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Mg. HUGO FERRO CUELLAR
SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO CON ELECTRODO REVESTIDO (SMAW) SHIELDED METAL-ARC WELDING 1.
DESCRIPCIÓN Y DENOMINACIONES La soldadura de arco con electrodo revestido es también conocida como Soldadura de Electrodo Cubierto, Soldadura de Varilla o Soldadura de Arco Eléctrico manual, es la más antigua y más versátil de todos los diferentes procesos de soldadura de arco. Es un proceso de soldadura por fusión, cuya fuente de calor lo constituye el arco eléctrico que alcanza temperaturas hasta los 4000 a 6500º C. 1.1.
PRINCIPIO Se basa en el hecho de que al acercar el electrodo al metal base, produce un arco la corriente eléctrica que pasa entre el electrodo y el metal base, alcanzando una temperatura muy alta que funde el metal base y el electrodo. El metal fundido fluye hacia la unión. Al solidificarse el charco, se tiene la unión completa.
Figura 1 Soldadura por arco eléctrico manual
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1.2.
USOS Y APLICACIONES La soldadura por arco eléctrico es la más utilizada porque puede soldarse en todas las posiciones, en aceros suaves, aleados, resistentes al calor, a la corrosión naval, estructuras de ingeniería en general. Se puede utilizar en combinación con otros procesos, porque tiene buena penetración de raíz.
Figura 2 Unión por soldadura de piezas
Figura 3 Protección de piezas al desgaste
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Figura 4 Recuperación de partes de máquinas.
Figura 5 Reparación de partes de máquinas
Figura 6 Aumento de espesores a planchas.
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Figura 7 Rellenado de ejes
Figura 8 Soldadura por rellenado
1.3.
VENTAJAS Y LIMITACIONES VENTAJAS • Por lo general los equipos de soldadura con electrodo revestido son sencillos y baratos. • Tanto el material de aporte como el de protección proceden del material de aporte. • Por su potencia tiene buena penetración y se usa para las pasadas de raíz, y su protección es también buena. • Puede soldarse en cualquier posición, tanto en ambientes cerrados como al aire libre. No necesita refrigeración. Aun en zona alejadas de energía. • Es posible soldar gran variedad de espesores de materiales, pero mayores de 2 mm. • Suela la mayoría de los metales y sus aleaciones. LIMITACIONES • Proceso lento, por la baja deposición de material de aporte y la necesidad de limpiar la escoria. Por eso ha sido desplazado por otros procesos. • Requiere gran habilidad del soldador. 4
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•
No es aplicables a metales de bajo punto de fusión, como plomo, estaño, cinc y sus aleaciones, por la alta temperatura del arco eléctrico. Y también los metales de alta oxidación como titanio, circonio, tantalio y niobio, ya que su protección es tan buena para ellos. • No es aplicable a espesores menores de 2 mm. • Es de baja deposición no es continua, ya que tiene que cambiar de material de aporte. • Sólo se puede soldar espesores mayores de 1,5 - 38 mm. Para mayor espesor no resulta productivo. 1.4.
TÉCNICAS DE ENCENDIDO El encendido del arco se efectúa cuando hay un arrastre del electrodo sobre la pieza de trabajo y antes que se pegue, levantamos el electrodo, donde resultará el arco eléctrico. Entre el electrodo y la pieza de trabajo tiene que existir una distancia determinada (+ ó - 3mm.). Para la longitud del arco existe una fórmula empírica que dice: “La distancia promedio debe ser igual al diámetro del núcleo del electrodo”.
1.5.
MÉTODOS DE ENCENDIDO POR GOLPE
POR RASPADO
Figura 9 Formas de encender un arco
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1.6.
GUÍA PRÁCTICA PARA SOLDAR ACEROS AL CARBONO Se puede uniformar el procedimiento de soldadura, siguiendo los siguientes pasos: • Limpieza La pieza debe estar limpia, libre de tóxicos superficiales, lubricantes, etc., utilizando algún solvente adecuado (perclorhetileno, tetracloruro de carbono, etc.) • Biselar El bisel apropiado de la junta va de acuerdo al espesor del material a soldar. Para esto, se puede biselar con algún medio mecánico o utilizando un electrodo para biselar. • Precalentamiento El objetivo del precalentamiento es evitar una disipación demasiado rápida del calor proporcionado por el arco eléctrico o soplete; es decir, evitar un enfriamiento brusco que ocasione una transformación estructural en el acero. • Soldar Seleccionar el electrodo más adecuado, de menor diámetro posible, para usar el menor amperaje posible. Soldar con cordones cortos y alternados para no elevar excesivamente la temperatura de la pieza. Martillar cada cordón para aliviar las tensiones internas provocadas por la contracción del cordón de soldadura cuando este se comienza a enfriar. • Enfriamiento lento Tiene como objetivo no permitir un enfriamiento brusco que produzca un cambio estructural en la zona soldada. El enfriamiento lento asegura que esta sea uniforme en toda la pieza, equilibrando una contracción pareja. La pieza soldada se deja en un recipiente con asbesto, ceniza, cal, carboncillo, etc. La calidad de una soldadura depende de los conocimientos y destreza del soldador. Pasos: • Colocar, alinear y fijar (según necesidad) las partes a soldar. • Seleccionar los electrodos de acuerdo al metal • Encender y ajustar los controles en la máquina, conectar (sujetar) la pinza de tierra al metal base.
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1.7.
CÁLCULO DE AMPERAJE PARA SOLDAR • Amperaje = Diámetro del electrodo (núcleo) X 31 (valor constante) Ejemplo: ∅ Electrodo 3.25 mm. 3.25mm. X 31 = 100.75 Æ Amperaje Recomendado: 100 • Factores básicos para empezar a soldar: L A V A
1.8.
= Longitud de Arco (igual al diámetro del electrodo) = Ángulo del electrodo (10 - 15º es lo recomendado) = Velocidad de avance (varía entre 4 y 10 pulgadas por minuto) = Amperaje (se toman constantes de 30 a 40)
ACTIVIDAD 1.
¿Cuál es el principio de la soldadura por arco eléctrico manual? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
2.
¿Qué significado tienen las siglas SMAW? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
3.
Qué nombre da este proceso según la norma (EN 4063) y (ANSI / AWS A3.0) ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
4.
¿El código 111 a qué proceso de soldadura se refiere? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
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5.
¿Cuáles son los usos y aplicaciones de procesos SMAW? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
6.
¿Qué ventajas y limitaciones tiene este proceso de soldadura SMAW? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
7.
Lectura y Resumen ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... 8
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2.
EL ARCO ELÉCTRICO Es el flujo continuo de electrones a través de un medio gaseoso que genera luz y calor.
Figura 10 Representaciones de un flujo de electrones
Figura 11 Representaciones de caída de metal fundido
Figura 12 Representaciones de un cortocircuito
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Cuando la punta del electrodo choca con el metal base (pieza de trabajo), se enciende el arco y se derriten, el electrodo y el metal de aporte, formando una unión llamada “soldadura”. 2.1.
DESCRIPCION DEL ARCO ELÉCTRICO
Figura 13 Descripción del arco eléctrico
• Arco. Flujo de electrones que produce luz y calor que puede llegar hasta los 6500 ºC. • Electrodo: Es la varilla metálica revestida que se usa como metal de aporte. • Metal base: Es la pieza a soldar. • Gas protector: El revestimiento al quemarse produce el gas protector del arco. • Cráter: Es la cavidad que se produce con la fuerza del arco. El metal base y el de aporte están fundidos y líquidos. • Metal depositado: Llamado también cordón de soldadura. • Escoria: Es la capa que cubre el cordón de soldadura 2.2.
EL CIRCUITO ELÉCTRICO El circuito eléctrico de soldadura, se establece sólo cuando el arco eléctrico se encuentra encendido. El circuito eléctrico de soldadura, se puede comparar con una instalación de agua que es abastecida por una bomba de agua. Si hacemos funcionar el motor de la bomba de agua y abrimos la válvula controladora, el agua circulará por la tubería.
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Figura 14 representaciones de un Circuito eléctrico
De igual manera al funcionar el generador tiene la corriente lista (al vacío) para soldar. Por eso cuando el electrodo hace o con el material base se produce el arco el eléctrico. Para ello es necesario contar con:
Cables de portaelectrodo y de tierra
Portalectrodo Fuente de energía Grapa de tierra
Material base
Figura 15 Componentes del circuito eléctrico.
2.3.
PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD La electricidad es una de las fuentes de energía más utilizada en la tecnología de los procesos de soldadura.
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V= I x R V: Diferencia de potencial, medida en Voltios (V) I: Intensidad de corriente medida en Amperaje (A) R: Resistencia del conductor, medida en ohmios (Ω) • Voltaje Es una fuerza con que sale la corriente eléctrica de la máquina de soldar y pasa por los cables. Su unidad es el voltio y se mide con un voltímetro. • Amperaje Es la cantidad de corriente que pasa por los cables de soldar. Su unidad es el Amper y se mide con un amperímetro. Diferencia potencial V=IxR
Intensidad I = V/R
Resistencia R = V/I
5A
2(Ω)
10 8 V
4A
2(Ω)
11 6 V
3A
2(Ω)
12 2 V
1A
2(Ω)
9
Calcular:
V
Tabla 1
La resistencia de un circuito eléctrico, cuyo voltaje es de 20 V y su intensidad es 100 A. 2.4.
CLASES DE CORRIENTE ELÉCTRICA • Corriente Alterna (C.A.): Cuando la corriente varía de una dirección a la otra (opuesta)
Figura 16 Representación de Corriente alterna
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• Corriente Continua (C.C.): Cuando la corriente no varía su dirección.
Figura 17 Representación de la corriente continua.
En la corriente continua es necesario conocer la polaridad. • Corriente trifásica:
Figura 18 Representación de la corriente trifásica.
2.5.
POLARIDAD Es la dirección de circulación de la corriente en el circuito de soldadura. CLASES DE POLARIDAD • Directa o Normal: Cuando el cable del porta electrodo es conectado al polo negativo (-) de la máquina de soldar y el cable de tierra al polo positivo (+). Se usan principalmente para electrodos de tipo rutílico.
Figura 19 Representación de la polaridad directa
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•
Indirecta o Invertida: Cuando el cable del porta electrodo es conectado al polo positivo (+) de la máquina de soldar y el cable de tierra al polo negativo (-). Se utilizan principalmente para los electrodos básicos.
Figura 20 Representación de la polaridad invertida.
2.6.
EFECTOS DE LA POLARIDAD En los procesos de soldadura la polaridad tiene mucha importancia, en especial las máquinas de corriente continua.
Figura 21 Efectos de la polaridad.
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• Tensión en vacío (circuito abierto) Es la corriente que sale de la máquina cuando está encendida, pero no está trabajando (soldando). Se limita entre 45 a 80 voltios para el arco manual. • Tensión en funcionamiento Es la corriente eléctrica cuando se pone en marcha la máquina (soldando), es de 15 a 40 voltios como máximo.
Figura 22 La tensión en vacío y su causa.
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Variación de la longitud del arco voltaico, causa la variación de la tensión de carga. Arco normal: para electrodos revestidos de Rutilo, longitud de arco Voltaico aproximado y espesor de núcleo.
Arco largo: mucho calor, más voltaje, Arco “más” frío, más salpicadura.
Arco corto: Poco calor, menos voltaje, arco más caliente.
Figura 23 Efecto de variación del arco eléctrico.
Nota Cambios pequeños de longitud de arco produce variaciones relativamente grandes de voltaje, pero relativamente pequeños de corriente (amperaje) 2.7.
SOPLO MAGNÉTICO CAUSA Es la desviación del arco de soldadura hacia fuera de su dirección natural, debido a la formación de un campo magnético.
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Figura 24 Formación de campo magnético en un conductor
El efecto del soplado de arco es algo superior en una plancha delgada que en una pieza gruesa.
Figura 25 Formación de soplo magnético en la soldadura
Figura 26 Soplo magnético en soldadura produce chispas.
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PREVENCIÓN • Reducir el amperaje • Mantener el arco tan corto como sea posible para que la energía del arco contrarreste el soplo. • Colocar la toma de masa tan lejos de la junta a soldar como sea posible. 2.8.
ACTIVIDAD 1.
¿Cuál es el principio del arco eléctrico? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
2.
¿Grafique el arco eléctrico?
3.
Calcule el voltaje de un circuito eléctrico, que tiene una Resistencia de 0.3 ohmios y una intensidad de 90 Amperios. ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
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3.
4.
¿Qué polaridad es cuando el cable del portaelectrodo está conectado en borne negativo? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
5.
¿Cómo reconocemos la polaridad en una máquina de corriente alterna? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
6.
¿Cómo afecta el soplo magnético y cómo prevenir? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
MAQUINAS DE SOLDAR POR ARCO CON ELECTRODO REVESTIDO 3.1.
MÁQUINAS DE SOLDAR Las máquinas de soldar son aparatos eléctricos que producen o proporcionan corriente eléctrica apropiada para soldar. También llamados fuentes de energía.
Figura 27 Representación de máquinas de soldar
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• FUNCIONES • Rebajar el voltaje de la red eléctrica general a un voltaje en vacío que permita iniciar el arco. • Una vez iniciado el arco, debe permitir una regulación automática e instantáneamente del voltaje en vacío a un voltaje de trabajo que permita mantener el arco. • Permitir regular la intensidad de la corriente necesaria para soldar. • Asegurar una alimentación constante de corriente que permita mantener el arco estable. 3.2.
PARTES DE LAS MAQUINAS
1)
Conector a la línea de alimentación
2)
Manivela para regular el amperaje
3)
Conector y cable de portaelectrodo
4)
Conector y cable de Grapa Tierra
5)
Transformador
Figura 28 Representación de una máquina de soldar estática
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Control Power Motor Eléctrico
Regulador de amperaje
3 4
Ventilador Generador
Figura 29 Representación de una máquina de soldar rotativa
1) 2) 3) 4)
3.3.
Conector a la línea de alimentación Manivela para regular el amperaje Cable de porta electrodo Conector y cable de Grapa Tierra
CLASES DE MAQUINAS • Estáticas: Son las que no tienen piezas en movimiento excepcionalmente algunas poseen un ventilador.
continuo,
Son de tres tipos: • Transformador • transformador-rectificador • Rectificadores. 3.3.1.
TIPO TRANSFORMADOR: Transforma la corriente de la línea general de electricidad de alto voltaje y bajo amperaje a un bajo voltaje y alto amperaje. Proporcionan corriente alterna para soldar. Consta de dos partes: a. Núcleo magnético: hecho de placas de hierro al silicio. b. Bobina: que van enrolladas sobre el núcleo. 21
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Son dos: 1.
Primario: conectado a la red, al que se aplica la tensión que se desea transformar.
2.
Secundario: conectado a la pieza a soldar y al porta electrodo, de donde se obtiene la tensión transformada al valor deseado. Proporcionan corriente alterna para soldar.
VENTAJAS: No produce soplo magnético, es más barato. Ideal para soldar planchas gruesas.
Figura 30 Representación de un transformador
3.3.2.
TRANSFORMADOR RECTIFICADOR CON VENTILADOR El conjunto de diodos deja pasar la corriente eléctrica en una dirección solamente. El funcionamiento de un diodo se puede comparar con una válvula de retención. Proporcionan corriente continua para soldar. VENTAJAS: Se puede soldar con todo tipo de electrodos, el arco es más estable, ideal para soldar planchas delgadas.
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Figura 31 Representación de un transformador- rectificador
3.3.3.
TIPO TRANSFORMADOR – RECTIFICADOR Reciben también corriente alterna, pero proporcionan para soldar, ya sea C.A. o C.C. Su construcción eléctrica especial permite cambiar de una corriente a otra con sólo mover una llave de conmutación. ROTATIVAS: Son aquellas que tienen algún elemento en movimiento constante. Proporcionan C.C. para soldar. Se componen básicamente de dos partes principales: 1.
Motor: Produce Y proporciona la velocidad de rotación necesaria que constituye la energía mecánica.
El motor puede ser: • De combustión interna: sea a petróleo gasolina • Eléctrico: de corriente alterna monofásica o trifásica. 2.
Dínamo: Produce la C.C. para soldar que constituye la energía eléctrica.
El interruptor estrella- triángulo tiene dos escalones se arranca en la posición 1 (A.) Y se espera un tiempo prudencial hasta que el motor aumente su velocidad; luego se pasa a la segunda posición (A) El grupo soldador: el motor de accionamiento no es un motor eléctrico, sino un motor a gasolina o diesel.
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El generador de soldar, así como el grupo soldador, genera corriente continua.
Figura 32 Representación de un generador
VENTAJAS: • Permite emplear una amplia selección de electrodos y gama de corriente. • Máxima estabilidad del arco en comparación con C.A. • Ideal para soldar planchas delgadas y tubería, recubrimientos duros y para soldar acero inoxidable. • La polaridad influye en la forma del material depositado en la soldadura, en la penetración alcanzada en el metal base y en la función de los fundentes y/o de los elementos que se adicionan en el revestimiento de los electrodos. Con la polaridad directa se obtiene menos penetración y el cordón es algo plano, mientras que con polaridad invertida se logra una mayor penetración una mejor aleación entre el metal base y el metal aportado y el cordón es grueso. • Favorable para los electrodos Básicos y especiales • Es preferible para electros butílicos • Corriente Continua Polaridad invertida • Corriente Continua Polaridad Directa • Los generadores se usan mucho en construcción y reparación naval. Oleoductos, gasoductos, puentes, etc., lugares en que no existe corriente de alimentación de red. DESVENTAJAS • • • • •
Producen mayor salpicadura. Consumen más corriente Requieren de mayor mantenimiento (alto costo) Elevadas pérdidas de corriente en vacío. Producen soplo magnético.
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3.4.
HERRAMIENTAS ADICIONALES Tenemos: • Pica escoria (martillo de escorina) • Cepillo metálico (escobilla de acero) • Tenazas para forja • Martillo, cincel • Cepillo para limpiar la mesa
Figura 33 Representación de las herramientas utilizadas por el soldador
3.5.
RIOS Entre los más importantes tenemos: • El Porta-electrodo: Es un dispositivo de sujeción aislado hacia afuera que alimenta el electrodo. En corriente de soldadura. Tienen mordazas de cobre acanaladas para sujetar electrodos de diferentes diámetros y a diferentes ángulos. Su capacidad se expresa en amperios que debe estar de acuerdo con la capacidad de la máquina.
Figura 34 Representación de un portaelectrodo
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• Grapas para tierra: (Toma de masa): Se sujeta en el metal (pieza) que se va a soldar. Son de diversas formas y tamaños.
Figura 35 Representación de una grapa o prensa
• Conectores: Facilitan conectar y desconectar los cables e instalar cables nuevos cuando se necesite.
Figura 36 Representación de conectores
• Acoplamiento: Son de mucha importancia para prolongar los cables de soldadura.
Figura 37 Representación de acoples
3.6.
INSTALACION Y MANTENIMIENTO Para la instalación de las máquinas por arco eléctrico manual, son necesarios al menos los elementos esquemáticos que componen el circuito de soldadura, estos deben ser proporcionados por los fabricantes, para poder instalar de acuerdo a sus recomendaciones. Sin embargo, los soldadores pueden realizar los siguientes pasos:
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• • • • • • •
Leer bien las instrucciones (manual) del fabricante Conectar la máquina a la red eléctrica Conectar los cables de masa (trabajo) y el porta electrodo Poner en funcionamiento la máquina Probar con algunos electrodos Parar el funcionamiento de la máquina Controlar la temperatura de los puntos de conexión.
Nota: La instalación eléctrica de una máquina debe ser hecha por un especialista.
Figura 38 Representación de una instalación de máquina de soldar
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3.7.
ACTIVIDAD 1.
¿Qué es una máquina de soldar? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
2.
Nombre la máquina que son estáticas. ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
3.
De la figura indique las partes numeradas.
Figura 39
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4.
¿Qué tipo de corriente puedo obtener de una máquina transformador-rectificador? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
5.
¿Por qué las máquinas generadoras hacen excesivo ruido? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
6.
Lectura y Resumen ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... 29
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SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO CON ELECTRODO REVESTIDO (SMAW) SHIELDED METAL-ARC WELDING 1.
DESCRIPCIÓN Y DENOMINACIONES La soldadura de arco con electrodo revestido es también conocida como Soldadura de Electrodo Cubierto, Soldadura de Varilla o Soldadura de Arco Eléctrico manual, es la más antigua y más versátil de todos los diferentes procesos de soldadura de arco. Es un proceso de soldadura por fusión, cuya fuente de calor lo constituye el arco eléctrico que alcanza temperaturas hasta los 4000 a 6500º C. 1.1.
PRINCIPIO Se basa en el hecho de que al acercar el electrodo al metal base, produce un arco la corriente eléctrica que pasa entre el electrodo y el metal base, alcanzando una temperatura muy alta que funde el metal base y el electrodo. El metal fundido fluye hacia la unión. Al solidificarse el charco, se tiene la unión completa.
Figura 1 Soldadura por arco eléctrico manual
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1.2.
USOS Y APLICACIONES La soldadura por arco eléctrico es la más utilizada porque puede soldarse en todas las posiciones, en aceros suaves, aleados, resistentes al calor, a la corrosión naval, estructuras de ingeniería en general. Se puede utilizar en combinación con otros procesos, porque tiene buena penetración de raíz.
Figura 2 Unión por soldadura de piezas
Figura 3 Protección de piezas al desgaste
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Figura 4 Recuperación de partes de máquinas.
Figura 5 Reparación de partes de máquinas
Figura 6 Aumento de espesores a planchas.
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Figura 7 Rellenado de ejes
Figura 8 Soldadura por rellenado
1.3.
VENTAJAS Y LIMITACIONES VENTAJAS • Por lo general los equipos de soldadura con electrodo revestido son sencillos y baratos. • Tanto el material de aporte como el de protección proceden del material de aporte. • Por su potencia tiene buena penetración y se usa para las pasadas de raíz, y su protección es también buena. • Puede soldarse en cualquier posición, tanto en ambientes cerrados como al aire libre. No necesita refrigeración. Aun en zona alejadas de energía. • Es posible soldar gran variedad de espesores de materiales, pero mayores de 2 mm. • Suela la mayoría de los metales y sus aleaciones. LIMITACIONES • Proceso lento, por la baja deposición de material de aporte y la necesidad de limpiar la escoria. Por eso ha sido desplazado por otros procesos. • Requiere gran habilidad del soldador. 4
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No es aplicables a metales de bajo punto de fusión, como plomo, estaño, cinc y sus aleaciones, por la alta temperatura del arco eléctrico. Y también los metales de alta oxidación como titanio, circonio, tantalio y niobio, ya que su protección es tan buena para ellos. • No es aplicable a espesores menores de 2 mm. • Es de baja deposición no es continua, ya que tiene que cambiar de material de aporte. • Sólo se puede soldar espesores mayores de 1,5 - 38 mm. Para mayor espesor no resulta productivo. 1.4.
TÉCNICAS DE ENCENDIDO El encendido del arco se efectúa cuando hay un arrastre del electrodo sobre la pieza de trabajo y antes que se pegue, levantamos el electrodo, donde resultará el arco eléctrico. Entre el electrodo y la pieza de trabajo tiene que existir una distancia determinada (+ ó - 3mm.). Para la longitud del arco existe una fórmula empírica que dice: “La distancia promedio debe ser igual al diámetro del núcleo del electrodo”.
1.5.
MÉTODOS DE ENCENDIDO POR GOLPE
POR RASPADO
Figura 9 Formas de encender un arco
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1.6.
GUÍA PRÁCTICA PARA SOLDAR ACEROS AL CARBONO Se puede uniformar el procedimiento de soldadura, siguiendo los siguientes pasos: • Limpieza La pieza debe estar limpia, libre de tóxicos superficiales, lubricantes, etc., utilizando algún solvente adecuado (perclorhetileno, tetracloruro de carbono, etc.) • Biselar El bisel apropiado de la junta va de acuerdo al espesor del material a soldar. Para esto, se puede biselar con algún medio mecánico o utilizando un electrodo para biselar. • Precalentamiento El objetivo del precalentamiento es evitar una disipación demasiado rápida del calor proporcionado por el arco eléctrico o soplete; es decir, evitar un enfriamiento brusco que ocasione una transformación estructural en el acero. • Soldar Seleccionar el electrodo más adecuado, de menor diámetro posible, para usar el menor amperaje posible. Soldar con cordones cortos y alternados para no elevar excesivamente la temperatura de la pieza. Martillar cada cordón para aliviar las tensiones internas provocadas por la contracción del cordón de soldadura cuando este se comienza a enfriar. • Enfriamiento lento Tiene como objetivo no permitir un enfriamiento brusco que produzca un cambio estructural en la zona soldada. El enfriamiento lento asegura que esta sea uniforme en toda la pieza, equilibrando una contracción pareja. La pieza soldada se deja en un recipiente con asbesto, ceniza, cal, carboncillo, etc. La calidad de una soldadura depende de los conocimientos y destreza del soldador. Pasos: • Colocar, alinear y fijar (según necesidad) las partes a soldar. • Seleccionar los electrodos de acuerdo al metal • Encender y ajustar los controles en la máquina, conectar (sujetar) la pinza de tierra al metal base.
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1.7.
CÁLCULO DE AMPERAJE PARA SOLDAR • Amperaje = Diámetro del electrodo (núcleo) X 31 (valor constante) Ejemplo: ∅ Electrodo 3.25 mm. 3.25mm. X 31 = 100.75 Æ Amperaje Recomendado: 100 • Factores básicos para empezar a soldar: L A V A
1.8.
= Longitud de Arco (igual al diámetro del electrodo) = Ángulo del electrodo (10 - 15º es lo recomendado) = Velocidad de avance (varía entre 4 y 10 pulgadas por minuto) = Amperaje (se toman constantes de 30 a 40)
ACTIVIDAD 1.
¿Cuál es el principio de la soldadura por arco eléctrico manual? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
2.
¿Qué significado tienen las siglas SMAW? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
3.
Qué nombre da este proceso según la norma (EN 4063) y (ANSI / AWS A3.0) ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
4.
¿El código 111 a qué proceso de soldadura se refiere? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
7
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5.
¿Cuáles son los usos y aplicaciones de procesos SMAW? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
6.
¿Qué ventajas y limitaciones tiene este proceso de soldadura SMAW? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
7.
Lectura y Resumen ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... 8
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2.
EL ARCO ELÉCTRICO Es el flujo continuo de electrones a través de un medio gaseoso que genera luz y calor.
Figura 10 Representaciones de un flujo de electrones
Figura 11 Representaciones de caída de metal fundido
Figura 12 Representaciones de un cortocircuito
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Cuando la punta del electrodo choca con el metal base (pieza de trabajo), se enciende el arco y se derriten, el electrodo y el metal de aporte, formando una unión llamada “soldadura”. 2.1.
DESCRIPCION DEL ARCO ELÉCTRICO
Figura 13 Descripción del arco eléctrico
• Arco. Flujo de electrones que produce luz y calor que puede llegar hasta los 6500 ºC. • Electrodo: Es la varilla metálica revestida que se usa como metal de aporte. • Metal base: Es la pieza a soldar. • Gas protector: El revestimiento al quemarse produce el gas protector del arco. • Cráter: Es la cavidad que se produce con la fuerza del arco. El metal base y el de aporte están fundidos y líquidos. • Metal depositado: Llamado también cordón de soldadura. • Escoria: Es la capa que cubre el cordón de soldadura 2.2.
EL CIRCUITO ELÉCTRICO El circuito eléctrico de soldadura, se establece sólo cuando el arco eléctrico se encuentra encendido. El circuito eléctrico de soldadura, se puede comparar con una instalación de agua que es abastecida por una bomba de agua. Si hacemos funcionar el motor de la bomba de agua y abrimos la válvula controladora, el agua circulará por la tubería.
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Figura 14 representaciones de un Circuito eléctrico
De igual manera al funcionar el generador tiene la corriente lista (al vacío) para soldar. Por eso cuando el electrodo hace o con el material base se produce el arco el eléctrico. Para ello es necesario contar con:
Cables de portaelectrodo y de tierra
Portalectrodo Fuente de energía Grapa de tierra
Material base
Figura 15 Componentes del circuito eléctrico.
2.3.
PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD La electricidad es una de las fuentes de energía más utilizada en la tecnología de los procesos de soldadura.
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V= I x R V: Diferencia de potencial, medida en Voltios (V) I: Intensidad de corriente medida en Amperaje (A) R: Resistencia del conductor, medida en ohmios (Ω) • Voltaje Es una fuerza con que sale la corriente eléctrica de la máquina de soldar y pasa por los cables. Su unidad es el voltio y se mide con un voltímetro. • Amperaje Es la cantidad de corriente que pasa por los cables de soldar. Su unidad es el Amper y se mide con un amperímetro. Diferencia potencial V=IxR
Intensidad I = V/R
Resistencia R = V/I
5A
2(Ω)
10 8 V
4A
2(Ω)
11 6 V
3A
2(Ω)
12 2 V
1A
2(Ω)
9
Calcular:
V
Tabla 1
La resistencia de un circuito eléctrico, cuyo voltaje es de 20 V y su intensidad es 100 A. 2.4.
CLASES DE CORRIENTE ELÉCTRICA • Corriente Alterna (C.A.): Cuando la corriente varía de una dirección a la otra (opuesta)
Figura 16 Representación de Corriente alterna
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• Corriente Continua (C.C.): Cuando la corriente no varía su dirección.
Figura 17 Representación de la corriente continua.
En la corriente continua es necesario conocer la polaridad. • Corriente trifásica:
Figura 18 Representación de la corriente trifásica.
2.5.
POLARIDAD Es la dirección de circulación de la corriente en el circuito de soldadura. CLASES DE POLARIDAD • Directa o Normal: Cuando el cable del porta electrodo es conectado al polo negativo (-) de la máquina de soldar y el cable de tierra al polo positivo (+). Se usan principalmente para electrodos de tipo rutílico.
Figura 19 Representación de la polaridad directa
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•
Indirecta o Invertida: Cuando el cable del porta electrodo es conectado al polo positivo (+) de la máquina de soldar y el cable de tierra al polo negativo (-). Se utilizan principalmente para los electrodos básicos.
Figura 20 Representación de la polaridad invertida.
2.6.
EFECTOS DE LA POLARIDAD En los procesos de soldadura la polaridad tiene mucha importancia, en especial las máquinas de corriente continua.
Figura 21 Efectos de la polaridad.
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• Tensión en vacío (circuito abierto) Es la corriente que sale de la máquina cuando está encendida, pero no está trabajando (soldando). Se limita entre 45 a 80 voltios para el arco manual. • Tensión en funcionamiento Es la corriente eléctrica cuando se pone en marcha la máquina (soldando), es de 15 a 40 voltios como máximo.
Figura 22 La tensión en vacío y su causa.
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Variación de la longitud del arco voltaico, causa la variación de la tensión de carga. Arco normal: para electrodos revestidos de Rutilo, longitud de arco Voltaico aproximado y espesor de núcleo.
Arco largo: mucho calor, más voltaje, Arco “más” frío, más salpicadura.
Arco corto: Poco calor, menos voltaje, arco más caliente.
Figura 23 Efecto de variación del arco eléctrico.
Nota Cambios pequeños de longitud de arco produce variaciones relativamente grandes de voltaje, pero relativamente pequeños de corriente (amperaje) 2.7.
SOPLO MAGNÉTICO CAUSA Es la desviación del arco de soldadura hacia fuera de su dirección natural, debido a la formación de un campo magnético.
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Figura 24 Formación de campo magnético en un conductor
El efecto del soplado de arco es algo superior en una plancha delgada que en una pieza gruesa.
Figura 25 Formación de soplo magnético en la soldadura
Figura 26 Soplo magnético en soldadura produce chispas.
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PREVENCIÓN • Reducir el amperaje • Mantener el arco tan corto como sea posible para que la energía del arco contrarreste el soplo. • Colocar la toma de masa tan lejos de la junta a soldar como sea posible. 2.8.
ACTIVIDAD 1.
¿Cuál es el principio del arco eléctrico? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
2.
¿Grafique el arco eléctrico?
3.
Calcule el voltaje de un circuito eléctrico, que tiene una Resistencia de 0.3 ohmios y una intensidad de 90 Amperios. ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
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3.
4.
¿Qué polaridad es cuando el cable del portaelectrodo está conectado en borne negativo? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
5.
¿Cómo reconocemos la polaridad en una máquina de corriente alterna? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
6.
¿Cómo afecta el soplo magnético y cómo prevenir? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
MAQUINAS DE SOLDAR POR ARCO CON ELECTRODO REVESTIDO 3.1.
MÁQUINAS DE SOLDAR Las máquinas de soldar son aparatos eléctricos que producen o proporcionan corriente eléctrica apropiada para soldar. También llamados fuentes de energía.
Figura 27 Representación de máquinas de soldar
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• FUNCIONES • Rebajar el voltaje de la red eléctrica general a un voltaje en vacío que permita iniciar el arco. • Una vez iniciado el arco, debe permitir una regulación automática e instantáneamente del voltaje en vacío a un voltaje de trabajo que permita mantener el arco. • Permitir regular la intensidad de la corriente necesaria para soldar. • Asegurar una alimentación constante de corriente que permita mantener el arco estable. 3.2.
PARTES DE LAS MAQUINAS
1)
Conector a la línea de alimentación
2)
Manivela para regular el amperaje
3)
Conector y cable de portaelectrodo
4)
Conector y cable de Grapa Tierra
5)
Transformador
Figura 28 Representación de una máquina de soldar estática
20
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Control Power Motor Eléctrico
Regulador de amperaje
3 4
Ventilador Generador
Figura 29 Representación de una máquina de soldar rotativa
1) 2) 3) 4)
3.3.
Conector a la línea de alimentación Manivela para regular el amperaje Cable de porta electrodo Conector y cable de Grapa Tierra
CLASES DE MAQUINAS • Estáticas: Son las que no tienen piezas en movimiento excepcionalmente algunas poseen un ventilador.
continuo,
Son de tres tipos: • Transformador • transformador-rectificador • Rectificadores. 3.3.1.
TIPO TRANSFORMADOR: Transforma la corriente de la línea general de electricidad de alto voltaje y bajo amperaje a un bajo voltaje y alto amperaje. Proporcionan corriente alterna para soldar. Consta de dos partes: a. Núcleo magnético: hecho de placas de hierro al silicio. b. Bobina: que van enrolladas sobre el núcleo. 21
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Son dos: 1.
Primario: conectado a la red, al que se aplica la tensión que se desea transformar.
2.
Secundario: conectado a la pieza a soldar y al porta electrodo, de donde se obtiene la tensión transformada al valor deseado. Proporcionan corriente alterna para soldar.
VENTAJAS: No produce soplo magnético, es más barato. Ideal para soldar planchas gruesas.
Figura 30 Representación de un transformador
3.3.2.
TRANSFORMADOR RECTIFICADOR CON VENTILADOR El conjunto de diodos deja pasar la corriente eléctrica en una dirección solamente. El funcionamiento de un diodo se puede comparar con una válvula de retención. Proporcionan corriente continua para soldar. VENTAJAS: Se puede soldar con todo tipo de electrodos, el arco es más estable, ideal para soldar planchas delgadas.
22
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Figura 31 Representación de un transformador- rectificador
3.3.3.
TIPO TRANSFORMADOR – RECTIFICADOR Reciben también corriente alterna, pero proporcionan para soldar, ya sea C.A. o C.C. Su construcción eléctrica especial permite cambiar de una corriente a otra con sólo mover una llave de conmutación. ROTATIVAS: Son aquellas que tienen algún elemento en movimiento constante. Proporcionan C.C. para soldar. Se componen básicamente de dos partes principales: 1.
Motor: Produce Y proporciona la velocidad de rotación necesaria que constituye la energía mecánica.
El motor puede ser: • De combustión interna: sea a petróleo gasolina • Eléctrico: de corriente alterna monofásica o trifásica. 2.
Dínamo: Produce la C.C. para soldar que constituye la energía eléctrica.
El interruptor estrella- triángulo tiene dos escalones se arranca en la posición 1 (A.) Y se espera un tiempo prudencial hasta que el motor aumente su velocidad; luego se pasa a la segunda posición (A) El grupo soldador: el motor de accionamiento no es un motor eléctrico, sino un motor a gasolina o diesel.
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El generador de soldar, así como el grupo soldador, genera corriente continua.
Figura 32 Representación de un generador
VENTAJAS: • Permite emplear una amplia selección de electrodos y gama de corriente. • Máxima estabilidad del arco en comparación con C.A. • Ideal para soldar planchas delgadas y tubería, recubrimientos duros y para soldar acero inoxidable. • La polaridad influye en la forma del material depositado en la soldadura, en la penetración alcanzada en el metal base y en la función de los fundentes y/o de los elementos que se adicionan en el revestimiento de los electrodos. Con la polaridad directa se obtiene menos penetración y el cordón es algo plano, mientras que con polaridad invertida se logra una mayor penetración una mejor aleación entre el metal base y el metal aportado y el cordón es grueso. • Favorable para los electrodos Básicos y especiales • Es preferible para electros butílicos • Corriente Continua Polaridad invertida • Corriente Continua Polaridad Directa • Los generadores se usan mucho en construcción y reparación naval. Oleoductos, gasoductos, puentes, etc., lugares en que no existe corriente de alimentación de red. DESVENTAJAS • • • • •
Producen mayor salpicadura. Consumen más corriente Requieren de mayor mantenimiento (alto costo) Elevadas pérdidas de corriente en vacío. Producen soplo magnético.
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3.4.
HERRAMIENTAS ADICIONALES Tenemos: • Pica escoria (martillo de escorina) • Cepillo metálico (escobilla de acero) • Tenazas para forja • Martillo, cincel • Cepillo para limpiar la mesa
Figura 33 Representación de las herramientas utilizadas por el soldador
3.5.
RIOS Entre los más importantes tenemos: • El Porta-electrodo: Es un dispositivo de sujeción aislado hacia afuera que alimenta el electrodo. En corriente de soldadura. Tienen mordazas de cobre acanaladas para sujetar electrodos de diferentes diámetros y a diferentes ángulos. Su capacidad se expresa en amperios que debe estar de acuerdo con la capacidad de la máquina.
Figura 34 Representación de un portaelectrodo
25
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• Grapas para tierra: (Toma de masa): Se sujeta en el metal (pieza) que se va a soldar. Son de diversas formas y tamaños.
Figura 35 Representación de una grapa o prensa
• Conectores: Facilitan conectar y desconectar los cables e instalar cables nuevos cuando se necesite.
Figura 36 Representación de conectores
• Acoplamiento: Son de mucha importancia para prolongar los cables de soldadura.
Figura 37 Representación de acoples
3.6.
INSTALACION Y MANTENIMIENTO Para la instalación de las máquinas por arco eléctrico manual, son necesarios al menos los elementos esquemáticos que componen el circuito de soldadura, estos deben ser proporcionados por los fabricantes, para poder instalar de acuerdo a sus recomendaciones. Sin embargo, los soldadores pueden realizar los siguientes pasos:
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• • • • • • •
Leer bien las instrucciones (manual) del fabricante Conectar la máquina a la red eléctrica Conectar los cables de masa (trabajo) y el porta electrodo Poner en funcionamiento la máquina Probar con algunos electrodos Parar el funcionamiento de la máquina Controlar la temperatura de los puntos de conexión.
Nota: La instalación eléctrica de una máquina debe ser hecha por un especialista.
Figura 38 Representación de una instalación de máquina de soldar
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3.7.
ACTIVIDAD 1.
¿Qué es una máquina de soldar? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
2.
Nombre la máquina que son estáticas. ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
3.
De la figura indique las partes numeradas.
Figura 39
...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
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4.
¿Qué tipo de corriente puedo obtener de una máquina transformador-rectificador? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
5.
¿Por qué las máquinas generadoras hacen excesivo ruido? ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ......................................................................................................
6.
Lectura y Resumen ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... ...................................................................................................... 29
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