Buch lesen: «Soldadura MAG de estructuras de acero al carbono. FMEC0210»

Capítulo 1

Técnicas operativas de soldeo MAG de perfiles normalizados de acero al carbono

1. Introducción

En el estudio de la soldadura MAG para la fijación de barras de acero con el objeto de fabricar una estructura, se abordarán las técnicas y medios necesarios para el proceso de soldeo de perfiles normalizados. Se comenzará con el estudio de los perfiles normalizados existentes atendiendo a su tipología y características. Se conocerán las técnicas y normas para el punteado, así como las formas de las juntas y su preparación para la unión soldada.

A lo largo del capítulo, también se estudiarán los procesos de instalación y mantenimiento de un equipo de soldeo MAG y los útiles de sujeción. Se aprenderá a seleccionar la forma de transferencia y a regular los principales parámetros en la soldadura MAG de perfiles, como la polaridad, la tensión de arco, la intensidad de la corriente, el diámetro y la velocidad de alimentación del hilo o el caudal de gas.

Además, se abordarán parámetros que deberá regular manualmente el operario que realizará la soldadura, tales como: la velocidad de avance de la pistola, la distancia que se debe dejar entre la boquilla y la pieza a soldar, el sentido de avance y la aportación de material, la inclinación y la posición de la pistola de soldeo.

Finalmente, se verá cómo se debe efectuar la distribución de los diferentes cordones de soldadura, los tratamientos anteriores y posteriores al soldeo y la aplicación práctica del soldeo de perfiles de acero al carbono.

2. Tipos y características de los perfiles normalizados

Un perfil de acero no es más que una barra de gran longitud que en su sección transversal presenta una geometría característica que le permite soportar unos esfuerzos con la mínima cantidad de material posible. Los perfiles de acero al carbono pueden emplearse para trabajos estructurales de compresión, sin embargo el mayor uso de estos perfiles se da en aquellos casos en los que se quiere que el perfil se encuentre sometido a esfuerzos de tracción o flexión.

El uso de perfiles de acero en la fabricación de una estructura presenta la ventaja de realizar construcciones en un menor tiempo del requerido para una estructura similar ejecutada en hormigón. En cambio, los costos de las estructuras de acero suelen ser más elevados. También se pueden emplear perfiles de acero en aquellos casos en los que se quieran salvar grandes luces en una construcción, ya que una viga de acero de gran longitud que ha de soportar un determinado esfuerzo requiere mucho menos material que una viga de hormigón, en la que en algunos casos el propio peso de la viga de hormigón puede hacer su construcción inviable. Además, la construcción en celosía mediante perfiles de acero permite construcciones de estructuras con pilares muy alejados, dejando una gran superficie libre.

Estructura de vigas de acero en celosía

Definición

Luz

En construcción recibe el nombre de luz la distancia que separa dos pilares consecutivos sobre la que descansan una o varias vigas que conectan dichos pilares.

En el mercado existe una gran variedad de perfiles metálicos, cada uno adecuado para soportar de forma óptima un determinado tipo de esfuerzo o condiciones de trabajo. Sin embargo, las medidas y geometrías de dichos perfiles se encuentran normalizadas, con el fin de estandarizar la producción, abaratar costes, establecer los límites de calidad, etc.

Perfil de acero normalizado

Actividades

1. Explicar brevemente para qué se emplean las estructuras en celosía. Buscar algunas imágenes de estructuras o vigas en celosía.

2.1. Tipos y características

Cada tipo de perfil metálico presenta unas características constructivas que lo hacen idóneo para soportar los esfuerzos de un determinado trabajo estructural.

Ejemplo

Los perfiles de acero laminados en “I” de tipo IPN o IPE permiten soportar grandes esfuerzos de flexión a lo largo de su eje longitudinal, con una cantidad mínima de material. En cambio, los perfiles redondos huecos permiten soportar grandes esfuerzos de torsión.

En cuanto a perfiles de acero al carbono, estos se pueden agrupar en:

1 Perfiles de acero laminado.

2 Perfiles de acero armado.

3 Perfiles de acero conformado.

Perfiles de acero laminado

Los perfiles de acero laminado se obtienen mediante la aplicación de presión de unos rodillos hasta conferirle al metal las dimensiones deseadas. Se pueden encontrar perfiles de acero laminado en frío o en caliente. Los perfiles laminados en frío presentan unas características mecánicas mejores que los laminados en caliente. Sin embargo, las presiones que es necesario aplicar para su obtención pueden ser excesivamente elevadas y, por tanto, su construcción es muy lenta, por lo que en esos casos se recurre a calentar el metal para que se vuelva más dúctil, lo que requiere la aplicación de presiones mucho menores. Además, al aplicar calor a los perfiles, se reducen las tensiones internas del perfil, que son consecuencia de los procesos de conformado; por el contrario, se consigue un material menos resistente que uno que no haya sido tratado con procesos de conformado sin calentamiento o en frío.

Los perfiles de acero laminado que se pueden encontrar en el mercado son:

1 Perfil IPN: su geometría en “I” o doble “T” lo hace muy práctico para su empleo en vigas cuyo esfuerzo principal es la flexión.

Perfil de acero normalizado

1 Perfil IPE: este perfil presenta una geometría similar al IPN con la diferencia de que la parte interior del ala es plana y paralela a su parte exterior, con lo que es un perfil ideal en aquellas vigas para realizar uniones mediante atornillado.

Perfiles IPE

1 Perfiles HEB, HEA y HEM: estos perfiles presentan una geometría muy similar a los perfiles IPE o IPN. Sin embargo, la longitud de sus alas es similar a la longitud del alma del perfil, con lo que son perfiles aptos para su empleo en pilares de estructuras, ya que son capaces de soportar esfuerzos de compresión.

1 Perfiles UPN: su geometría es en forma de “U”. Es un perfil idóneo para soportar esfuerzos cortantes o de torsión.

Perfil UPN

1 Perfiles L y LD: son perfiles con geometría en forma de “L”. Se emplean para soportar esfuerzos de tracción en los que pueden existir pequeños esfuerzos de torsión o cortantes. El perfil LD presenta uno de sus lados más largo que el otro.

1 Perfil T: su geometría es similar a una “T” y su empleo es para soportar pequeños esfuerzos de tracción y flexión.

Perfil tipo “T”

Importante

En un perfil metálico, la parte central se denomina alma y sus lados extremos reciben el nombre de alas.

Perfiles de acero armado

Se conocen por perfiles de acero armado a aquellos que se obtienen de la unión soldada de varias láminas de acero al carbono. Mediante esta técnica se puede obtener casi un número ilimitado de geometrías, espesores y dimensiones de los perfiles metálicos. La producción de perfiles de acero armado es más lenta y cara que los producidos mediante laminado.

Los perfiles obtenidos por soldadura presentan deformaciones térmicas en las zonas soldadas de pequeño espesor.

En ciertas ocasiones, es preciso recurrir a la soldadura de perfiles laminados para conseguir un nuevo perfil con propiedades mixtas que presentan los beneficios de cada uno de los perfiles soldados.

Perfil de grandes dimensiones obtenido mediante armado

Perfiles de acero conformados

Los perfiles de acero conformados se obtienen mediante el doblado de planchas o láminas de acero al carbono. El conformado se emplea generalmente para la obtención de perfiles de pequeños espesores y de geometría sencilla (perfiles tipo “C”, “U”, “Z” o “L”).

Perfil conformado tipo C

Los perfiles obtenidos por doblado en frío o conformado presentan unas buenas características mecánicas.

Actividades

2. Buscar varias imágenes de estructuras en las que se distinga el uso de varios de los perfiles anteriormente estudiados.

Se trata de un método de fabricación sencillo que propicia buenas propiedades de resistencia, pero a su vez está muy limitado en cuanto a las geometrías disponibles. Por ejemplo, no sería viable fabricar un perfil en H mediante este procedimiento.

Aplicación práctica

En la realización del proyecto de construcción de una nave se va a instalar una grúa independiente que permitirá el desplazamiento de grandes cargas dentro de la nave. La grúa ha de instalarse en unas vigas carril que permitan soportar todo el peso y los esfuerzos que puedan generarse durante su uso, además de permitir el desplazamiento de la misma a lo largo de su eje longitudinal. Tras analizar los cálculos resulta que no existen perfiles comerciales para el tamaño deseado de viga. Como jefe de proyecto, ¿qué solución o soluciones aportaría a dicho problema?

SOLUCIÓN

Dado que se trata de emplear una viga de unas dimensiones que no se encuentran en el mercado, se podría contactar con algún taller de calderería o de fabricación de acero, para que ejecutase una viga de perfil armado de las dimensiones deseadas.

Otra propuesta sería diseñar una viga carril en celosía que permitiese soportar los esfuerzos deseados.

Como ambos trabajos han de realizarse en un taller de fabricación de acero, pediría presupuestos para ambas soluciones y decidiría la mejor opción en función de los costes y los tiempos de producción.

3. Formas de las juntas

La forma que deben presentar los bordes de las piezas para su unión mediante soldadura recibe el nombre de junta.

Soldado de una junta

Las juntas de los materiales se acondicionan para que la soldadura se realice de la manera más conveniente y garantice la eficacia del método de soldado empleado. La forma de dichas juntas debe facilitar la fusión de los bordes y la raíz, cumpliendo así con el proceso de continuidad de la unión y propiciando que la unión soldada presente una resistencia equivalente al resto de la pieza.

3.1. Tipos de juntas

La elección de la junta que se va a emplear en la unión de dos piezas metálicas dependerá del tipo de proceso de soldadura que se realice, el espesor de la unión, la posición de la pistola de soldeo, los esfuerzos que deban soportar las piezas, el coste de la soldadura, etc.

Las distintas juntas se pueden clasificar en:

1 Junta a tope.

2 Junta a solape.

3 Junta paralela.

4 Junta en cruz.

5 Junta en T.

6 Junta oblicua.

7 Junta angular.

8 Junta múltiple.

Junta a tope

Para realizar una unión mediante soldadura a tope, se deben colocar las piezas a unir en el mismo plano, enfrentando sus bordes, que pueden estar preparados mediante un mecanizado previo. Este sistema puede emplearse tanto para soldaduras por calentamiento y presión, como soldaduras de fusión.

Junta a solape

En las soldaduras a solape las piezas se sitúan una sobre la otra, realizán-dose la unión mediante soldadura por presión o fusión. Esta clase de junta proporciona una gran resistencia y una mayor estanqueidad de las piezas a unir.

Junta paralela

La unión por junta paralela es muy similar a la unión por solape, ya que las piezas a unir se encuentran una sobre la otra. Sin embargo, en el caso de la unión por junta paralela, la soldadura se realiza en el borde lateral de ambas piezas.

Junta en cruz

La junta en cruz permite la unión de dos piezas que se encuentran en un mismo plano con una tercera pieza que se coloca en un plano distinto, normalmente perpendicular.

A la hora de realizar este tipo de soldadura, se debe prestar especial atención a las propiedades del perfil obtenido, en función de las propiedades proporcionadas por el fabricante, ya que se estarían usando en una posición para la cual no están diseñados.

Junta en T

La junta en T se emplea en la unión en ángulo recto de dos piezas donde el lateral de una de ellas apoya sobre la superficie plana de la otra. Esta clase de juntas es muy utilizada para nervios de refuerzo en estructuras metálicas o refuerzos prefabricados.

Junta oblicua

La unión de dos piezas metálicas mediante el soldeo de una junta oblicua permite la fijación de dos piezas formando un ángulo establecido entre los planos rectos de las piezas. Es un caso particular de la junta en T, donde las piezas no se unen formando un ángulo de 90º.

Junta angular

En la soldadura de perfiles metálicos es muy común la unión de superficies que se encuentran en planos totalmente distintos. Para este tipo de ocasiones se utiliza una junta angular, la cual suele ir acompañada de la preparación de una o ambas superficies mecanizando un chaflán que hará la función de alojar el metal fundido, con el objetivo de evitar derrame de material.

Definición

Chaflán

Mecanizado que consiste en devastar o cortar una de las aristas de una pieza para rebajar su altura. Este procedimiento se emplea en soldadura para que, mediante la unión de dos piezas achaflanadas, se constituya un hueco que sirva de depósito para el material de aporte.

Junta múltiple

Recibe el nombre de junta múltiple la unión de tres o más piezas por sus bordes en una junta común para todos, permitiendo la realización de cualquier ángulo entre las piezas.

Junta de tapón y ojal

La junta en tapón o en ojal requiere de un mecanizado previo de la pieza que consiste en el taladrado de una de las piezas a unir, para ser rellenado por el material de aporte de la soldadura. Este tipo de soldadura se ha utilizado tradicionalmente para la unión de grandes planchas metálicas que presenten un espesor considerable, el cual dificulta la soldadura por puntos robotizada.

Actividades

3. Realizar un esquema que recoja los tipos de juntas estudiados, ilustrándolo con imágenes.