto, una vez que ocurre, es difícil de eliminar por lo que es muy conveniente prevenir la aparición de tales deformaciones antes que intentar recuperar la geometría inicial del conjunto una vez que éste se ha deformado. En general, una adecuada elección de la secuencia de soldeo y seguir cierta simetría en la distribución y el diseño de los cordones de soldadura ayudará a limitar la aparición de deformaciones y alabeos en el conjunto soldado. En cuanto a la manera de detectar este tipo de imperfecciones, en algunos casos una inspección visual determina la presencia de deformaciones y defectos en la geometría final del conjunto soldado, en otros, es necesario emplear aparatos de medidas para detectar las desviaciones producidas respecto a la geometría inicial de las piezas. Preparación incorrecta

Una preparación incorrecta previa a la ejecución de la unión soldada, puede ser el origen de otras discontinuidades o defectos que pueden invalidar el propio cordón una vez realizado. Aspectos como cuidar la separación entre las piezas a unir, o la elección correcta del tipo de cordón a ejecutar en función del espesor y del procedimiento de soldadura, ayudarán a prevenir la aparición futura de defectos. Por último, recordar la importancia de disponer de aparatos de medidas (calibrador, etc.) que permitirán una inspección y control de las variables que rigen los trabajos de preparación previa de una soldadura.

Geometría incorrecta del cordón de soldadura Se entiende como geometría incorrecta del cordón de soldadura a la debida tanto a unas dimensiones incorrectas dadas al cordón de soldadura como a una forma geométrica no adecuada de su perfil.

Dimensiones incorrectas de la soldadura: Básicamente se refiere a un cuello o espesor de garganta inadecuado, problemas por sobre-espesor o su contrario, falta de espesor del cordón, así como a los descuelgues que se produzcan del cordón de soldadura.

El motivo para que se produzcan dimensiones incorrectas del espesor de garganta de la soldadura pueden ser: • Un avance lento en la ejecución del cordón; • Empleo de electrodos demasiado gruesos; • Manejo inadecuado de la pinza portaelectrodos; • Emplear una secuencia de deposición de cordones inadecuada. Un espesor de garganta diferente del que debiera tener influye en la capacidad resistente del cordón. Para los casos de sobre-espesor del cordón de soldadura por un aporte excesivo de material, su origen se debe a factores como: • Velocidad de avance excesivamente lenta; • Empleo de electrodos demasiado gruesos; • Número de pasadas excesivas. Para los casos contrarios de falta de espesor, las causas serían las contrarias a las mencionadas anteriormente. Ante un defecto por dimensión incorrecta del cordón, puede actuarse rellenando con una nueva soldadura sobre la anterior

hasta alcanzar el espesor final deseado para casos de falta de espesor.

En

otros

caso,

la

solución

pasa

por

eliminar

completamente la soldadura ejecutada y volver a soldar. Para comprobar las dimensiones alcanzadas en los cordones de soldadura una vez ejecutados se emplean galgas de soldadura.

Galgas para medir el tamaño de los cordones de soldadura

Perfil incorrecto: La forma del perfil del cordón que se consigue en soldadura manual depende mucho de la pericia del soldador. Soldadores más experimentados ejecutarán cordones de mejor aspecto y con el perfil adecuado. Pero no sólo de la experiencia del soldador depende la forma

conseguida de la soldadura. Así si los parámetros de soldeo no son los adecuados también pueden dar lugar a un perfil incorrecto del cordón.

Vista comparativa de los perfiles de soldaduras

Un perfil incorrecto del cordón de soldadura tiene influencia sobre el comportamiento mecánico que ofrezca el cordón. En efecto, geometrías defectuosas en la realización del perfil del cordón puede producir concentración de tensiones que terminan mermando la capacidad resistente del propio cordón y su agotamiento prematuro por fatiga ante cargas dinámicas. Ante un defecto por perfil incorrecto del cordón, puede actuarse amolando la superficie exterior de la soldadura hasta conseguir la forma deseada si se trata de un cordón final, y si se trata de un cordón entre pasadas se puede corregir controlando de una forma más exhaustiva los próximos cordones a ejecutar, o bien eliminado el cordón defectuoso antes de depositar los siguientes sobre él.

Falta de alineación En este caso los bordes a unir de las distintas piezas no están en el mismo plano, por lo que existe una falta de alineación entre bordes enfrentados.

El origen por el cual se puede producir una falta de alineación entre bordes puede ser debido a: • Una mala preparación previa, no prestando especial atención en el posicionamiento inicial de las piezas a soldar; • Por producirse una deformación excesiva originada durante el proceso de soldadura, relacionada con una elección errónea de la secuencia de soldeo o un deficiente diseño ligado a una mala simetría en la distribución de los cordones de soldadura.

Este tipo de defectos tiene una incidencia sobre el comportamiento mecánico y resistente de la soldadura, debido a que suelen generar puntos de concentración de tensiones que terminan por fragilizar la soldadura. Además puede servir de origen a otros defectos que pueden producirse, como por ejemplo, que exista una mala fusión del cordón.

Para evitar este tipo de defectos se recomienda emplear un tiempo inicial en labores de preparación previa, controlando, mediante inspección inicial, una correcta alineación de bordes. Defectos superficiales Dentro de los llamados defectos superficiales de la soldadura se engloba a una serie patologías que afectan al aspecto visual de la superficie del cordón, como son, mordeduras, cráteres, poros y otras irregularidades. A continuación se estudian cada una de ellas. - Mordeduras o socavación: En la figura adjunta se puede apreciar el aspecto que presenta un cordón de soldadura con mordedura.

El origen por el cual se puede producir este tipo de defectos puede ser muy diverso, como: • Empleo de una intensidad elevada de corriente eléctrica; • Uso del electrodo empleando una velocidad incorrecta en su avance; • Uso de un electrodo con diámetro excesivo; • Un manejo incorrecto de la pinza porta-electrodos. Este tipo de defectos tiene una incidencia sobre el comportamiento mecánico y resistente de la soldadura, debido a que suelen generar

puntos de concentración de tensiones que terminan por fragilizar la soldadura. Además puede servir de origen a otros defectos de naturaleza interna que pueden producirse en el cordón. Este tipo de defecto es muy típico que se presente cuando existe un mal control de los parámetros de soldeos, así como cuando las soldaduras han sido ejecutadas por operarios poco cualificados. Como norma general, cuando aparecen mordeduras o socavaciones en el cordón su remedio pasa por la eliminación completa del cordón y su nueva ejecución. Cráteres: Los cráteres en la soldadura tienen su origen en los momentos de interrupción brusca del arco. Cada vez que se interrumpe el establecimiento del arco, se provoca una especie de hondonada, similar a un cráter, en el metal base. Cada vez que se origina un cráter, es recomendable volver a rellenar con deposiciones de soldadura, pues de lo contrario puede dar origen a la formación de agrietamientos, e incluso otros defectos de naturaleza interna. También se pueden eliminar mediante amolado de la zona y volviendo a verter un cordón que comience en un punto anterior al cráter, para dar uniformidad. En todo caso, siempre es aconsejable un adecuado manejo de la pinza porta-electrodo para evitar interrupciones no deseadas del arco eléctrico que den origen a la formación de cráteres.

Cebado inadecuado del arco El proceso de soldadura por arco eléctrico comienza con el cebado o establecimiento del arco, operación mediante la cual se forma el arco eléctrico entre el extremo del electrodo y la pieza a soldar. Este instante mientras dura el "arranque" del arco es especialmente crítico, dado que si no se hace de forma adecuada terminará con la formación de picaduras en la pieza del metal base. Corresponde al operario y su pericia conseguir un establecimiento del arco correcto que evite la formación de irregularidades, como son las picaduras en la superficie de la pieza. Estas picaduras superficiales que se forman por un mal cebado del arco pueden dar lugar a defectos que afecten al comportamiento mecánico del conjunto soldado.

Generalmente, estas picaduras superficiales se suelen eliminar mediante un esmerilado y posterior aporte de soldadura para restablecer el espesor final del cordón. Descuelgues Los descuelgues en los cordones de soldaduras se originan principalmente por un exceso de fusión del baño de soldadura.

Un exceso de fusión puede originarse si los parámetros de soldeo (velocidad e intensidad de corriente) no son los adecuados. De hecho, una velocidad lenta en el avance del electrodo, o emplear un nivel de intensidad de corriente alta, producen un exceso de fusión del baño, y por tanto, un mayor riesgo que se produzcan descuelgues en el cordón. Pero además, los defectos por descolgaduras son también muy común en determinadas posiciones de soldeo, como son las posiciones en cornisa, en techo y en vertical. Las irregularidades superficiales que constituyen los descuelgues del cordón pueden dar lugar a defectos que afecten al comportamiento mecánico del conjunto soldado, por lo que se aconseja su eliminación una vez producidos. Defectos internos en la soldadura Los defectos internos suelen necesitar de instrumentos de inspección (como rayos X) o de ensayos metalográficos para su detección. A

continuación se exponen los casos de defectos internos más comunes que se presentan en las uniones soldadas: • Presencia de porosidades internas; • Inclusiones de elementos no metálicos en el interior del cordón; • Falta de fusión; • Falta de penetración; • Grietas. Poros: Los poros son defectos que se producen en la superficie del cordón en forma de pequeños agujeros. Su origen puede ser muy diverso, por ejemplo, por soldar con una intensidad de corriente más elevada de lo que corresponde, por separar en demasía el electrodo del baño de fusión originando un arco demasiado largo que fomenta la presencia de aire, por emplear electrodos húmedos, etc. Si los poros se originan en la superficie de cordones interiores que van a ser rellenados por otros en sucesivas pasadas, pueden dar origen a discontinuidades internas, por lo que se recomienda eliminarlos. En definitiva, factores como la falta de habilidad por parte del operario soldador, el control inadecuado de los parámetros de soldeo (intensidad de corriente, polaridad, velocidad de avance...), el establecimiento de un arco errático o inestable, o fallos en la elección del electrodo, son determinantes para que aparezcan irregularidades en el aspecto final del cordón de soldadura.

Las porosidades suelen ser consecuencia de reacciones químicas que se producen en el baño de fusión y que dan lugar a la formación de gases. Este hecho, unido a un posible enfriamiento rápido del cordón, hace que estos gases interiores no tengan tiempo suficiente para evacuarse hacia el exterior, quedándose recluidos y formando pequeñas burbujas o porosidades en el interior. Estas porosidades internas merman la resistencia mecánica del cordón, dado que son el origen de futuras grietas que terminan propagándose hasta la superficie produciendo el colapso de la soldadura por fatiga ante la acción de cargas dinámicas. En las zonas donde se produce una interrupción y posterior reanudación del arco suelen aparecer también porosidades internas en el cordón. Generalmente va acompañado de falta de penetración o fusión del baño. Hay un tipo de porosidad con forma alargada, denominada de tipo vermicular, que aparece cuando queda atrapado gran cantidad de gases en el interior del baño de fusión. Suelen ser típicas cuando se emplean electrodos básicos con revestimiento húmedo.

Porosidades de tipo vermicular

En general, las causas para que aparezcan porosidades internas en el cordón de soldadura suelen ser las siguientes: • Empleo de electrodos inadecuados; • Flux húmedo; • Metal base con un alto contenido en C y S; • Velocidad de soldeo excesivamente alta; • Presencia de impurezas superficiales; • Alto voltaje; • Uso de bajo caudal de CO2; • Oxidación de los alambres; • Mala preparación de bordes. Por último, reseñar que para detectar este tipo de discontinuidades se hace necesario el empleo de ensayos de inspección no destructivos.

Inclusiones de escorias Este tipo de discontinuidad consiste en que partículas de escorias quedan aprisionadas durante la solidificación del baño. Generalmente, las partículas de escorias que quedan ocluidas en el interior provienen del revestimiento del electrodo, y en otras ocasiones son el resultado de reacciones químicas que tienen lugar en el baño de fusión.

Las hay de varios tipos: escorias aisladas, escorias alineadas e incluidas en la raíz. Las escorias aisladas que aparecen en el baño tiene su origen en: • Una deficiente preparación del chaflán; • Un manejo incorrecto del electrodo; • Empleo de baja intensidad de corriente; • Uso de un electrodo de diámetro excesivamente grande; • Falta de limpieza en el proceso. En otras ocasiones aparecen las escorias alineadas. Esto es típico en soldaduras que se han realizado con pasadas múltiples, y donde las escorias quedan ocluidas entre los cordones de sucesivas pasadas. En este caso, las causas más comunes por las que aparecen escorias alineadas son: • Falta de limpieza en el proceso; • Chaflán demasiado cerrado; • Empleo de baja intensidad de corriente; • En general, una mala preparación de borde. Por último, hay otro tipo de escoria que aparece atrapada en el fondo del cordón. Este tipo de escorias se producen cuando se emplean electrodos de diámetro incorrecto o se hace un manejo inadecuado del mismo, o cuando hay una mala preparación previa (poca separación entre piezas, o un ángulo de chaflán muy agudo).

Grietas Las grietas son discontinuidades producidas por una rotura localizada, debido a que en ese punto las tensiones locales que se producen son superiores a la carga de rotura del material.

Tipos de grietas en soldaduras

Básicamente se pueden distinguir dos tipos de grietas atendiendo a su localización: grietas localizadas en el metal de aporte y grietas localizadas en el metal base. Grietas localizadas en el metal de aporte: Estas grietas tienen que ver mucho con la calidad que tenga el metal de aporte, y si tiene defectos o falta de homogeneidad. También dependerá mucho de las condiciones de ejecución de la soldadura. Por ello, una forma de reducir el riesgo de producir grietas es cuidando la manipulación del electrodo, evitar velocidades excesivamente altas de avance del electrodo o dando un precalentameinto previo a la pieza a soldar.

Un tipo de grietas que aparece en el metal de aporte son las grietas transversales. Estas grietas son perpendiculares al eje de la soldadura, de ahí su nombre y pueden llegar a penetrar en el metal base. Pueden producirse debido a la presencia de un contenido excesivo de Mn en el baño. Se originan por tensiones elevadas y/o estructuras de temple, y por lo general son difíciles de reparar. Las grietas longitudinales se producen en el centro de la soldadura en dirección paralela a su eje. Tienen mucha probabilidad de aparecer cuando el conjunto soldado tiene una rigidez excesiva. Típicas en aceros aleados o con excesivo C, y en aceros con elevado contenido en P y S, apareciendo cuando se emplean electrodos que son inadecuados o con presencia de humedad en su revestimiento. Además pueden aparecer cuando se utiliza una lenta velocidad de soldeo o una mala secuencia. También existe riesgo de aparecer este tipo de grietas cuando se produce un enfriamiento muy rápido del baño. La presencia de grietas en el cráter también es muy común. Como sabemos los cráteres se forman en aquellos puntos donde ocurre una interrupción brusca en el establecimiento del arco entre electrodo y pieza. Los cráteres son zonas donde se produce una concentración de tensiones, y por lo tanto, esto puede ser causa de generación de grietas. Para aliviar este estado tensional en los cráteres se le puede someter a la pieza a un precalentamiento previo, además de un mayor control de la velocidad de enfriamiento para que esta sea menor. Además también se puede actuar depositando una mayor cantidad de material de aporte

sobre el cráter, para lo cual es imprescindible un adecuado manejo del electrodo. Grietas localizadas en el metal base: Estas grietas aparecerán en la zona afectada térmicamente (Z.A.T.) del metal base y su aparición está muy relacionada con la soldabilidad del metal base. Por lo tanto, son causas metalúrgicas las que más van a influir en la formación de grietas en el metal base, como puede ser el tipo de aleación que se trate y que influya de manera notable en su mayor o menor grado de soldabilidad. Para mejorar las condiciones de soldabilidad del metal base conviene someterlo previamente a un precalentamiento, y reducir la velocidad de enfriamiento del conjunto soldado. Es importante también la elección correcta del tipo de electrodo en función de la calidad del metal base.

PATOLOGÍAS DE METALES NO FERROSOS De los metales no ferrosos, los que más se usan en la construcción son el cobre y el aluminio. El primero en tuberías para usos especiales y en instalaciones eléctricas. En este ultimo caso, este material sólo se ve

afectado por recalentamiento (cortocicuitos). En esta aplicación, el elemento de cobre no se repara, se sustituye.

COBRE La resistencia a la corrosión, entre otras propiedades, es uno de los motivos que hacen del cobre un elemento requerido para diversas aplicaciones, siendo gran parte de su producción destinada a las aleaciones. Dentro de la construcción, los tipos de cobre más utilizados y con una pureza superior al 99%, son los siguientes: o COBRE DESOXIDADO: destinado a instalaciones de agua y gas y a proyectos de ingeniería en general. o COBRE REFINADO TÉRMICO: utilizado en planchas para revestimientos y cubiertas. Si bien contiene pequeñas cantidades de impurezas, ofrece mayor resistencia mecánica y a la corrosión atmosférica y mayor conductividad térmica y eléctrica que el cobre desoxidado. o COBRE ELECTROLÍTICO DE ALTA CONDUCTIVIDAD: se usa

en conductores eléctricos. Entre las propiedades fundamentales del cobre, debemos señalas que suele ser muy resistente a los agentes corrosivos y al agua de mar pero que, no obstante, puede ser atacado por ácidos inorgánicos fuertes y por el amoníaco. Si el agua tiene proporciones elevadas de dióxido de carbono, lo disuelve. Además el agua que se escurre por cubiertas de cobre puede llegar a atacar a los materiales adyacentes.

Las aleaciones de cobre, constituyen la forma más común de comercializar este metal y se pueden unir por cualquiera de los sistemas de soldadura indicados para el cobre y presentan resistencias a la corrosión y conductividad térmica y eléctrica elevadas. Si se llegara a producir oscurecimiento por exposición al aire de estas aleaciones, esto se puede evitar aplicando encerados y barnices apropiados. El cobre es incompatible en o con elementos de acero o aluminio ya que se produce corrosión por par galvánico ante la presencia de agua o humedad. El cobre no se ve afectado por el hormigón, mortero, mortero de cal o yeso en estado seco. Durante el curado puede producirse una leve corrosión superficial que muestra un color verdoso. Sin embargo, en exteriores con ambientes salinos el cobre embebido en hormigón se puede ver afectado ante la presencia de cloruros. También se verá atacado por el amoniaco o los nitratos. Las tuberías de cobre no soportan las aguas muy blandas como las provenientes de lluvia o condensación por lo que no se recomienda su uso en tuberías para aguas servidas o su exposición a la intemperie. Algunos tratamientos de protección de la madera contienen cobre, lo que puede ocasionar corrosión severa en elementos metálicos de sujeción o fijación no protegidos. En las tuberías de cobre para usos hospitalarios, la patología mas usual, obedece a la contaminación de las tuberías por el mal uso de los

equipos médicos conectados al sistema de gases medicinales, lo cual causa obstrucciones en estas tuberías.

ALUMINIO El uso del aluminio en la industria de la construcción es extensivo, aunque no tanto como el acero. El aluminio es un metal no ferroso cuyo uso y aplicación en la construcción se ha explotado a partir de 1950, siendo el revestimiento con láminas de aluminio de la cúpula de la iglesia de San Joaquín en Roma (1898) el primer vestigio del uso de este material. El portentoso Empire State Building en New York, fue a su vez, el primer edificio en utilizar componentes de aluminio anodizado en 1931. Las propiedades intrínsecas del aluminio, su resistencia a la corrosión, facilidad de ensamble, densidad y maleabilidad han permitido que en la actualidad el aluminio sea utilizado en gran cantidad de aplicaciones en la

construcción, convirtiéndose

en el

material preferido para

ornamentaciones y carpinterías: muros cortinas, marcos de ventanas, persianas enrollables, puertas, cerramientos exteriores, es de pared, equipos de ventilación, protecciones solares, y edificios prefabricados).

La durabilidad, la baja necesidad de mantenimiento, la alta resistencia a la corrosión, el bajo peso (1/3 de la densidad del acero), la alta relación resistencia-peso, la capacidad auto portante, la facilidad del armado y

ensamble, la maleabilidad formal, la adaptabilidad y la alta reciclabilidad hacen del aluminio un metal excepcional para uso en la construcción. El aluminio es un metal no ferroso; es decir, que no contiene hierro como principal elemento, siendo su costo (posee un mayor costo de adquisición en comparación a los metales ferrosos) una de las pocas desventajas en su uso. Este mayor valor para su adquisición, es debido a su menor volumen de fabricación y a que su uso está todavía en expansión.

Valores típicos de vida de diseño

Comparación de propiedades de los materiales estructurales

Comparación resistencia química

COMPOSICION QUIMICA Y FABRICACIÓN El aluminio primario se obtiene por la electrolisis de la alúmina (oxido de aluminio) que se extrae de la bauxita (que recibe su nombre de la localidad sa de Les Baux, donde fue extraída por primera vez). Actualmente los principales yacimientos se encuentran en el Caribe, Australia, Brasil y África porque la bauxita extraída allí se disgrega con más facilidad. Es un aglomerado de diversos compuestos que contiene caolinita, cuarzo óxidos de hierro y titania, y donde el aluminio se presenta en varias formas hidróxidas como la gibbsita Al (OH)3, la boehmita (principal componente de la bauxita) y la diásporo AlO(OH).

Ranking de los principales países productores de aluminio a nivel mundial en 2016.

El proceso de laminación, que permite obtener productos planos del aluminio, se refiere al método de laminación en caliente en donde se sostiene un bloque solido del elemento a través de un rodillo, la reducción del material final se realiza a través de un proceso de laminado en frío. El aluminio se puede trabajar a fundición, moldeado permanente y el bastidor de arena.

El aluminio se puede fundir en refundidores o refinerías, los primeros procesan el forjado de aleación de desechos en hornos de solera seca para producir lingotes de extrusión o planchas de rodadura. En las refinerías se derriten todo tipo de desechos incluidas las aleaciones mixtas y sucias, por lo que principalmente se obtienen aleaciones para fundición. Las tasas de recogida de aluminio de una muestra de edificios comerciales y residenciales en 6 países europeos, se encontraron por encima del 92% (en promedio 96%), lo que demuestra el valor y la preservación del material al final del ciclo de vida de los productos de aluminio. El elevado valor del aluminio es un gran incentivo al reciclaje del mismo, el cual permite que se recicle varias veces sin pérdida de valor o propiedades, y en este proceso solo se requiere el 5% de la energía requerida en el proceso de obtención primario.

Diagrama de proceso de reciclaje de aluminio.

ALEACIONES Existen diversos tipos de aleaciones de aluminio, que básicamente se agrupan en: Al-Cu, resistente a la tracción. Al-Si, ductiles y resistentes a la corrosión.

Al-Si-Mg, resistente a los agentes atmosféricos. Al-Mg-MAGNALI, la más tenaz de todas las aleaciones del aluminio, es ligera, resistente a la corrosión. El numeral F.5.2.2.1. de la NSR-10 clasifica las aleaciones en dos, según su comportamiento térmico:

Aleaciones tratadas en caliente. Tabla F. 5.2.2-1 NSR-10.

Aleaciones no tratadas en caliente. Tabla F. 5.2.2-2.(NSR-10)

NORMATIVIDAD

A nivel internacional el uso de aluminio en la construcción se encuentra regulado por: Norma australiana: AS/NZS, Aluminium structure Part: limit state desing, Australian/ New Zealand Estándar AS/nzs 1664.1: 1997, Standars Australia, Sydney (Australia). Norma estadounidense: Alumium Desing Manual 2005 editado por The Aluminium Associaton, 2005. Norma europea: Euro código 9 UNE-ENU 1999-1-1 editado AENOR, Asociación Española de Normalización y Certificación.

A nivel nacional el reglamento colombiano de construcción sismo resistente NSR-10 en si titulo F. 5, Estructuras de aluminio, regula el implemento de este material, siendo una referencia en temas de propiedades, selección de la aleación, principios de diseños y ensayos.

PATOLOGÍA DEL ALUMINIO

CORROSIÓN La buena resistencia a la corrosión del aluminio y sus aleaciones se atribuye a la capa de óxido protectora que se forma en su superficie de forma natural y actúa como un auto sellante. Para ambientes poco agresivos la apariencia original se mantiene por años y generalmente

no requiere protección para las aleaciones, en ambientes industriales moderados se genera un oscurecimiento y asperezas en la superficies, lo que produce que el metal deje de estar completamente protegido; para algunos casos en presencia de ambientes ácidos o alcalinos se pueden presentar hendiduras. Los ambientes tropicales en general suelen ser más dañinos que los templados, de tal forma que en ambientes costeros la superficie del aluminio se vuelve áspera y gris, lo que requiere de una protección en ciertas aleaciones. A continuación la clasificación de la corrosión según la forma de ataque: 1. Corrosión uniforme o generalizada: se extiende sobre toda la superficie y la penetración media es similar en todos los puntos, hay una relación directa entre perdida de material, reducción de espesor y magnitud del fenómeno. 2. Corrosión en placas o selectiva: se presenta en distintas zonas de las superficies cuando la aleación presenta distintas fases y contenidos. 3. Corrosión por picadura: ocurre en zonas aisladas de las superficies y no superan los 2 mm por picaduras, avanzando hacia el interior del metal. Inicia como resultado de la rotura local de la película pasiva, la afectación en el material es grande. 4. Corrosión en resquicio: es fruto de la aireación diferencial y se produce en las regiones mal aireadas o en las que la renovación del medio corrosivo está condicionada por mecanismos de difusión. 5. Corrosión intergranular: se localiza en los límites del grano del metal perdiendo la coherencia entre granos y el material.

Corrosión fisurante: es poco común y obedece al sometimiento de una aleación a una tensión mecánica de tracción, en o con un medio agresivo. Da lugar a fisuras y grietas. 7. Corrosión galvánica: se desarrolla entre dos metales diferentes en o y en un medio agresivo donde sea posible el mecanismo electroquímico de la corrosión. 8. Corrosión microbiológica: se refiera al ataque de bacterias, hongos y algas microscópicas. Es importante considerar la corrosión atmosférica, la cual consiste en la afectación del aluminio al entrar en o con el medio ambiente, cuando la humedad relativa supera el 40- 50%. Da lugar a la aparición de una película humedad que permite el mecanismo electroquímico de la corrosión. Por otro lado, la corrosión en terreno es fruto de la composición química, granulometría, grado de humedad, PH, nivel de aireación, entre otras, que en o con el aluminio puede generar corrosión. Es importante considerar la corrosión atmosférica, la cual consiste en la afectación del aluminio al entrar en o con el medio ambiente, cuando la humedad relativa supera el 40- 50%. Da lugar a la aparición de una película humedad que permite el mecanismo electroquímico de la corrosión. Por otro lado, la corrosión en terreno es fruto de la composición química, granulometría, grado de humedad, PH, nivel de aireación, entre otras, que en o con el aluminio puede generar corrosión.

El numeral F.5.2.4.2. del Título F de la NSR-10 estipula los mecanismos de protección para la corrosión según el tipo de aleación de aluminio y el ambiente al que se expondrá, que se resume en el cuadro a continuación:

O CON OTRO MATERIALES o metal-metal Es importante considerar (en la etapa de diseño) las superficies o hendiduras que estarán en o con otros metales o lavaduras de estos que pueden causar un ataque electroquímico del aluminio, como es el caso de las uniones de una estructura. La NSR-10 recomienda protección adicional para estos casos y acusa a la norma BS 8118: parte 2 para su consulta, la cual especifica los requisitos para los materiales, la fabricación y la protección de la construcción de aluminio y aleación

de aluminio y las estructuras. Los requisitos de esta norma se aplican a la fabricación, protección, montaje y montaje de la construcción de aluminio y aleación de aluminio.

o metal-no metal

o con concreto, mampostería o yeso: Para ambientes secos sin contaminación se debe cubrir con una capa de pintura bituminosa, para un ambiente marino o industrial, se debe cubrir con al menos dos capas de pintura bituminosa. Aluminio embebido en concreto: La NSR-10 recomienda proteger la superficie del aluminio con al menos dos capas de pintura bituminosa o betún caliente, extendiendo estas capas por lo menos 75 mm por encima de la superficie de concreto. Para los concreto con aditivos de cloruros se debe aplicar por lo menos dos capas de brea de alquitrán de hulla, que son pinturas de base asfáltica y derivadas del betún natural o breas de hulla y madera en aceites grasos que protegen y evitan la oxidación. Son plastificadas y se debe repintar el ensamble terminado con el mismo material sellando la superficie. o con madera: Se recomienda que previamente la madera sea tratada, en cuanto al aluminio se debe aplicar creosota de alquitrán de hulla, aceite de alquitrán de hulla, naftalenos clorinados, naftanatos de zinc y óxidos orgánicos de estaño, entre otros. Adicionalmente si la madera se usa en situaciones de humedad, se debe aplicar substancialmente nafnato de cobre, sales cupro-cromoarsenicales y compuestos de boráx y ácido bórico en la superficie del aluminio.

o con suelos: La superficie del aluminio debe protegerse con al menos dos capas de pintura bituminosa, betún caliente o brea de alquitrán de hulla. Inmersión en agua: Para tales casos se deben usar sujetadores de aluminio o acero resistentes a la corrosión o a la soldadura. o con materiales aislantes: Productos como la fibra de vidrio, polietileno y varios productos de aislamiento pueden contener agentes corrosivos que pueden ser extraídos bajo condiciones de humedad y deteriorar el aluminio; se recomienda probar el comportamiento del aluminio con estos de manera previa. En todo caso se aconseja aplicar un sellante a las superficies de aluminio expuestas. SOLDADURA La pérdida de resistencia al o con la soldadura es un criterio importante a la hora de elegir una aleación de aluminio. La norma NSR10 recomienda particular atención a las aleaciones 6082, 6063, 6061 y 5251 con el fin de evitar agrietamiento durante la solidificación cuando las soldaduras son hechas bajo restricción. El material de aporte se debe escoger de acuerdo a la siguiente tabla:

A manera general las fallas más comunes de la soldadura obedecen a humedad, suciedad, velocidad al soldar y tratamiento térmico; lo que puede generar deformaciones o fallas en las uniones. ALUMINOSIS Se denomina Aluminosis a la alteración progresiva del concreto armado en cuya fabricación se ha empleado Cemento Aluminoso, que provoca la pérdida de firmeza en las estructuras en que se ha utilizado. El uso de Cemento aluminoso era muy frecuente, principalmente en países europeos, entre los años 1950 y 1980. Después de unos años, los edificios de determinadas zonas geográficas o características medioambientales en los que se empleó pusieron de manifiesto daños graves, localizados principalmente en los elementos de concreto, ya que fueron las vigas pretensadas los elementos en los que se generalizó la utilización de este cemento.

Actualmente, y debido a la pérdida de resistencia mecánica en determinadas situaciones medioambientales, el uso de Cemento Aluminoso está prohibido para elementos estructurales. El daño más importante es la oxidación o corrosión de las armaduras, lo que provoca en los elementos afectados, tales como vigas, manchas de óxido, fisuras, flechas o deformaciones, desprendimiento de recubrimientos, pérdidas de sección del acero, etc. En elementos de concreto, debido a la corrosión de la armadura de las vigas, puede producirse también la rotura por cortante cerca de los apoyos y rotura a flexión. Ello puede provocar el colapso de la estructura. Siendo la humedad un factor que interviene directamente en el fenómeno de corrosión, las patologías van a presentarse en los elementos que estén más expuestos a la misma: baños y cocinas, donde existe mayor condensación en elementos a la intemperie en zonas costeras, donde además la presencia de cloruros de la sal aceleran el proceso de corrosión de la armadura, forjados sanitarios no ventilados u otros afectados por roturas de bajantes, o tuberías, filtraciones, etc. Diagnóstico Identificar si el cemento empleado es aluminoso, mediante una inspección visual detallada del color: el hormigón de cemento aluminoso es ocre o marrón muy oscuro. También deberán efectuarse ensayos cualitativos, ensayos químicos y ensayos de difracción de rayos X, mediante los cuales se analizará la presencia o no de distintos elementos o compuestos propios del cemento aluminoso. Evaluar la seguridad residual de la estructura, analizando si aparecen grietas, manchas de óxido, deformaciones, flechas excesivas o pérdidas de sección, pudiendo realizar alguna cala para observar directamente la armadura.

Comprobar si el concreto armado está o no carbonatado (método de la fenolftaleína o mejor con amarillo de alizarina), aunque pueden existir estructuras que estén en un ambiente de humedad permanente y no estén carbonatadas, por lo que sus armaduras no presentan signos de corrosión. También puede darse el caso de que el hormigón esté carbonatado pero en el ambiente en el que se encuentra expuesto no exista una humedad que provoque la corrosión, no estando en peligro la estructura al no haberse producido una pérdida de sección de la armadura. Medición de la velocidad de corrosión con la que, junto con la pérdida de sección de la armadura, se podría llegar a calcular la vida residual del elemento afectado. Ésta dependerá de la resistencia mecánica del concreto armado, la sección de las armaduras y el grado de fisuración, que puede haber afectado a la adherencia del acero y el concreto. Tratamiento Si no se encuentran indicios de que exista corrosión y el concreto armado se encuentra transformado, habrá que evitar que las condiciones de humedad varíen para que no se facilite el proceso. Si las armaduras están limpias de óxidos pero el concreto armado no está completamente transformado, habrá que considerar que la oxidación va a aparecer, por lo que habría que mantener el ambiente siempre seco (humedades inferiores al 60%). Si en cambio se detectan fisuras en el recubrimiento o manchas de óxido, se ha de comprobar si la corrosión es parcial o generalizada. Analizado el estado de la estructura se estudiará la solución final de reparación, bien reforzando la misma, sustituyendo los elementos dañados, o llevando a cabo su demolición, en cualquier caso previo apuntalado del edificio, ya que el colapso podría ser inmediato.

Otros metales no ferrosos

(tomado de C. Broto i Comerma. ENCICLOPEDIA DE PATOLOGÍAS DE LA CONSTRUCCION. Ed.LINKS. (2005).

Aun cuando el resto de los metales son muy poco usados en la construcción, se mencionan a continuación las características de algunos de ellos con cierta presencia en esa industria.

Monel Son las aleaciones comerciales con razones níquel-cobre de aproximadamente 2:1 de peso. El monel es más duro que el cobre, extremadamente resistente a la corrosión, y posee una elevada resistencia al impacto (tal como es medida por el ensayo de Izod). Las aleaciones de Monel resisten a la corrosión en un mayor rango de ambientes. Posee mayor resistencia que el níquel al ácido sulfúrico, salmuera y agua. Por tal motivo es muy usado en la industria petrolera en tuberías y rios sometidos a la acción de productos o ambientes muy corrosivo en los procesos de esa industria. La conductividad térmica del Monel, aunque es menor que la del níquel, es significativamente mayor que la de las aleaciones de níquel que contiene cantidades de cromo o hierro. Debido a su buena

conductividad térmica y resistencia a la corrosión, se utiliza frecuentemente en intercambiadores de calor. BIBLIOGRAFÍA  Smith, F.; Hashemi J. FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES. 4ª. Ed. (2006).  Shackelford, J. INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA DE MATERIALES PARA INGENIEROS. 6ª. Ed. (2005)  Ferrer, C.; Amigó, V. TECNOLOGÍA DE MATERIALES. 1ª. Ed. (2005).  MANUAL DE DISEÑO DE ALTOS HORNOS DE MÉXICO (AHMSA) PARA LA CONSTRUCCIÓN CON ACERO (2013).  Herrera, E. PATOLOGÍA DE LA EDIFICACIÓN. (2013)  F. Quintero Moreno. Algunas ideas sobre rehabilitación de estructuras de acero en edificación urbana. CURSO DE PATOLOGÍA, CONSERVACIÓN Y RESTAURACIÓN DE EDIFICIOS. TOMO 2. Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid. (1991)  J. Monjo Carrió; L. Maldonado Ramos. PATOLOGÍA Y TÉCNICAS DE INTERVENCIÓN EN ESTRUCTURAS ARQUITECTÓNICAS. (2001)  C. Broto i Comerma. ENCICLOPEDIA DE PATOLOGÍAS DE LA CONSTRUCCION. Ed.LINKS. (2005).  ASKELAND, Donal R., “CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES”, Thomson Editores. México. 1998.  Budinsky, K. y otros, “ENGINEERING MATERIALS”, Prentice – Hall, U.S.A., 1999.  Anderson, J.C. y otros, “CIENCIA DE LOS MATERIALES”, Limusa Editores, México, 1998.