Fisica de soldadura

Tema 3.Física de la soldadura

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Índice general
1.- Definición de EBA y ENA 2.- Calor teórico de fusión 3.- Zona afectada térmicamente (ZAT) 4.- Enfriamiento de la unión soldada 5.- Velocidad de enfriamiento 5.1.- Tiempo de enfriamiento t8/5 5.2.- Tiempo de solidificación
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1.- Definición de EBA y ENA
• EBA: “La Energía Bruta Aportada por unidad de longitud de junta”. Viene dada porla expresión:

EBA = P/v
Donde: • EBA = Energía Bruta Aportada (julios/mm) • P = Energía facilitada por la fuente (watios) • v = Velocidad de desplazamiento (mm/s)
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1.- Definición de EBA y ENA
• Si la fuente de energía es un arco eléctrico podemos afirmar en una primera aproximación: EBA = EI/v Donde • E = Tensión (V) • I = lntensidad (A)

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1.- Definición de EBA y ENA

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1.-Definición de EBA y ENA

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1.- Definición de EBA y ENA
• ENA: “Energía Neta Aportada”. La Energía utilizada en el calentamiento y fusión de los bordes a unir. ENA = ρ1 EBA =ρ1P/V = ρ1EI/v Donde: ρ1 = Rendimiento del proceso de soldeo ρ1 = 0,8-1 en procesos de alta energía

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2.- Calor teórico de fusión
• La función de la fuente de energía en soldadura “welding” es fundir los bordesdel metal Autogeno y/o el de Aporte. • La cantidad de metal a fundir depende de varios factores, entre los que se encuentran : – Tamaño y configuración de la junta – Nº de pasadas – Tipo de proceso empleado
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2.- Calor teórico de fusión
• Debemos usar la mínima energía de aporte para evitar efectos metalúrgicos no deseables. • En un cordón depositado de soldadura sobre una chapa, puedendistinguirse tres zonas: • Aa (Metal aportado) • Am (Metal Base fundido) • Az (ZAT) As = Aa + Am As = Am (autógeno)

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2.- Calor teórico de fusión
• Se precisa cierta cantidad Q para fundir y obtener el cordón de soldadura. • Este Q es una propiedad del metal o aleación: Q = Qcalentamiento hasta fusión + Qlatente de fusión • Una aproximación razonable es:
3 T f 273 2 Q=  J /mm  300000
2Donde • Tf =Temperatura de fusión del metal (ºC)
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2.- Calor teórico de fusión
• No toda la ENA se usa en fundir, por lo que puede establecerse un rendimiento ρ2:

• Este factor de eficiencia de fusión depende de: – El tipo de proceso – Los materiales a unir (conductividad térmica) – Factores geométricos
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Q⋅As Q⋅As⋅v  2= = ENA E⋅I⋅1

2.- Calor teórico de fusión
• Ej. 1:Proceso de soldadura de media/baja energía, metales muy conductores, oxiacetilénica y aluminio, ρ2 = 5%. • Ej. 2: Procesos de alta energía de tipo focalizado, soldadura por láser, ρ2 ≈ 100% resultando un fenómeno cuasi adiabático. Tan alta energía puede llegar a vaporizar el metal produciéndose entonces un proceso de corte (Flujo de Masa Divergente).
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2.- Calor teórico de fusión
• Sidespejamos el área de soldadura (As):

 2⋅ENA 1⋅2⋅EBA As = = Q Q
• Para un proceso de soldadura concreto las eficiencias del proceso de soldeo (ρ1) y de fusión (ρ2) no varían mucho con los cambios específicos de los parámetros de soldadura, esto significa que As es directamente proporcional al calor aportado.
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2.- Calor teórico de fusión
• Ejemplo: Cordón de soldadura por arco en acero, conlos parámetros siguientes:
– E = 20 V – I = 150 A – v = 5 mm/s

– ρ1= 0,9 – ρ2= 0,3
– Q = 10 J/mm3

0,9⋅0,3⋅20⋅150 2 A s= =16,2mm 5⋅10

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3.- Zona afectada térmicamente (ZAT)
• La temperatura máxima alcanzada en un punto viene dada por ecuación de Adans:

Donde:

1 4,13⋅d⋅c⋅e⋅Y 1 =  T m−T 0 ENA T f −T 0

T0 = Temperatura ambiente Tf = Temperatura de fusión Y = Distancia delpunto “m” a la línea de fusión Tm= Temperatura en el punto “m” (ºC)
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3.- Zona afectada térmicamente (ZAT)
•

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3.- Zona afectada térmicamente (ZAT)
Ejemplo: Soldadura de una chapa de acero de 5 mm de espesor. E = 20 V I = 200 A v = 5 mm/s T0 = 25 °C Tf = 1510 ºC (Temperatura de fusión) ρ1= 0,9 d = 0,00785 g/mm3 c = 0,56 J/gºC

Y (mm) 1,5 3 5 5,9 10 14,2 15 25

Tm (ºC) 1184 976...