El siguiente trabajo toma como premisa la necesidad de contar con juntas soldadas de calidad para la unión de tuberías que transportan gas natural. La importancia de este trabajo va relacionado a la necesidad de masificar el uso de este hidrocarburo como fuente principal de energía para la población. Se realiza la comparación entre los procedimientos SMAW y mixto GTAW/SMAW para una tubería API 5L X52M de 152 mm. de diámetro y 7.11 mm. de espesor. Estas son dimensiones requeridas para obtener la presión de diseño de 19 bares. El estudio realizado consta de cuatro capítulos. El primer capítulo abarca las teorías fundamentales para la elaboración de este, entre ellos resalta la Norma API 1104, la cual ha sido fundamental para establecer los criterios de aceptación a los dos procedimientos comparados. El segundo capítulo abarca la metodología realizada para poder obtener el WPS preliminar de ambos procedimientos. Se justifica la selección de los electrodos de aportes, corriente, temperatura de precalentamiento, entre otras variables esenciales más. Todo lo anterior considerando las mejores prácticas, recomendaciones de fabricantes y la Norma API 1104. El tercer capítulo toca en mayor profundidad los requisitos establecidos para calificar los procedimientos de soldadura. Se identifica el número de probetas y ensayos a realizar a cada uno de estos. Asimismo, se procede con la soldadura de los cupones el corte de probetas para someterlos a los ensayos requeridos. Finalmente, en el cuarto capítulo se analiza los resultados obtenidos del ensayo y se concluye si las discontinuidades son aceptables o no. Asimismo, se realiza el cálculo y comparación de costos asociados para obtener una junta soldada.

El presente trabajo de tesis tiene como objetivo evaluar diferentes secuencias de cordones de soldadura en una carcasa soldada de caja reductora y seleccionar la secuencia más adecuada. El criterio de selección se basa en las distorsiones producidas por la soldadura, considerando como mejor alternativa aquella que presente las menores distorsiones en las superficies de trabajo. Para lograr este objetivo se implementó un procedimiento numérico de simulación de soldadura basado en un análisis termo-estructural secuencialmente acoplado, donde el campo estructural depende del campo térmico. Para resolver el problema térmico se consideraron las propiedades térmicas del material dependientes de la temperatura, el modelo de fuente de calor de doble elipsoide presentado por Goldak, así como un coeficiente combinado de convección-radiación como condición de frontera térmico. Para resolver el problema estructural se consideraron las propiedades mecánicas del material dependientes de la temperatura, un modelo de material termo-elasto-plástico, así como las restricciones de desplazamiento necesarias para estabilizar el modelo como condiciones de frontera estructural. En ambos problemas se aplicó la técnica birth and death para simular la deposición del material. El procedimiento propuesto fue validado con resultados experimentales en una junta a tope y una en T. Luego, se aplicó el procedimiento en la carcasa objeto de estudio, tanto en la base como en la tapa. Se evaluaron tres secuencias de soldadura para la base y tres para la tapa. Como resultado se obtuvo las desviaciones de planitud en el plano de división entre la base y la tapa, y en el plano de apoyo de la base, así como las desviaciones de cilindricidad en los alojamientos de los rodamientos. Los resultados más favorables se obtuvieron para la secuencia de soldadura en la que se empleó el paso peregrino (back step) y la soldadura simultánea en los extremos opuestos y de forma simétrica. En este caso se obtuvo una desviación de planitud máxima de 257.44 _m en el plano de división entre la base y la tapa, 422.5 _m en el plano de apoyo de la base y una desviación de cilindricidad máxima de 303.3 _m en los alojamiento de los rodamientos.

El presente trabajo muestra el diseño y desarrollo del funcionamiento de un sistema mecatrónico para soldadura automatizada de piezas en acero inoxidable y hierro fundido para maquinaria de industria alimentaria y afines. El sistema mecatrónico constituye una celda de soldadura que consta de un brazo robot de 6 grados de libertad además de un posicionador con 3 grados de libertad, contando así con gran flexibilidad para soldar en distintas posiciones y mayor variedad de piezas, tales como placa-placa, cilindro-placa y cilindro-cilindro. Además la celda está compuesta por un sistema automatizado de control para soldadura MIG/MAG que usa la tecnología TransPuls Synergic, cuya fuente de corriente es digitalizada y controlada con microprocesadores. Esta tecnología permite obtener una alta precisión, la capacidad de reproducir la geometría de los cordones (tanto por material aportado como en forma) y buena calidad en la soldadura. Sumando los 3 componentes principales se garantiza su versatilidad en la utilización de la celda de trabajo para la fabricación de distintas piezas, optimizando así los procesos productivos de la industria en la que se use.

A lo largo de los años, los avances de la soldadura en la industria han ido creciendo a pasos agigantados. El crecimiento de la soldadura en el país no ha sido una excepción en comparación con el resto del mundo; por ello, las nuevas tecnologías han ido adaptándose a la realidad peruana para mejorar aún más los procesos operativos en todos los rubros más importantes del Perú. Actualmente, los estándares de calidad relacionados con la soldadura son usados ampliamente y requeridos por los fabricantes. Sin embargo, hay procesos de soldadura específicos que no han sido desarrollados y dados a conocer a la comunidad científica; por ello, este trabajo académico tiene como fin dar a conocer la metodología de la elaboración de un procedimiento de soldadura de acuerdo con la norma AWS D1.1 – Ed. 2020 tomando como referencia la soldadura de dos materiales disímiles en la construcción de un eje destinado a la aplicación en minería. Además, se ha realizado una secuencia que muestra claramente las referencias al código y lo que es necesario contemplar con la finalidad de que se reduzcan notablemente las interpretaciones incorrectas del código. El objetivo principal es la elaboración y calificación de un procedimiento de soldadura y de soldador preliminares de un eje AISI 4340 y unas aletas ASTM A36. Debido a que la soldadura en materiales disimiles es uno de los temas más complicados en cuanto a soldadura se refiere, se han estudiado los materiales y sustentados los criterios para la correcta elaboración de la soldadura.

El Perú tiene un déficit de soldadores calificados; en consecuencia, el país no se da abasto de soldadores ante la alta demanda de profesionales que se requieren para todos los proyectos; unos de estos es el desarrollo de los gaseoductos y oleoductos que se realizan en el país para una mejora energética. Por ello, las empresas encargadas de realizar los proyectos optan por contratar mano de obra extranjera aumentando los precios del proyecto; además, la falta de soldadores capacitados en el país conlleva a un retraso en la entrega de los proyectos. Los objetivos de la presente tesis son la elaboración del diseño mecánico, electrónico y de control del sistema automatizado de soldadura orbital para tuberías de 360 mm a 920 mm. Se utiliza la metodología VDI 2221 donde se desarrolla la Idealización, Desarrollo Conceptual y Desarrollo Avanzado. La presente tesis plantea el diseño del tractor soldador que se desplace por medio de un sistema de sujeción alrededor de la tubería; además, el sistema de sujeción debe permitir el acople de esta sobre un vehículo que lo desplace sobre los diferentes ductos. El resultado es el diseño de un tractor automatizado de bajo costo en comparación con los que se ofrecen en el mercado; esto se logró por medio de la integración de diferentes componentes mecánicos obtenidos del mercado nacional e internacional. Por otro lado, el sistema de sujeción es un diseño innovador que permite montar y desmotar todo el sistema de la tubería con facilidad reduciendo en un 90 % la asistencia de un operario. Además, se garantiza la resistencia del sistema de sujeción gracias al excelente desarrollo de las simulaciones de elementos finitos en comparación con otros trabajos realizados. En estas simulaciones se realizaron múltiples análisis estáticos, dinámicos, de pandeo y nodal lo que permitió reducir el peso de algunos componentes y validar la resistencia mecánica de los mismos. Por otro lado, se implementó un sistema electrónico, el cual permite accionar los actuadores para realizar las diferentes operaciones y detectar la junta de soldadura por parte del tractor. Finalmente, debido a que se conoce el modelo dinámico de los subsistemas, se desarrollaron sistemas de control PID en cascada para el tractor soldador lo cual le permite posicionarse automáticamente sobre la junta de soldadura. Por lo tanto, se concluye que es viable la implementación de la presente tesis para sistemas automatizados de soldadura orbital de ductos.

A través de los años ha existido la necesidad del hombre de poder unir elementos o componentes entre sí, de todos los procesos existentes el más utilizado y efectivo en el mundo es el de soldadura; sin embargo, este proceso debe pasar por un control de calidad y así asegurar su funcionabilidad y duración en el tiempo. Existen diversos métodos para certificar que la soldadura realizada es correcta, para ello se hace uso de los ensayos no destructivos; ya que nos permiten inspeccionar la soldadura y asegurar que fue realizada de forma adecuada sin afectar a la misma ni física ni químicamente. Si bien existen ensayos volumétricos tradicionales como el ultrasonido convencional y la radiografía industrial, la búsqueda en la optimización de los tiempos de inspección ha generado un método de ultrasonido avanzado (ultrasonido de arreglo de fases – Phased Array); el cual se describirá en el siguiente trabajo. Es por ello que en el presente trabajo se busca poder validar a través de la información de los códigos al ultrasonido de arreglo de fases como el método más eficaz para la inspección volumétrica de uniones soldadas de junta a tope en forma de “V” con penetración completa para un rango de espesores entre 8 a 25 mm. Para ello se utilizarán 8 probetas calificadas, las cuales serán ensayadas mediante el método de ultrasonido Phased Array y radiografía industrial convencional para su comparación. En esta tesis se ha podido comprobar que la técnica de ultrasonido Phased Array es una alternativa viable para la inspección de juntas a tope con diseño en simple “V” para el rango de espesores ensayado. Asimismo se desarrolló un procedimiento final de inspección mediante ultrasonido Phased Array y su aplicación en uniones soldadas con juntas a tope en forma de simple “V”, para un rango de espesores entre 8 a 25 mm. Pudiéndose realizar nuevamente estos ensayos, así como también utilizarlo para su aplicación en la fabricación de piezas y componentes

El presente trabajo muestra el estudio comparativo del proceso de soldadura GTAW, más conocido como TIG, empleado en la unión de planchas de dos milímetros de espesor, de acero estructural ASTM A36. El objetivo principal de esta tesis es el de comparar las características y propiedades de las uniones soldadas con y sin material de aporte utilizando el proceso GTAW. Para el estudio se hicieron cuatro cupones, dos sin material de aporte con una y dos pasadas, y los otros dos cupones empleando el aporte ER70S6 con una y dos pasadas. El estudio de las características y propiedades de los cupones soldados se realizó a través de ensayos de tracción, ensayos de microdureza Vickers, ensayos de doblado y por último metalografía y caracterización microestructural a las probetas obtenidas de los cupones soldados y del material base utilizado. En los ensayos de tracción los resultados de las probetas soldadas sin material de aporte con una pasada alcanzaron ligeramente mayores valores en esfuerzo máximo, en esfuerzo de fluencia y en elongación. En los ensayos de microdureza Vickers las probetas sin material de aporte alcanzaron durezas en el centro de la soldadura similares las probetas soldadas con material de aporte. En los ensayos de doblado, tanto de cara como de raíz, todas las probetas pasaron las pruebas. Sobre la base de los resultados obtenidos se concluyó que para este caso de unión de planchas de acero ASTM A36 de 2 milímetros de espesor mediante soldadura GTAW, se puede utilizar cualquiera de los dos métodos, con material de aporte o sin material de aporte. El proceso sin material de aporte con una sola pasada resulta más ventajoso, pues cumple con las propiedades mecánicas requeridas alcanzando excelentes valores y es beneficioso porque disminuye costos al no utilizar material de aporte y al aumentar la velocidad de soldeo.

En la actualidad, el oficio de cerrajería en el Perú tiene cada vez mayor incentivo a nivel nacional. Sin embargo, su práctica todavía se desarrolla a niveles artesanales. Por ello, es importante determinar cómo son las condiciones de trabajo bajo las cuales operan los cerrajeros. Los procesos que se emplean en cerrajería son la soldadura y el calentamiento de piezas metálicas. Este último proceso se lleva a cabo generalmente en fraguas de carbón. Luego del calentamiento, la pieza está en condiciones para ser forjado de manera manual. Los procesos de soldadura y forja generan desechos, tales como gases de combustión, humos, material particulado, etc. que son dañinos tanto para el trabajador como al medioambiente. En el Laboratorio de Manufactura de la Sección de Ingeniería Mecánica de la PUCP se llevan a cabo los cursos de Taller Mecánico 1 y Taller de Procesos de Manufactura, en los cuales se dictan las sesiones de soldadura y forja. Es por ello, que fue necesaria una evaluación de las condiciones de trabajo del personal técnico y de los alumnos durante estas sesiones. Para el siguiente trabajo de tesis, se realizaron lecturas de concentración de gases en los ambientes de soldadura y forja del Laboratorio, mediante un analizador de gases TESTO 350-XL brindado por el Departamento de Energía de la PUCP. Se detectaron valores de concentración de monóxido de carbono (CO) mayores a 520 ppm en el ambiente de forja y de 195 ppm de la familia de monóxidos de nitrógeno (NOx) en el ambiente de soldadura. Ante los resultados obtenidos, se concluyó que el ambiente de forja y soldadura del Laboratorio cuenta con una necesidad de extracción y tratamiento de los gases emitidos en ambos procesos. Se realizó el diseño de dos sistemas de extracción independientes para cada ambiente de trabajo. Para la fragua, se diseñó un sistema con un caudal de aspiración total de 0,32 m3/s y presión de 58,92 mmH2O, dos depuradores húmedos tipo torre empacada de 0,83 m de diámetro y 1,9 metros de altura, con una capacidad de absorción de 79,6% y 139,8 Pa cada una. Para el ambiente de soldadura, el sistema cuenta con un caudal de aspiración total de 1,46 m3/s y presión de 75,96 mmH2O y un depurador húmedo tipo Venturi de 156,25 Pa. El presupuesto correspondiente al diseño, fabricación e instalación de los dos sistemas fue de $ 44 821.

Debido a la poca práctica en el soldeo y obtención de uniones disimilares (materiales de diferente composición química y propiedades mecánicas), los conocimientos sobre estos tipos de uniones son muy reducidos en comparación con las uniones similares. El problema principal de este tipo de uniones es que las características de cada unión son muy particulares según los metales bases que se quieran unir y el material de aporte que se use. En el presente trabajo se estudió la soldabilidad de una unión disimilar formada por una aleación de Cu-5Zn y acero estructural ASTM A36, ambos de 3,0 mm de espesor. El proceso de soldeo empleado fue SMAW. Luego de ensayos previos, se obtuvieron uniones soldadas con propiedades mecánicas satisfactorias empleando como aportes (electrodos) ECuSn-A (Cu-6Sn) y ECuSn-C (Cu-9Sn-3Ni). Las uniones soldadas obtenidas con ambos aportes, fueron ensayadas a tracción, rompiendo en el metal Cu-5Zn. Estas uniones presentan una resistencia máxima a tracción promedio que varía entre el 80% y 84% de la resistencia del metal base Cu-5Zn. Las uniones obtenidas con el aporte ECuSn-C alcanzan una resistencia a la tracción de 243 MPa; mientras que, las uniones obtenidas con el aporte ECuSn-A logran alcanzar 234 MPa. Los valores de elongación (ductilidad) obtenidos a través del ensayo de tracción muestran que con ambos aportes se alcanzan valores muy similares (22 %). De los ensayos de microdureza Vickers realizados, se aprecia que no existe mayor diferencia en los valores de dureza encontrados en ambas ZACs y metales de aporte. De acuerdo a los resultados encontrados en la presente tesis, se recomienda el empleo del aporte ECuSn-C (Cu-9Sn-3Ni) para las uniones soldadas mediante el proceso SMAW entre el acero estructural ASTM A36 y la aleación Cu-5Zn, ambos de 3,0 mm de espesor. Este aporte presenta un costo que es un 8% menor que el aporte ECuSn-A (Cu-5Sn); además, que las uniones presentan un mejor acabado superficial.

El presente trabajo de investigación muestra la metodología seguida y los resultados obtenidos en el análisis de falla de una tubería de descarga en “Y” de acero fabricada por soldadura. La tubería de descarga estuvo en servicio solo 30 días antes de producirse la aparición de fisuras en las uniones soldadas. Se realizaron ensayos con la finalidad de determinar la causa raíz de la falla. En la inspección visual realizada a las uniones soldadas se aprecia cordones de soldadura irregulares, empalmes pobres entre cordones, socavaciones y salpicaduras. De la inspección por partículas magnéticas fluorescentes se visualiza que las fisuras se ubican en el pie del cordón que une la plancha de refuerzo y la tubería del ramal. La caracterización de los metales base verifican que las propiedades del acero son las esperadas para este tipo de componente. Del análisis macrográfico realizado en las uniones soldadas, se observan inclusiones de escoria, falta de fusión, fisuras que nacen en los pies de los cordones y falta de llenado. Se hizo un análisis mediante simulación numérica computacional localizándose las zonas donde se concentran y se tienen los máximos esfuerzos cuando la tubería entra en operación, y éstas coincidían con la zona de fisuración. De lo anterior se puede concluir que las fisuras producidas en el pie del cordón de soldadura, tienen su origen en diversos factores que son acumulativos. En primer lugar, el pie de una soldadura es un concentrador natural de tensiones, esto sumado a la baja calidad de las soldaduras, al fuerte embridamiento y a las tensiones residuales producidas por la soldadura, pueden haber dado origen a que se nucleen fisuras durante la fabricación. Luego cuando la tubería entró en servicio, se produjeron esfuerzos pulsantes adicionales los que se suman a las tensiones residuales, lo que hizo que se nucleen y propaguen fisuras por un mecanismo de fatiga en zonas donde se producen altos esfuerzos. / Trabajo de investigación