sábado, 25 de febrero de 2012

Estimaciones preliminares de los nuevos buques: Dimensiones principales.

El problema que enfrenta con regularidad un arquitecto naval es el diseño de un buque que llevará un cierto peso muerto a una tasa razonable de estiba con condiciones para navegar a una velocidad predeterminada en un determinado radio de acción con el menor costo posible con el apropiado arreglo general para el servicio que se propone.
Para esto el arquitecto naval debe tener en cuenta lo siguiente:
·         Dimensiones principales                                 ·   Esfuerzos longitudinales y transversales
·         Formas del casco                                          ·   Escantillonado de la estructura
·         Desplazamiento                                             ·   Resistencia y potencia
·         Franco bordo                                                 ·   Maquinaria
·         Calado                                                          ·   Resistencia
·         Capacidades                                                 ·   Madera y equipos
·         Asiento y estabilidad                                      ·   Peso en rosca y peso muerto
·         Consideraciones económicas                         ·   Costo del material
En la determinación de las dimensiones principales de un nuevo buque, se puede tomar como orientación o referencia un buque similar en el que los detalles básicos sean conocidos. Esto se denomina como un “buque base” y debe ser de tipo similar en: tamaño, velocidad y potencia para el nuevo buque. Este “buque base” debe ser constantemente referido a medida que el nuevo diseño se va desarrollando.
Dimensiones
Cuando un armador hace una investigación inicial, por lo general le da al constructor naval cuatro elementos de información:
·         Tipo de buque
·         Peso muerto del proyecto
·         Velocidad requerida para el servicio que va a prestar
·         Ruta en la cual el nuevo buque operara.
Es muy importante que el diseñador del nuevo buque conozca la ruta para la cual será destinado el servicio. Por ejemplo, puede haber una eslora máxima a considerar. Si el nuevo buque va a operar a través del Canal de Panamá, su eslora máxima debe ser de 289,56 m. Para el Canal de San Lorenzo la restricción de la eslora es de  225,5 m.
La manga tiene Restricción para el Canal de Panamá esta es de 32,26 m y 23,8 m para el Canal de San Lorenzo. Igualmente el calado tiene Restricción para el Canal de Panamá este es de 12,04 m hasta la marca o línea de agua dulce tropical. Por la vía marítima del San Lorenzo, el proyecto debe ser no más de 8,0 m. Por el Canal de Suez, hay limitaciones de manga vinculados con el calado de los buques.
Finalmente, está el calado aéreo a considerar. Esta es la distancia vertical desde la línea de flotación hasta el punto más alto del buque, esto indica la capacidad de que un buque de pasar bajo un puente sobre un canal, itinerario fluvial o marítima que forma parte de la ruta prevista, en el caso del Canal de Panamá, se trata de no ser mayor de 57,91 m.  En el caso de San Lorenzo, la corriente de aire máxima es ser 35,5 m.
Ahora bien, la primera estimación que el Arquitecto Naval debe ser estimar el peso en rosca o ligero del nuevo buque.
Repacemos algunas definiciones ya tratadas en entradas anteriores:
1.      Peso en rosca o ligero (Lightweight): Es el peso del propio buque cuando está completamente vacío, con las calderas a nivel de trabajo. Se compone del peso del acero, la madera y el peso de equipo así como el peso de la maquinaria.
2.      Peso muerto (Deadweight): es el peso de la carga de un buque en otras palabras lo que transporta. Puede estar compuesto por combustible, el agua dulce, los panoles, aceite lubricante, agua de lastre, la tripulación y los efectos personales, la carga y los pasajeros.
3.      Desplazamiento (Displacement): Este es el peso del volumen de agua que desplaza el buque. El desplazamiento es igual a rosca o ligero (lwt) más el peso muerto (dwt). El peso en rosca no cambiará mucho durante la vida de un buque y por lo tanto es razonablemente constante. El peso muerto sin embargo puede variar, dependiendo de cuánto el buque está cargado.

Para que amplíes la información, te ofrezco en esta entrada la siguiente lectura. Espero que sea de tu utilidad.





Estimaciones preliminares a las particularidades hidrostáticas del buque.

Cuando el arquitecto naval decide sobre los detalles finales generales básicos de la espiral de diseño, como por ejemplo dimensiones, pesos entre otros,  entonces se puede estimar los valores hidrostáticos para el nuevo buque.
Estos valores serán calculados en varias líneas de agua, que van desde la línea de flotación a plena carga (carga de verano la línea de flotación, SLWL) hasta la línea de flotación de peso en rosca o ligero.
 Los valores hidrostáticos calculados son como sigue:


El área de flotación “Área del Plano de Agua” (WPA); Toneladas por Centímetro de Inmersión (TPC); Momento para Variar el Asiento un Centímetro (MCTC) ó  “Momento Unitario“(MU).
Todos los valores excepto los relacionados con el KG (centro vertical de gravedad), dependen de las dimensiones principales y la forma geométrica del nuevo buque y de cómo se carga el buque.
Valores de CB
 El primer valor requerido es el “Coeficiente de Bloque” (CB). Antes de 1965, R. Munro-Smith sugirió varias fórmulas para CB, cada una es dependiente y diferente con cada calado por debajo de la línea de “Máxima Carga de Verano” (SLWL summer load waterline) igual al calado de trazado.
 En 1985, una fórmula desarrollada daría el CB para cualquier calado y cualquier tipo de buque mercante. Esta fórmula fue desarrollada por el Dr. C.B. Barrass:

Ejemplo 1
A un calado de 8 m de  SLWL, el CB = 0,701. Calcular los valores de KB en los calados de 2,75 a 9:

Sustituyendo en cada línea de flotación el valor, dan las cifras CB como se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1 CB, CW y CB/CW valores a cada línea de agua seleccionada para el nuevo buque.

Valores del Coeficiente del Plano de Agua (CW)
Habiendo obtenido los valores de CB, el siguiente paso es evaluar los valores de Cw en cada línea de flotación.
 Para los buques mercantes, en el SLWL sólo:
 
Cada tipo de buque tendrá un valor particular para CB en SLWL y cada tipo de buque tendrá un valor de K diferente. Desde el SLWL hasta el calado de peso en rosca, el CB y las curvas de CW serán paralelas y separadas por el valor de K.
 
Ejemplo 2
Calcule el CW y el CB/CW de cada línea de agua para el bue en construcción. Ejemplo 1.



Para ampliar la información te recomiendo la lectura de este enlace como sigue:

Estimaciones preliminares a las particularidades hidrostáticas del buque.


Aberturas Mayores en Estructuras de Buques de Acero

La efectividad o sea la estabilidad estructural de la esquina de una abertura grande, depende considerablemente del diseño y fabricación de los detalles estructurales. Los puntos básicos importantes aplicables a una esquina de escotilla de carga, se mencionan con claridad en el siguiente texto:
a) Principios generales
1) Eliminar entalladuras en todos los miembros y especialmente en aquellos que soportan las tensiones longitudinales principales.
2) Evitar la coincidencia de entalladuras.
3) Evitar la intersección de juntas soldadas tanto como sea posible, especialmente en los puntos de concentración de tensión.
4) Minimizar los defectos de la soldadura, con un diseño apropiado de la misma.
b) Indicaciones específicas
La selección de las indicaciones específicas que se mencionan a continuación, dependen del diseño del buque. No todos los detalles que se mencionan tienen que ser necesariamente incorporados como refuerzo efectivo en una esquina de escotilla. Debe prevalecer el criterio del proyectista.
1) Colocar en la esquina, una chapa de cubierta más gruesa y darle un radio generoso (para las escotillas principales de un buque carguero típico, tal como el "Liberty", se considera satisfactorio un radio de 1/20 de la dimensión transversal de la abertura).
2) Disminuir gradualmente la brazola de escotilla longitudinal, más allá del extremo de la misma.
3) Descargar la eslora en la zona de conexión con el bao extremo de escotilla a la altura del ala del perfil, mediante la colocación de una chapa nodal con un radio apropiado.
4) Especificar una soldadura de penetración total en la unión de la cubierta con la brazola en la zona de la esquina de escotilla, dado que tales juntas están sometidas a una carga directa, a los efectos de que no se presenten cavidades o sopladuras interiores en las soldaduras, especialmente en aquellas que son perpendiculares a las tensiones de tracción principales.



 

jueves, 23 de febrero de 2012

Práctica y prueba de la soldadura

La unión por soldadura más resistente que se puede producir en dos planchas posteriormente sometidas a una tensión de empuje / tracción es la junta de dos topes o extremos. Una unión a topes o extremos es aquella en la que dos planchas unidas están en el mismo plano, y en cualquier estructura soldada es deseable que las juntas a tope deban  ser utilizadas cuando sea posible.
 En acero suave la soldadura metálica tiende a tener un límite elástico mayor que el material en la plancha (ver Figura 1). Bajo tensión se encuentra que inicial la elasticidad generalmente ocurre adyacente a la  soldadura a tope en la plancha cuando el rendimiento del material de la plancha se alcanza localmente. Puesto que una soldadura a tope en buena tensión tiene una resistencia equivalente a la de la plancha de acero suave, no se considera como una debilidad estructural.
 Juntas superpuestas, las soldaduras angulares se utilizan para conectar (Para juntar dos planchas o piezas, una en posición vertical y la otra en posición horizontal) las planchas, esta debe evitarse en elementos de resistencia de una estructura soldada. Como las soldaduras angulares están en cizalla cuando las placas están en tensión la resistencia de la unión es mucho menor que la del material de la plancha o junta a tope. Las soldaduras de ángulo son inevitables cuando las secciones o planchas están conectadas en ángulo con respecto a una plancha o pieza adyacente, pero a menudo no es el mismo problema debido a que la carga es diferente. La resistencia a la fatiga de las soldaduras de ángulo es también inferior a la de una soldadura a tope.
Práctica de soldadura
 Al hacer una soldadura a tope con la soldadura por arco manual, donde el espesor de la plancha excede por mencionar de 5 a 6 mm será necesario hacer más de un cordón de soldadura para depositar suficiente metal para cerrar la junta. Con los  procesos de soldadura automática de la actualidad las  planchas más gruesas pueden soldarse con una sola pasada o cordón, pero a mayor espesor múltiples pasadas son necesarias.
En la construcción de buques a menos que una barra de refuerzo permanente se utilice, o una "un lado o cara” técnica de soldadura o proceso es utilizada, es requerido una soldadura en la parte posterior para asegurar una penetración completa de la soldadura. Esto se hace en el  lado reverso de la articulación después de la limpieza de la escoria, etc., por medio de piqueteado o remoción. Barras de refuerzo permanentes pueden ser introducidas convenientemente donde sea necesarias para soldar de un solo lado durante la elevación de la estructura desde su base. Un buen ejemplo es el uso de una barra de canal de corte descendente utilizada como  un  soporte  de  los  costados a  nivel  de  la cubierta, la brida superior proporcionando la barra de apoyo para una soldadura a tope de la cubierta del panel trasero, hecho por la máquina y técnicas mencionadas anteriormente.
Figura 1 Relación tensión/tocedura para la unión/soldadura de metales y detalles de las soldaduras a tope/angular 

Puntos de soldadura se utilizan en la construcción para mantener las placas y secciones en lugar después de su alineación y antes de la finalización de las soldaduras bien sea a tope o angular. Estas son puntos cortos de soldadura de metal que se ejecutan, y que pueden ser soldados luego por un cordón, o cortados en más articulaciones críticas durante la soldadura final de la articulación. Las soldaduras a tope pueden ser continuas o intermitentes en función de la eficiencia estructural de la pieza a soldar. Cuando las soldaduras angulares son intermitentes que pueden ser soldada escalonada o cadena (véase la figura 2), La pieza también puede ser ondulada para dar el mismo resultado cuando se aplique la soldadura continua. En placas más gruesas se hace necesario biselar los bordes de las planchas que son para unir a tope con el fin de lograr la penetración completa de la soldadura (figura 2). Esta operación puede llevarse a cabo mientras se agudizan o recortan los bordes de la plancha que luego deben ser alineados correctamente. La mayoría de la preparación de los bordes son hechos por cortes a base de gas o plasma con sopletes que tienen tres boquillas de salida que se pueden ajustar en diferentes ángulos para hacer los biseles requeridos. Alternativamente la preparación de los bordes se pueden obtener por métodos mecanizados que utilizan ya sea un cepillado o herramientas de fresado. Para las soldaduras de muy alta calidad en placa gruesa, particularmente de los tipos de tracción superiores de acero, el método mecanizado bien puede ser específico. Vale la pena señalar que hay poco que elegir entre los dos debido a los pocos daños metalúrgicos que se producen, pero es evidente que los métodos mecánicos proporcionan un mejor acabado.
 Las planchas de espesor variable pueden ser soldadas a topes juntos en distintos lugares, un buen ejemplo es donde se juntan pesadas piezas de planchas. Las planchas juntas de diferente espesor se prefieren para duplicar las planchas en la construcción por soldadura, así la pieza gruesa será achaflanada para el espesor de la plancha adyacente más delgada antes que la preparación de la culata esté terminada.
 Para facilitar el montaje de las unidades a soldadura es una práctica común hacer uso de lo que se conoce como la construcción de una "caja de huevos". Dentro de la unidad doble fondo los pisos y vigas laterales pueden ser ranurados en sus intersecciones de modo que encajan perfectamente entre sí antes de la construcción.
Automatización de la soldadura
Grandes astilleros con largas líneas de producción de paneles soldados utilizan sistemas automatizados de soldadura para producir los paneles duraderos y resistentes. Para unir las planchas la técnica de soldadura de alta velocidad por un solo lado y arco sumergido es utilizada. Los parámetros de soldadura requeridos están fijados de antemano en el cuadro de la  operación y  conectados a una computadora. El operador selecciona el espesor de la placa e inicia la máquina.
Figura 2  Preparación del área de soldadura de la plancha
  
La máquina controla automáticamente los parámetros de soldadura para el cráter de soldadura y se detiene cuando la ficha de escorrentía se alcanza en el extremo de las planchas. El panel de plancha soldada se desplaza montadas sobre rodillos fijados en el piso a la siguiente etapa, donde las piezas de refuerzo son fijadas. Cada refuerzo se baja sobre el panel de la plancha y se suelda por puntos usando soldadura a base de gas con  arco metálico. El panel de la plancha con soportes es entonces puesto al alcance de un soldador de ángulo sobre un puente  con maquina de doble soldadura. El puente se mueve paralelamente a los soportes  a la misma velocidad a donde la soldadura se dirige y a su vez lleva los envases que contienen los cables de soldadura y eléctricos para los cabezales de soldadura angular doble. La soldadura se lleva a cabo con alambres tubulares con protección de gas CO2.
Las secuencias de soldadura
Durante la operación de soldadura calor es aplicado a la plancha, debido a este metal se expande, y en contrario al frio. Una soldadura en frio contrariamente tiende a tirar de la plancha con este. Esto resulta en una deflexión estructural, la acción de restricción de la plancha de prevenir la contracción total de la soldadura. La distorsión real de una estructura soldada es difícil de predecir debido a la falta de conocimiento del grado de limitación. Sin embargo se sabe que la contracción en las soldaduras a tope se produce principalmente a lo largo del cordón, y en menor grado a través de ella. Si una alta retención es proporcionada en un esfuerzo por controlar la distorsión esto le ocasionara a la estructura altas tensiones residuales, que deben ser evitadas.
Con el fin de minimizar la distorsión en la soldadura manual los métodos de soldadura “Backstep” y “Wandering” se utilizan a menudo, la longitud de cada paso siendo la cantidad de metal de soldadura previsto por un electrodo para adaptarse a la sección transversal requerida de soldadura (ver Figura 3).
Para reducir la distorsión y limitar las tensiones residuales en la estructura es importante que una secuencia de soldadura correcta deba ser utilizada a lo largo de la construcción. Esto se aplica durante la fabricación de unidades y en el levantamiento y unión.
De las soldaduras más importantes en la secuencia de construcción del buque  que implica la soldadura de los topes y costuras de los paneles de planchas pueden ser considerados (Véase la Figura 4). En las intersecciones T es necesario para soldar el primer extremo totalmente, y luego sacan los extremos para renovar la preparación del borde de la junta antes de la costura de soldadura. Soldar la primera costura causaría una alta contención a través de la plancha y cuando el tope se termine pudiese agrietarse la soldadura. La  practica general cuando se sueldan los paneles de concha es empezar por la soldadura de las colillas centrales y costuras adyacentes, trabajando hacia fuera tanto transversal como longitudinalmente. Los paneles estructurales de buques tienen diversas formas de refuerzo unidos a la plancha de los paneles, éstos generalmente están soldados al panel después de completar la soldadura de las chapas de panel. Estos miembros de refuerzo se dejan sin soldar a través los topes y costuras de las planchas hasta que éstos se han completado, si se juntan en alguna etapa intermedia.
Figura 3  Métodos de soldadura “Backstep” y “Wandering”
La secuencias de montaje de soldadura en general, es seguir los principios establecidos para los paneles de recubrimiento. En los buques soldados las costuras laterales inferiores no deben ser soldadas antes de que las costuras superiores, en particular la de la cubierta y las costuras de la borda. Si esta secuencia de soldadura del forro del costado se adoptó la porción superior de la estructura del casco tendería a ser acortado causando al casco el levantamiento de los bloques en los extremos. En la construcción moderna del forro del costado y la cubierta son levantados en bloques y con una secuencia de soldadura adecuada empleada este problema no aparecería.
En el trabajo de reparación correctas secuencias de soldadura son también importantes, particularmente donde el material nuevo se monta en la estructura existente relativamente rígido. Una vez más el procedimiento sigue el patrón general de los topes y costuras en paneles de plancha. Si una plancha nueva debe ser soldada en su lugar las costuras y colillas en la estructura circundante se reducen de 300 a 375 mm de la abertura, del mismo modo la conexión de la rigidez en forma de la abertura.
A continuación el panel de la plancha se inserta y es soldado dentro de 300 a 375 mm de libertad de los bordes, los extremos se completaron, y luego las costuras después de la soldadura longitudinal, de cualquier rigidez en las culatas. Finalmente, el encuadre vertical se suelda en forma de las costuras (Figura 4).

Figura 4  Secuencias de la soldadura


Prueba de soldaduras
Por razones económicas gran parte de las pruebas de soldadura llevada a cabo en la construcción naval se realiza visualmente por inspectores capacitados. Controles sobre el terreno a intervalos convenientes se hacen en las soldaduras más importantes en la construcción del buque mercante en general, utilizando equipos radiográficos o ultrasónicos. Materiales de soldadura se someten a pruebas exhaustivas antes de su aprobación por parte de Lloyd's Registre o las sociedades de clasificación de otros para su uso en el trabajo del buque. Operarios están obligados a someterse a la aprobación periódica de pruebas de soldador para determinar su nivel de mano de obra.
FALLAS DE SOLDADURA, varias fallas se puede observar en la soldadura a tope  y angular. Estos pueden ser debido a un número de factores, mal diseño, procedimiento de soldadura incorrecta, el uso de materiales inadecuados, y la mala ejecución. Distintas averías se ilustran en la Figura 5. La sentencia de la gravedad de la falta recae en el inspector y perito de soldadura, y donde la soldadura se considera es inaceptable que se recorte y suelde nuevamente.
Ensayos No Destructivos
Por razones obvias de algún tipo de ensayo no destructivo es necesaria para permitir la solidez del barco, que las soldaduras que deben evaluarse. Los métodos de pruebas no destructivas disponibles se pueden resumir como sigue:
El examen visual
Líquidos penetrantes
Partículas Magnéticas
Radiográfica
Ultrasónico
De estos cinco métodos, las pruebas de partículas magnéticas y líquidos penetrantes tienen una pequeña aplicación en la construcción de cascos de buques, que se utiliza para examinar la superficie de grietas en las planchas de popa y otras piezas de fundición. Visual, radiológicos y exámenes de ultrasonido se consideran con más detalle, ya que son de uso común. Las pruebas de partículas magnéticas se lleva a cabo por la magnetización de colada, y extendiendo un fluido de partículas magnéticas (por ejemplo, rellenos de hierro suspendido en parafina) en la superficie. Cualquier interrupción, como una grieta superficial se muestran como las partículas se concentrará en este punto donde hay una alteración en el campo magnético.
Una penetración de tinte, también mostrará un error si la superficie después de la prueba se ha lavado después de la aplicación del colorante. Para ayudar a la detección de una grieta la superficie de la penetración de tinte utilizado es a menudo luminosa y se revela bajo una luz ultravioleta. La inspección visual de las soldaduras es un procedimiento de rutina, y son defectos en la superficie detectados pronto por un inspector con experiencia y topógrafo. La forma Incorrecta de un cordón, las salpicaduras, socavado, malos puntos de parada y arranque, incorrecta alineación, y grietas en la superficie son todos los fallos que se pueden observar en la superficie. Defectos en la superficie y sub-interior no se observan, pero el costo de la inspección visual es bajo, y puede ser muy eficaz cuando el examen se hace antes, durante y después de la soldadura.

Figura 5  Fallas en soldaduras

El principio de la inspección radiográfica es simplemente someter a un material a radiación procedente de un lado, y el registro de la radiación emitida desde el lado opuesto. Cualquier obstáculo en el camino de la radiación afectará a la densidad de radiación que se emite y pueden ser registradas. Como la radiación se expondrá a la placa fotográfica, para todos los propósitos prácticos de ensayo de soldadura esto se utiliza para grabar la consistencia de la soldadura en los metales. Los registros fotográficos de la placa y cambios en la densidad de la radiación emitida; por ejemplo, el vacío se mostrará como una sombra más oscura en la radiografía. Cualquier dispositivo de rayos X o rayos gamma puede ser utilizado para proporcionar la fuente de radiación. Un equipo de rayos X se compone de una fuente de alimentación de alta tensión (50 a 400KV), que se utiliza para proporcionar potencia entre el cátodo y el ánodo objetivo en un tubo de vacío de vidrio. Sólo un pequeño porcentaje de esta energía es convertida en rayos X, por lo que grandes cantidades de calor que se disipan. Desde el objetivo de los rayos X se proyectan fuera del tubo sobre la superficie de soldadura (véase la Figura 6).
Dónde dispositivos de rayos gamma se utilizan emisión de rayos se producen por desintegración de un núcleo radio-activo, la velocidad de emisión se reduce con el tiempo. La radiación emitida puede ser magnéticamente separada en tres partes, unos rayos ∞, los rayos β y los rayos  g, los rayos g son similares a los rayos X y de la mayor importancia ya que son muy penetrante, pero esto también significa que es pesado blindaje necesario. Desde que fuentes naturales radiactivas son escasas, son de gran utilidad las artificiales hechas de fuentes radiactivas como los isótopos.
Para interpretar la radiografía de la soldadura una gran cantidad de experiencia se requiere, y un conocimiento profundo del proceso de soldadura. Las radiografías suelen llevar la imagen de un "indicador de calidad de imagen", que muestra el cambio mínimo de espesor revelado por la técnica. Este indicador puede tener una calidad de imagen en pasos graduales de metal, cada paso se identifican en la radiografía de modo que el espesor mínimo perceptible sea señalado, y la sensibilidad evaluativa de la radiografía. Este indicador se coloca adyacente a la soldadura antes de tomar la radiografía.
La energía ultrasónica se utiliza comúnmente como una herramienta para la localización de defectos en soldaduras, y tiene varias ventajas sobre la radiografía, particularmente ya que no representa ningún peligro para la salud. La técnica es particularmente útil para localizar finas grietas que a menudo perdidas mediante radiografía, en particular, que queden perpendiculares a la fuente de emisión.
El principio de la inspección ultrasónica depende del hecho de que los pulsos de energía ultrasónica se reflejan desde cualquier superficie que se encuentran.

Figura 6  Inspección de soldaduras
Las ondas ultrasónicas que viajan a través de una placa pueden ser reflejadas por la superficie del metal y también de las superficies de los defectos que existen en el mismo. Prácticamente la reflexión total se produce en una interface aire-metal, y por lo tanto la onda ultrasónica en el metal líquido se coloca entre la fuente y el metal. El patrón de reflexión se revela en un tubo de rayos catódicos, que puede ser calibrado utilizando un bloque de referencia estándar. Un operador con experiencia es capaz de reconocer los defectos de la pantalla de tubo de rayos catódicos, y en cierta medida reconocimiento de tipos de defectos es posible. Aparte de inspección de soldaduras, por técnicas ultrasonido son valiosas para la medición del grosor de los miembros estructurales.
Sociedades de clasificación para la prueba de soldaduras
Las sociedades de clasificación especifican un número de ensayos destructivos, que son destinados a ser utilizado por el electrodo inicial y la aprobación del material de soldadura. Estas pruebas se llevan a cabo para determinar si la combinación de electrodos de alambre o de flujo presentado es adecuada para fines de construcción naval en la categoría especificada por el fabricante.
Las pruebas se realizan para electrodos convencionales, electrodos de profunda penetración, de gases y alambre y las combinaciones de flujo y alambre, productos de consumo para electro-escoria y soldadura electro gas y consumibles para la soldadura de un lado con el apoyo temporal.
Pruebas a la tracción, flexión e impacto se llevan a cabo en el metal depositado en la soldadura y muestras soldadas en planchas. Otras pruebas se realizan para la composición del metal depositado en la soldadura y posibles grietas.
Todos los trabajos donde los electrodos, alambre de flujo de gas y las combinaciones de alambre, consumibles para la soldadura por electro-escoria y el electro-gas, y consumibles para soldadura unilateral con el apoyo temporal que se producen, y han sido inicialmente aprobado, están sujetos a una inspección anual.
Práctica y prueba de la soldadura

miércoles, 22 de febrero de 2012

Procesos de Soldadura y cortes utilizados en la construcción de Buques.


Introducción

Inicialmente la soldadura se utilizó en los buques como un medio de reparación del metal y de diversas partes. Durante la Primera Guerra Mundial, diversas autoridades relacionadas con la construcción de buques, incluyendo la Lloyd 's Register, llevó a cabo la investigación de la soldadura y en algunos casos fueron construidas estructuras soldadas de prototipos. Sin embargo, el remachado siguió siendo el método predominante utilizado para unir las placas de los buques y secciones hasta los días de la Segunda Guerra Mundial. Durante y después de esta guerra, el uso y desarrollo de la soldadura con fines de construcción naval estaba muy extendida, y la soldadura reemplazado totalmente al remachado a finales del siglo XX. Hay muchas ventajas que se pueden obtener de la soldadura que empleada en los buques en lugar de tener una construcción remachada. Estos pueden ser considerados como ventajas tanto en la construcción como en la operación del buque.

Para el Constructor de Buques,  las ventajas son:

(a) La soldadura se presta a la adopción de técnicas de prefabricación.

(b) Es más fácil para obtener la estanqueidad y presiones con uniones soldadas.

(c) Las juntas se producen con mayor rapidez.

(d) Se requiere menos mano de obra calificada.

Para el Propietario del buque, las ventajas son:

(a) Reducción del peso del casco de acero, por lo tanto más peso muerto.

(b) Menos mantenimiento por remaches flojos, etc.

(c) El casco más suave con la eliminación de vueltas conduce a una reducción en la resistencia  de fricción que a su vez permite reducir los costes de combustible.

Aparte del trabajo que implica al herrero la fase sólida de la soldadura, el proceso de soldadura empleado en la construcción naval es del tipo de soldadura por fusión. La soldadura por fusión se consigue por medio de una fuente de calor que es suficientemente intensa para fundir los bordes del material a unir, ya que es atravesada a lo largo de la articulación. La soldadura de gas, la soldadura de arco y la de resistencia, proporcionan el calor y la fuente de intensidad suficiente para lograr soldaduras de fusión.

Soldadura Autógena

Una llama de gas fue probablemente la primera forma de fuente de calor para ser utilizada para la soldadura de fusión y una variedad de gases combustibles con oxígeno han sido utilizados para producir una llama de alta temperatura. El gas más comúnmente usado es el acetileno el cual da una llama intensa concentrada (temperatura promedio de 3000 ° C, cuando se quema en oxígeno).

Una llama de oxígeno-acetileno tiene dos regiones distintas; un cono interior, en cual el oxígeno usado para la combustión se suministra a través de la antorcha; y otra, que la rodea en el cual se extrae para la combustión una parte o todo el oxígeno del aire circundante. Al variar la relación de oxígeno a acetileno en la mezcla suministrada por la antorcha es posible variar la eficacia de la combustión y alterar la naturaleza de la llama (Figura 1). Si el oxígeno supera ligeramente el suministro de acetileno por volumen, se obtiene una llama y es lo que se conoce como un 'oxidante'. Este tipo de llama puede ser utilizada para soldar materiales de alta conductividad térmica, por ejemplo el cobre, pero no como los aceros, el acero puede ser descarburado y el baño de soldadura empobrecido de silicio. Con una ecuación se sacan las cantidades de acetileno y oxígeno para producir una llama 'neutral', y que normalmente se utiliza para soldar aceros y en la mayoría de los otros metales. Donde el suministro de acetileno supera el volumen de oxígeno se obtiene una llama por "cementación", el exceso de acetileno se va descomponiendo y produciendo partículas de carbono sub-microscópicas. Estas se solucionan fácilmente en el acero fundido pero pueden producir problemas metalúrgicos en el servicio.

El exterior que rodea la llama de oxi-acetileno va consumiendo el oxígeno, en cierta medida el que protege el baño de soldadura de metal fundido del aire. Si el material es desprotegido del oxígeno, este puede difundirse en el metal fundido y producir porosidad cuando la soldadura se enfría. Con los metales que contienen óxidos refractarios, tales como aceros inoxidables y aluminio, es necesario utilizar un fundente activo para eliminar los óxidos durante el proceso de soldadura.

Tanto el oxígeno y el acetileno se suministran en cilindros, el oxígeno bajo presión segura y el acetileno disuelto en acetona, ya que no puede ser comprimido.

Cada cilindro que es claramente identificado con colores (rojo-acetileno, negro-oxígeno) tiene un regulador para controlar las presiones de gas de trabajo. La antorcha de soldadura consiste en una boquilla de cobre largo y grueso, un cuerpo de gas mezclador y las válvulas para el ajuste de las tasas de flujo de oxígeno y acetileno. Por lo general, una varilla de soldadura se utiliza para proporcionar metal de aportación para la articulación, pero en algunos casos las piezas a unir pueden quedar unidas sin ningún metal de relleno.

Figura 1 Soldadura a gas.
La soldadura de Oxiacetilénico tiende a ser más lenta que la soldadura por fusión porque la temperatura del proceso es baja en comparación con la temperatura de fusión del metal, y debido a que el calor debe ser transferido de la llama a la placa. El proceso es por lo tanto, sólo es aplicable de una chapa delgada de acero dulce, espesores de hasta 7 mm que se está soldando con este procesar con una velocidad de 3 a 4 metros por hora.
En la construcción naval la soldadura de oxi-acetileno puede ser empleada en la fabricación de los sistemas de ventilación y aire acondicionado, bandejas de cables, en los muebles de acero ligero y algunos de plomería, un trabajo similar también puede hacer uso de la soldadura de gas. En estas operaciones donde se emplea la llama de gas, se usa con el propósito de obtener una soldadura fuerte, en donde las articulaciones se obtienen sin alcanzar la temperatura de fusión del material a unir.

Soldadura por arco eléctrico
El principio básico de la soldadura por arco eléctrico es que un alambre o electrodo es conectado a una fuente de suministro eléctrico con un conductor de retorno a las placas a soldar. Si el electrodo se pone en contacto con las placas de una fuente eléctrica la corriente fluye en el circuito. Al colocar el electrodo a una corta distancia desde la placa, de modo que la corriente eléctrica es capaz de saltar la brecha, se crea un temple-alto de  temperatura en el arco eléctrico. Esto fundirá los bordes de la placa y el fin de que el electrodo sea del tipo de consumible.
Las fuentes de energía eléctrica varían, DC generadores de corriente continua o los rectificadores con la variable o las características de tensión constante se pueden emplear, así como transformadores de CA con características de tensión variable para una operación única o múltiple. Éstos últimos son los más utilizados en la construcción naval.
Se ilustra en la Figura 2 la variedad de procesos de soldadura por arco que podrían ser empleadas en la construcción de buques, de manera manual, la semi-automática y eléctricas automáticas. Cada uno de estos procesos de soldadura de arco eléctrico se discute más adelante con su aplicación.

Figura 2. Proceso de soldadura a gas.
Escoria metálica blindada
Los procesos de soldadura por arco comenzaron utilizando un alambre desnudo, el alambre que está conectado a las líneas eléctricas normales. Esto dio una insatisfactoria soldadura de fábrica, y posteriormente se descubrió que al sumergir el cable en cal se obtuvo un arco más estable. Como resultado de la evolución muchas formas de escoria están ahora disponibles para el revestimiento del cable o por deposición en la articulación previa de la soldadura.
Electrodos Manuales de soldadura
El alambre de núcleo utilizado normalmente para los electrodos del acero dulce bordea el acero. Esto es ideal para fines de trefilado, también para elementos utilizados para 'matar' el acero como el silicio o aluminio, si estos tienden a desestabilizar el arco, es porque 'mataron' los aceros inadecuados. Los recubrimientos que se usan normalmente para los electrodos consisten en una mezcla de silicatos minerales, óxidos, fluoruros, carbonatos, hidrocarburos, y aleaciones metálicas en polvo, además de un aglomerante líquido. Después de mezclar, el revestimiento es extruida sobre el alambre de núcleo y los electrodos listos se secan en lotes en hornos.
Los revestimientos de electrodos deben proporcionar un gas de protección para el arco, que le provee la estabilidad del arco, una capa protectora, forma buena soldadura, y lo más importante de todo es que un escudo de gas consume el oxígeno que lo rodea y protege el fundido de los metales a soldar. Varios tipos de electrodos están disponibles, el tipo que se está definiendo es el que por la naturaleza trae el revestimiento.
Los tipos de electrodos más importantes son el rutilo y el básico (o de bajo hidrógeno). Los electrodos de Rutilo tienen recubrimientos que contienen un alto porcentaje de óxido de titanio, son electrodos de propósito general que se controlan fácilmente y dan un buen acabado a la soldadura y además con propiedades de sonido. El básico o electrodos de bajo hidrógeno, son en los que el revestimiento tiene un alto contenido de cal, los que se fabrican con ese contenido le reducen a un mínimo la humedad para garantizar las propiedades de bajo hidrógeno. Las propiedades mecánicas de los metales de soldadura depositados con este tipo de electrodos son superiores a las de otros tipos, y los electrodos básicos se usan generalmente para soldaduras de aceros con mayor resistencia a la tracción. Cuando se produce una alta restricción, los bajos electrodos de hidrógeno también pueden ser empleados, por ejemplo, en la última construcción del cordón de la soldadura entre dos anillos de babor a estribor de la estructura de la unidad. Se requiere un soldador con experiencia en este tipo de electrodo ya que es más difícil de controlar.
La soldadura con electrodos manuales puede llevarse a cabo con la posición de la mano hacia abajo de manera desplegable, por ejemplo soldadura en la cubierta de arriba, también en el horizontal posiciones verticales, o vertical, por ejemplo a través de o hasta un mamparo, y en la posición superior para facilitar la soldadura, por ejemplo en la cubierta desde abajo (Figura 3).
La soldadura en cualquiera de estas posiciones requiere la selección de los electrodo correctos (adecuación de posición estipulada por el fabricante), ser acertivo con la técnica actual, que se realice de manera correcta, sobretodo es necesaria la experiencia del operador, para la posición vertical y sobre la cabeza.

Figura 3. Soldadura manual.
Soldadura automática con hilos tubulares - alambres tubulares (FCAW)
Son a menudo usados en la soldadura mecanizada ya que permite mayores velocidades de deposición y mejora la calidad de la soldadura. Los alambres de flujo básico o rutilo tubulares se utilizan comúnmente para una soldadura de una solo cara con un soporte cerámico.
Soldadura por arco sumergido
Este es un proceso donde la soldadura por arco se mantiene dentro de una manta de fundente granulado (véase la Figura 4). Se usa un  alambre de relleno consumible y así el arco se mantiene entre este cable y la placa matriz. En todo el arco granulado el flujo se rompe y ofrece algunos gases y un alto grado de protección de aislamiento térmico fundido para el arco. Esto permite una alta concentración de calor, haciendo que el proceso sea muy eficiente y conveniente para depósitos pesados a velocidades rápidas. Después de soldar el metal fundido está protegido por una capa de fundente, fundido que junto con el fundente no fundido puede recuperarse antes del enfriamiento.
Este es el proceso más utilizado para la soldadura mecánica inclinada hacia abajo, sobretodo en la industria de la construcción naval. Los aditivos de metal en polvo que resultan aumentan de 30-50 por ciento la tasa de deposición de metal, sin incurrir en un aumento en el arco, la entrada de energía puede ser de 25 mm o más de espesor para la soldadura de articulación. El arco sumergido y los sistemas de arco de múltiples hilos dobles también se utilizan para dar una alta productividad.
En los astilleros a nivel mundial,  se utiliza comúnmente la adopción de una cara de soldadura en las líneas del panel del barco ya que mejora la productividad.

Figura 4. Soldadura por arco sumergido.
En el proceso del arco sumergido se usa una soldadura y cortes utilizados en la construcción naval con un respaldo fundible, utilizando cualquier flujo o materiales de fibra de vidrio para contener y controlar la penetración del cordón de soldadura.
Las soldaduras y los aparatos para soldar pueden ser clasificados, tal y como en el proceso de arco protegido, el arco sale del trazado entre el perno (electrodo) y la placa a la que el espárrago al cual se adjunta. Cada perno se inserta en un mandril de soldadura con espárrago de pistola, y un casquillo cerámico se desliza sobre ella antes de que el perno so coloque contra la superficie de la placa. Al presionar el gatillo de la pistola del espárrago se retrae automáticamente la placa y el arco queda establecido, fundiendo el extremo del espárrago y la superficie de la placa local. Cuando el período de formación de arcos se completa, la corriente se apagará automáticamente y el espárrago queda metido en un baño de fusión de la soldadura del metal para conectar a la placa de estudio.
Aparte de la pistola de soldar espárragos, el equipo incluye una unidad de control para temporizar el período de flujo de corriente. El fundente granular está contenido dentro del final de cada poste para crear una atmósfera protectora durante la formación de arcos. El casquillo cerámico que rodea la zona de soldadura restringe el acceso de aire a la zona de soldadura, y también se concentra el calor del arco, y limita el metal fundido a la zona de soldadura (véase la Figura 5).
Los aparatos de soldar se utilizan a menudo en la construcción naval, y en general para la fijación de pernos, para asegurar la cubierta de madera a las cubiertas, aislamiento de los mamparos, etc.
Aparte de las diversas formas de espárragos, también hay artículos como los ganchos y los anillos disponibles comercialmente.


Figura 5. Soldadura botón.

Soldadura de gas de arco cubierto

El proceso de la soldadura de alambre con gas de protección se desarrolló en la década de 1960, y fue rápidamente adoptado para la soldadura de estructuras de acero más ligeros en los astilleros, así como aleaciones de aluminio para soldadura. Los procesos de gas protector, son principalmente de naturaleza automática o semi-automática.

Tungsten Inert Gas (TIG) En el proceso de soldadura TIG el arco es la distinción entre un electrodo de tungsteno no consumible refrigerado por agua y la placa (Figura 6). Se proporciona un escudo de gas inerte para proteger el metal de soldadura de la atmósfera, y un metal de aportación se puede añadir a la piscina de soldadura si fuera necesario. La ignición del arco se obtiene por medio de una alta frecuencia al descargarse a través del hueco, ya que no es aconsejable un arco voltaico en la placa con el electrodo de tungsteno. Normalmente, en Gran Bretaña, el escudo de gas inerte es utilizado para la soldadura de aluminio y para el acero es el argón. Sólo se sueldan placas de espesores de menos de 6 mm por este proceso y, en particular la hoja de aluminio, se requiere un operador hábil para el trabajo manual.

También se conoce como soldadura de “ETIQUETAS”, es decir, la soldadura por arco de tungsteno protegido con gas.

Metal gas inerte (MIG) Esto es en efecto una extensión de soldadura TIG, el electrodo en este proceso ha de convertirse en un alambre metálico consumible.

Básicamente, el proceso es como se ha ilustrado en la Figura 6, una alimentación de alambre provee el suministro de cables a través de rodillos de guía, a través de un tubo de contacto de la antorcha hasta el arco. Un gas inerte se suministra a la antorcha para proteger el arco, y las conexiones eléctricas se realizan en el tubo de contacto y la pieza de trabajo. La soldadura se realiza siempre con una fuente de DC y el electrodo positivo para la transferencia del metal ordinario, la soldadura de aluminio se usa para eliminar la película de óxido por la acción o el cátodo en el arco. Aunque el proceso puede ser completamente automático, los procesos semi-automáticos como se ilustra con pistola tienen una mayor utilización actualmente, es adecuado en muchos casos para la aplicación al trabajo del astillero.

Figura 6. Soldadura de gas inerte.

Al principio el aluminio representó la mayor parte de la soldadura MIG, utilizando el argón como el gas inerte de blindaje. Gran parte de la soldadura realizada sobre las casetas de aluminio, y el líquido de los tanques de gas metano de las compañías especializadas ha hecho uso de este proceso. Generalmente los tamaños más grandes de alambre y grandes corrientes han sido empleados en esta transferencia de trabajo de metal, en el arco una transferencia a través de una pulverización, que son gotitas de metal que se proyectan a alta la velocidad a través del arco. En la transferencia de metal bajo las corrientes en el arco son más difíciles y muy poca la fusión de los resultados de la placa, lo que ha hecho que la soldadura de la placa de aluminio ligero sea bastante difícil con el proceso de soldadura MIG / argón. La introducción del proceso de “arco pulsado”, en cierta medida supera el problema y soldadura hecha posicional es más fácil. Aquí se usa una corriente de bajo nivel, y con pulsos de alto nivel de corriente se desprenden del metal de los electrodos y se aceleran a través del arco para dar una buena penetración.

Los primeros trabajos sobre la soldadura de acero al carbono con el proceso de metal de gas inerte se hicieron usando argón como gas de protección, pero como este gas es bastante caro, para soldadura satisfactoria sólo puede llevarse a cabo en la posición inclinada hacia abajo, se buscaba un gas alternativo de blindaje. La investigación en esta dirección se concentró en el uso del CO2 como el gas de protección, y el proceso MIG/CO2 es ahora ampliamente utilizado para soldadura de acero. Utilizando los valores más altos de corriente con placa gruesa de acero, se logra una pulverización fina de transferencia del metal desde el electrodo a través el arco, con una penetración profunda. Los diámetros de alambre que se utilizan son hasta de 1,6 mm, y se requieren las corrientes por encima de unos 350 amperes para obtener esta forma de transferencia. Gran parte del trabajo con corriente alta se lleva a cabo con máquinas automáticas, pero algunas antorchas semi-automáticas están disponibles para operar en este rango en manos de los soldadores cualificados. La soldadura se inclina hacia abajo solamente.

En el recubrimiento más delgado donde las corrientes empleadas son más bajas se usa un modo diferente de transferencia de metal en el arco y se consigue con el proceso MIG/CO2.

Esta forma de soldadura se refiere como la transferencia de inmersión (o de cortocircuito) del proceso. La secuencia de transferencia de metal es: (véase la Figura 6):

1. Establecer el arco.

2. Suministro de cable en arco hasta que haga contacto con la placa.

3. Resistencia de calentamiento de alambre en contacto con la placa.

4. Efecto pellizque, separando la porción calentada del alambre como gotitas de metal fundido.

5. Volver a establecer el arco.

Para evitar un rápido aumento de la corriente y “despegue” del extremo del alambre cuando haya cortocircuitos en la placa, se introduce una inductancia variable en el circuito eléctrico. Hilos de pequeños diámetros entre 0,8 mm y 1,2 mm, se utilizan donde el método de transferencia de inmersión y se emplea en la placa más ligera a bajas corrientes.

El proceso es adecuado para la placa de acero y una luz suave de la soldadura en todas las posiciones.

Puede ser utilizado en la construcción naval como un proceso semi-automático, en particular para las casetas de soldadura y otros conjuntos de acero ligero.

El proceso de pulso MIG / argón, desarrollado para la soldadura de posición de la luz de la placa de aluminio, puede ser utilizado para la soldadura de posición de la placa de acero ligero pero es probable que resulte más caro.

El uso del proceso MIG semiautomáticas, puede aumentar considerablemente la salida de las soldaduras a menores costos.

Esta forma de soldadura también se conoce colectivamente como soldadura Mags, es decir, de metales por arco protegido por soldadura a gas.

Esta soldadura de plasma es muy similar a la soldadura TIG como se forma el arco entre un electrodo de tungsteno puntiagudo y la placa. Pero, con el electrodo de tungsteno colocado dentro del cuerpo de la antorcha, el arco de plasma se separa de la dotación de gas de protección (véase la Figura 6). El plasma es forzado a través de una boquilla de cobre con calibre fino que constriñe el arco. Al variar el diámetro del agujero y el caudal del gas de plasma, se obtienen tres modos diferentes de funcionamiento:

(a) microplasma - el arco se hace funcionar a corrientes de soldadura muy bajos (0.1 a 15 amperios) y se utiliza para las hojas delgadas de soldadura (de hasta 0,1 mm espesor).

(b) la corriente media - el arco se hace funcionar a corrientes de 15 a 200 amperios, soldadura por plasma es una alternativa a la soldadura convencional TIG. Pero con la ventaja de lograr una penetración más profunda y tener una mayor tolerancia a la contaminación superficial. Debido a la voluminosidad de la antorcha que es más adecuado para la soldadura mecanizada de la mano de la soldadura.

(c) Keyhole plasma - El arco se hace funcionar a corrientes superiores a los 100 amperios y aumentando el flujo de plasma muy potente. Esto puede penetrar hasta 10 mm de espesor, pero cuando se utiliza una técnica de una sola pasada se limita normalmente a un espesor de 6 mm. Este modo de funcionamiento se utiliza normalmente para la hoja de soldadura metálica (más de 3 mm) en la posición inclinada hacia abajo.

Otros tipos de soldadura
Hay algunos procesos de soldadura que no pueden clasificarse estrictamente como el de gas o los procesos de soldadura por arco y estos son considerados por separado.
Soldadura de electro-escoria
El proceso de soldadura electro-escoria se utiliza para soldaduras de estructura con componentes pesados de fundición, como marcos de popa y también se utilizan en una etapa anterior para realizar soldaduras verticales en el forro del costado más pesado cuando se fabrican unidades del casco, en los tramos que se apoyan en el atraque. Con el desarrollo del electro-gas el proceso de soldadura de electro-escoria ya no se utiliza para este último propósito.
Para iniciar la soldadura de un arco se golpea, pero la soldadura por resistencia se consigue con calefacción a través del flujo, una vez que se ha iniciado la soldadura el arco inicial tiene que haber sido desalentado. En la Figura 8 se ilustra el proceso de la base de electro-escoria; la corriente pasa en el baño de soldadura a través del alambre, y el de cobre refrigerado por agua retiene el baño de fusión de metal de la soldadura. Estas pueden ser mecanizadas para que se muevan hasta la placa como la soldadura y completar el proceso, siendo alimentado el flujo en la soldadura manualmente por el operador. Se utiliza en las placas un borde cuadrado para la preparación, donde se encuentra la placa de dilución para el metal de soldadura final. "Run on" y "Run off" son necesarios en las placas para detener o seguir con la soldadura, también la soldadura puede ser continua, si fuere el caso. Si se detiene será imposible evitar una inclusión de escoria importante en el soldadura, y entonces puede ser necesario cortar el metal original y comenzar de nuevo. Si se requiere que las propiedades de soldadura sean muy buenas, deberán tener una estructura de grano fino (las soldaduras de electro-escoria tienden a tener una estructura de grano grueso) es necesario llevar a cabo un tratamiento local de normalización.

Figura 7. Soldadura de plasma.


Electro-soldadura de gas

Para el constructor es de mayor interés el desarrollo de la soldadura de electro-gas. Esta es de hecho una soldadura por arco, el proceso que combina las características de soldadura de gas apantallado con las de soldadura de electro-escoria. Son refrigerados por agua de cobre similares a los se utilizan en el proceso de soldadura del electro-escoria, pero se usa un alambre con núcleo de fundente en lugar de un alambre desnudo que se alimenta en el baño de soldadura. La fusión se obtiene por medio de un arco establecido entre la superficie del baño de soldadura y el alambre, y el CO2 o CO2 con argón, se suministra una mezcla de gas de protección desde las boquillas por separado o por los agujeros situados centralmente cerca de la parte superior de los de cobre. El sistema es mecanizado utilizando un sistema automático vertical hacia arriba de la máquina de soldadura, es alimentada por una fuente de energía que tiene un circuito de bucle cerrado de refrigeración, además de un sensor de nivel que ajusta automáticamente la velocidad de desplazamiento vertical.

El proceso más adecuado para las placas de soldadura es en un intervalo de espesor de 13 a 50 mm con los preparativos para cuadrados o en V, por tanto se utiliza en la soldadura para fines de construcción naval de las culatas verticales al lado del montaje de paneles de concha o de las juntas a topes verticales del terminal, para unirse a los bloques de construcción en el puesto de atraque o muelle. Para este fin es preferible el uso de una culata “w” simple o doble con el proceso de electro-gas, ya que manualmente se puede culminar la soldadura si se produce cualquier avería. Uno cuadrado con apreciables diferencias sería casi imposible de superar de forma manual.

La soldadura por láser

La soldadura láser se utiliza en la industria de la construcción naval y promete tanto como la soldadura que en sus procesos ofrecen la entrada de bajo calor y por lo tanto, tienen una mínima distorsión en  las placas soldadas y en los refuerzos.

Para aplicaciones de soldadura de construcción naval la fuente de láser es también el CO2 (véase el corte con láser) o Nd: YAG (Neodimio-itrio-aluminio-granate) cristales. Debido a la amplia gama de potencias aplicadas y las densidades de potencia disponible de Nd: YAG, son posibles diferentes métodos de soldadura. Si el láser está en modo pulsado y la temperatura de la superficie es inferior al punto de ebullición, la transferencia de calor es predominantemente por conducción y se produce una soldadura limitada. Si la potencia aplicada es mayor (para una determinada velocidad), comienza la ebullición en el baño de soldadura y la soldadura que se forma puede tener una penetración profunda. Después del pulso, el material fluye de nuevo en la cavidad y se solidifica. Ambos métodos se pueden utilizar para producir puntos de soldadura o soldaduras de 'Interés'. "los juegos de soldadura” láser se han utilizado en la construcción naval, en piezas amenazadoras que están siendo soldadas a los paneles de las placas o del lado de la placa única. La costura de la soldadura se produce por una secuencia de la superposición de la penetración profunda de los planos de las soldaduras o por la formación de un baño de soldadura de fundido continuo.

La soldadura por láser pulsado se utiliza normalmente en espesores por debajo de aproximadamente 3 mm.

Mayor potencia (4 a 10 Kw) Nd onda continua: YAG se usan en materiales de soldadura de tipo bocallave de 0,8 a 15 mm de espesor. Nd: YAG láseres se pueden utilizar en una amplia gama de aceros y aleaciones de aluminio. También debido a la posibilidad de utilizar fibra óptica, Nd.YAG proyecta láseres que se utilizan a menudo con la combinación de robots de brazo articulado para fabricar unidades de soldaduras de forma compleja.

Dado que el rayo puede quemar la piel o dañar gravemente los ojos, el láser Nd.YAG requiere recintos totalmente opacos en el taller de fabricación para el uso del láser Nd.YAG y su longitud de onda.

La soldadura por arco de láser híbrido también se utiliza en la industria de la construcción naval. Siendo esta una combinación de láser y la soldadura por arco que produce una penetración profunda y soldaduras con buena tolerancia con las juntas pobres que están para arriba. El láser Nd.YAG es combinado con un gas de soldadura por arco de metal (LASER-MAG).

Soldadura térmica

Este es un método de soldadura muy útil que puede ser utilizado para soldar grandes secciones de acero, por ejemplo partes del marco de una popa. De hecho, es utilizado a menudo para reparar acero forjado de esta naturaleza.

Soldadura de termita es básicamente un proceso de fusión, el calor necesario para iniciar se consigue a partir de una mezcla de polvo de aluminio y óxido de hierro. Los extremos de la pieza a soldar se construyen inicialmente en un molde de arena o de grafito, mientras que la mezcla se vierte en un crisol con revestimiento refractario. La ignición de esta mezcla que se obtiene con la ayuda de un polvo altamente inflamable que consiste en su mayoría de peróxido de bario. Durante la reacción posterior dentro del crisol el oxígeno abandona el óxido de hierro y se combina con el aluminio para producir óxido de aluminio, o escoria, y es sobrecalentado acero termita. Este acero que se realiza en el molde donde se precalienta y se funde y se mezcla, finalmente, con los extremos de las partes a unir. Cuando se enfría una articulación continua el molde se retira.

Por fricción [1]

La soldadura por fricción es una disciplina relativamente nueva, muchos materiales han sido soldados de esta manera en la industria de la construcción naval y es probable que sea más ampliamente utilizada.

La soldadura por fricción es un proceso de estado sólido que ofrece ventajas durante la soldadura por fusión para ciertas aplicaciones. En la producción de las juntas a tope, se utiliza una herramienta no consumible que gira el pasador perfilado, de los cuales se sumergen en la articulación en cono de dos placas y luego se mueve a lo largo de la articulación. El material de la placa se ablanda en dos placas y obliga que alrededor de la rotación del pasador perfilado que resulta en una la unión en estado sólido entre las dos placas (ver la Figura 8, soldadura por fricción). Para contener el material ablandado en la línea de la articulación se utiliza una barra de apoyo y el hombro herramienta bajo presión retiene el material en la superficie superior. Ambas placas de ida y vuelta requieren el uso importante de abrazaderas por  las considerables fuerzas implicadas.

Las placas con diferentes espesores pueden ser soldadas a tope por la inclinación de la rotación de la herramienta (Figura 9).

El proceso se utiliza actualmente para la soldadura de las placas de aleación de aluminio, extrusiones de aleación de aluminio o fundición de diferentes aluminios y las aleaciones pueden ser unidas bajo este proceso. Sin embargo, no se ha desarrollado un material adecuado para el uso de una herramienta rotativa que permita la soldadura por fricción de acero.

Las aplicaciones típicas de la soldadura por fricción son para la construcción de paneles de aleación de aluminio para la cubierta de las embarcaciones de alta velocidad, de perfiles estructurales y de paneles de aluminio de aleación de nido de abeja para los mamparos de cabina de pasajeros de buques.


Figura 8. Soldadura electro-gas y electro-escoria.
Procesos de corte
Para dar forma en los astilleros, las placas de acero y sus secciones, en su mayoría, fueron cortadas utilizando la técnica de corte a gas, pero la introducción de la competencia con máquinas de corte de arco de plasma, ha llevado a su uso generalizado en los astilleros de hoy en día.
Corte con gas
El corte con gas se logra porque es básicamente un producto químico / reacción térmica que ocurre con las aleaciones de hierro y el hierro sólo. El hierro o sus aleaciones pueden ser calentados a una temperatura a la que el hierro se oxida rápidamente en una atmósfera de oxígeno de alta pureza.
El principio del proceso tal como se aplica al corte de placas de acero y sus secciones en la construcción naval es como sigue. Más de un área del metal pequeña es precalentada a una temperatura dada, con una corriente restringida de oxígeno se hace volar hacia esta área. El hierro se oxida después en una banda estrecha, el óxido de metal fundido se elimina por la energía cinética de la corriente del oxígeno. Una estrecha brecha de los lados paralelos se deja entre el corte de los bordes. Durante toda la operación de corte, la llama de precalentamiento deja calentar la parte superior del corte, ya que la mayor parte del calor producido por la reacción en la parte delantera de corte no es instantánea, y solamente tiende a ser liberado en el nivel más bajo del corte. Los elementos de aleación en pequeñas cantidades son disueltos en la escoria y se retiran con el corte de acero.
Sin embargo, si hay grandes cantidades de elementos como la aleación de cromo, especialmente, pueden retardar y hasta prevenir el corte. La razón de esto es que, disminuyen la fluidez de la escoria o producen una fuerte película de óxido sobre la superficie que impide la posterior oxidación del hierro. Esto se puede superar mediante la abundante introducción de un polvo de hierro en la zona de corte, a menudo esta acción se refiere como "polvo de corte". Al cortar aceros o acero inoxidable que tienen alto contenido de cromo sería utilizado el  "polvo de corte".
Generalmente se utiliza acetileno con oxígeno para proporcionar la llama de precalentamiento pero para los gases se pueden utilizar otros como el propano, por ejemplo, o el hidrógeno, que es utilizado para el trabajo bajo el agua debido a su compresibilidad. Aparte de la antorcha, el equipo es similar a la de soldadura de gas. La antorcha tiene válvulas para controlar el volumen de acetileno y oxígeno proporcionados para precalentar la llama, y tiene una válvula separada para controlar el chorro de oxígeno (ver Figura 10).
El proceso de corte con oxi-acetileno ha sido altamente automatizado para su uso en astilleros. Un proceso con una llama de oxígeno-acetileno es utilizado ampliamente para trabajos pequeños, durante la fabricación y montaje de las unidades.
El corte de arco de plasma, es en este sentido, una masa de gas ionizado que conduce la electricidad. Un electrodo está conectado al negativo de un terminal de alimentación de corriente continua y un escudo de gas para el arco se suministra a través de una boquilla que tiene un orificio menor que el diámetro natural del arco.
Como resultado, se obtiene un arco constreñido que tiene una temperatura considerablemente mayor que la de un arco abierto. El arco se establece entre el electrodo y la de pieza de trabajo cuando el gas ionizado entra en contacto con el trabajo.
Este gas se ioniza en el primer lugar por una descarga eléctrica subsidiaria entre el electrodo y la tobera. Las placas se cortan por la alta temperatura del arco concentrado en la fundición de la materia a nivel local (Figura 9).

Figura 9. Soldadura por fricción y agitación.
El proceso de arco de plasma se puede utilizar para el corte de todos los materiales conductores de electricidad. Para cortar placas con espesores de 0,6 a 150 mm., las unidades de corte están disponibles en corrientes de 20 a 1000 amperios. El gas portador de plasma puede comprimir aire, nitrógeno, oxígeno o argón / hidrógeno para cortar leve o aceros de alta aleación y aleaciones de aluminio. El más costoso es el de argón / mezclado con hidrógeno si se requiere cortar secciones de espesores mayores.

Figura 10. Proceso de corte metálico.
Una inyección de agua en el sistema de corte de arco de plasma está disponible para el corte de materiales hasta 75 mm de espesor, utilizando nitrógeno como gas portador. Es posible una velocidad de corte más alta minimizando la contaminación con el uso de agua y un sistema de escape alrededor de la antorcha.
Las reservas de agua en el corte se utilizan a menudo con el plasma - corte por arco, pero los sistemas más recientes han prescindido de corte bajo el agua. El corte en el agua absorbe las partículas de polvo, reduce el ruido del plasma y la radiación ultravioleta de las cortadoras de plasma anteriores.
Las ranuras hechas por el gas y los procesos de soldadura por arco pueden ser modificadas, para producir depresiones poco profundas en las placas y formar el borde que luego se usará en la soldadura, donde la precisión no es tan importante.
El sobre-corte es particularmente útil en la construcción naval, se refiere a la limpieza de las espaldas de las soldaduras para exponer el metal limpio, antes de depositar una soldadura y su posterior ejecución. La alternativa para esta tarea es excavar mecánicamente el astillado por lo que resulta una tarea lenta y ardua.
Por lo general cuando se aplica el sobre-corte se conoce como “arco al aire” y utiliza ranura. Se emplea un electrodo tubular, el metal del electrodo conduce la corriente y el arco se mantiene con una intensidad suficiente para calentar la pieza de trabajo hasta la incandescencia. Mientras que el arco se mantiene, una corriente de oxígeno es descargada desde el ánima del electrodo que se inflama, el electrodo de metal incandescente y los elementos combustibles de la pieza de trabajo. Al mismo tiempo, la energía cinética del exceso de oxígeno elimina los productos de combustión, y se produce un corte. Realizado en un ángulo con respecto a la placa del electrodo se saca el material no deseado (Figura 9).
Un soplete de corte de gas puede estar provisto de boquillas especiales que permiten hacer ranuras que se logran cuando el soplete se lleva a cabo en un ángulo agudo con la placa.
El corte por láser y cepillado de perfil a altas velocidades pueden ser obtenidos con un haz de láser concentrado, cada vez más empleado de forma mecanizada o robótica en la industria de la construcción naval en los últimos años. Un rayo de luz del láser es una longitud de onda, que se desplaza en la misma dirección, y es coherente, es decir, todas las ondas están en fase. Una viga puede ser enfocada y dar altas densidades de energía.
Para la soldadura y el corte de la viga se genera un láser de CO2. Este consta de un tubo lleno con una mezcla de CO2, nitrógeno y helio que es causado por fluorescencia por una descarga de alto voltaje. El tubo emite una radiación infrarroja con una longitud de onda de aproximadamente 1,6 micras y es capaz de ofrecer salidas de hasta 20 Kw
El corte con láser se basa en keyholing para penetrar en el espesor, y el fundido metálico es expulsado del agujero por un chorro de gas. Está provisto de una boquilla concéntrica con la salida de un láser de CO2, de modo que un chorro de gas puede ser dirigido al trabajo coaxial con el haz de láser. El chorro puede ser un gas inerte de nitrógeno, o en el caso del acero, el oxígeno. Con oxígeno no es una reacción exotérmica lo que da calor adicional en el corte oxi-combustible. El keyholing térmico da un estrecho corte recto en comparación con los cortes obtenidos con otros procesos normales de corte, aquellos que dependen de una reacción química.
Corte con chorro de agua
La herramienta de corte empleada en este proceso es un chorro de agua concentrado, con o sin abrasivo, que se libera a partir de un tobera a 21/2 veces la velocidad del sonido y en un nivel de presión de varios miles de bar. El corte por chorro de agua se puede utilizar en una amplia gama de materiales, madera, plásticos, caucho, etc., así como aceros y aleaciones de aluminio. Se puede cortar el acero dulce de 0,25 mm a 150 mm de espesor en aleaciones y aluminio de 0,5 mm a 250 mm de espesor. Siendo un proceso de corte en frío el calor afecta la zona, las tensiones mecánicas y la distorsión se quedan en la superficie de corte.
El corte por chorro de agua es más lento que los procesos de corte térmicos y no es una máquina portátil.
Procesos de Soldadura y cortes utilizados en la construcción de Buques.


[1] La soldadura de fricción fue inventada y patentada por TWI Ltd, Cambridge, Reino Unido.