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Manual de seguridad de soldadura por arco de metal protegido Luis Almanza

L. Almanza Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato Carretera Valle de Santiago-Huamimaro Kilómetro 1.2, 20 de Noviembre, 38400 Valle de Santiago, Gto. O. Vargas, H. Ramos (eds.). Ciencias de los Procesos Industriales, Proceedings-©ECORFAN- Spain, Madrid, 2015.

88 Abstract This project was proposed by the misuse or bad habit of some workers who do not follow exactly the rules to be followed when using machine tools that currently exist in the workshop including safety equipment that must carry the started to work in the workshop. What should be done so that shop workers apply the established rules? Introducción La soldadura (se define por soldadura a la unión de dos o más metales por medio de otro metal) en ingeniería, procedimiento por el cual dos o más piezas de metal se unen por aplicación de calor con o sin aporte de otro material, llamado metal de aportación, cuya temperatura de fusión es inferior al de las piezas que han de soldarse. Principios de funcionamiento La soldadura por arco de metal protegido es por mucho el más ampliamente utilizado de los proceso de soldadura por arco. Aprovecha el calor del arco para derretir el metal base y la punta de un electrodo consumible cubierto. El electrodo y el trabajo forman parte de un circuito eléctrico que se ilustra en la figura. Este circuito comienza con la fuente de potencia eléctrica e incluye los cables de soldadura, un porta electrodos, una conexión con la pieza de trabajo, la pieza de trabajo (soldamento) y un electrodo de soldadura por arco. Uno de los 2 cables de la fuente de potencia se conecta al trabajo, el otro se conecta a la porta electrodos. La soldadura se inicia cuando se enciende un arco eléctrico cuando entre la punta del electrodo y el trabajo. El intenso calor de arco derrite la punta del electrodo y la punta del trabajo cerca del arco. En la punta del electrodo se forman con rapidez pequeños glóbulos de metal fundido los cuales se transfieren a través del chorro del arco hasta el charco de soldadura fundida. De esta forma se deposita metal de aporte conforme el electrodo se va consumiendo. El arco se mueve sobre el trabajo con una longitud y velocidad de desplazamiento apropiadas, derritiendo y di fusionando una porción del metal base y añadiendo continuamente le metal de aporte. Puesto que el arco es uno de los más calientes que produce las fuentes de calor comerciales (se han medido temperaturas por encima de los 5000° C (9000°F) en su centro), la fusión del metal base se efectúa en forma casi instantánea al iniciarse el arco. Si la soldadura se hace en posición plana u horizontal la transferencia de metal es inducida por la fuerza de gravedad, la expansión de gas, fuerzas eléctricas y electromagnéticas y la tensión superficial. Si se suelda en otras posiciones la gravedad actuara oponiéndose a las demás fuerzas. Objetivos. Objetivo general: Analizar la seguridad al operar máquinas de soldar para proteger al personal en general. Objetivos específicos: 

Aplicar las mejoras de seguridad en el área de soldadura.



Comparar los resultados de las mejoras aplicadas.

89 

Dar seguimiento a las mejoras

4 Marco teórico La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios, con los primeros ejemplos de soldadura desde la edad de bronce y la edad de hierro en Europa y el Oriente Medio. La soldadura fue usada en la construcción del Pilar de hierro de Delhi, en la India, erigido cerca del año 310 y pesando 5.4 toneladas métricas. La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que los herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó a de la pirotecnia, que incluye descripciones de la operación de forjado. Los artesanos del Renacimiento eran habilidosos en el proceso, y la industria continuó creciendo durante los siglos siguientes. Sin embargo, la soldadura fue transformada durante el siglo XIX. En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico, y los avances en la soldadura por arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por un ruso, Nikolai Slavyanov, y un americano, C. L. Coffin a finales de los años 1800, incluso como la soldadura por arco de carbón, que usaba un electrodo de carbón, ganó popularidad. Alrededor de 1900, A. P. Strohmenger lanzó un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco más estable, y en 1919, la soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag, pero no llegó a ser popular por otra década. 4.1 Soldadura por arco de metal protegido Figura 4 Electrodo actuando.

Seguridad en soldadura al arco. Cuando se realiza una soldadura al arco, durante la cual ciertas partes conductoras de energía eléctrica están al descubierto, el operador tiene que observar con especial cuidado las reglas de seguridad, a fin de contar con la máxima protección personal y también proteger a las demás personas que trabajan a su alrededor. En la mayor parte de los casos, la seguridad es una cuestión de sentido común. Los accidentes pueden evitarse si se cumplen las siguientes reglas: Protección personal: Siempre utilice todo el equipo de protección necesario para el tipo de soldadura a realizar. El equipo consiste en:  Mascara de soldar, protege los ojos, la cara, el cuello y debe estar provista de filtros inactínicos de acuerdo al proceso e intensidades de corriente empleadas.

90  Guantes de cuero, tipo mosquetero con costura interna para proteger manos y muñecas.  Coleto o delantal de cuero, para protegerse de salpicaduras y exposición a rayos ultravioletas del arco.  Polainas y casaca de cuero, cuando es necesario hacer soldadura en posiciones vertical y sobre cabeza deben usarse estos aditamentos para evitar las severas quemaduras del metal fundido. 

Zapatos de seguridad, que cubran los tobillos para evitar el atrape de salpicaduras.

 Gorro, protege el cabello y el cuero cabelludo, especialmente cuando se hace soldadura en posiciones. Figura 4.1 Protección personal

Importante: Evite tener en los bolsillos todo material inflamable como fósforos, encendedores o papel celofán. No use ropa de material sintético, use ropa de algodón.

Protección de la vista: La protección de la vista es un asunto tan importante que merece consideración aparte. El arco eléctrico que se utiliza como fuente calorífica y cuya temperatura alcanza sobre los 4.000°c, desprende radiaciones visibles y no visibles. Dentro de estas últimas tenemos aquellas de efecto más nocivo como los rayos ultravioleta e infrarrojo. Figura 4.2 Protección de la vista

El tipo de quemadura que el arco produce en los ojos no es permanente aunque si es extremadamente dolorosa. Su efecto es como tener “arena caliente en los ojos”

91 Para evitarla, debe utilizarse un lente protector (vidrio inactínico) que ajuste bien y, delante de éste, para su protección, siempre hay que mantener una cubierta de vidrio transparente la que debe ser sustituida inmediatamente en caso de deteriorarse. A fin de asegurar una completa protección el lente protector debe poseer la densidad adecuada al proceso e intensidad de corriente utilizada la siguiente tabla le ayudara a seleccionar el lente adecuado: Tabla 4

Seguridad al usar una maquina soldadora. Antes de usar la máquina de soldar al arco debe guardarse ciertas precauciones, conocer su operación y manejo como también los accesorios y herramientas adecuadas. Para ejecutar el trabajo con facilidad y seguridad deben observarse ciertas reglas muy simples. Maquina soldadora (fuente de poder). Recomendaciones para la instalación, operación y mantención: 

Sólo personal calificado debe realizar la instalación eléctrica del equipo.

 No instale o ponga el equipo cerca o sobre superficies combustibles o atmosferas inflamables. 

No sobrecargue el cableado de su instalación eléctrica.



Respete el ciclo de trabajo que requiere su equipo para permitir su periodo de enfriamiento.



Recuerde que el periodo de trabajo continuo de su equipo depende del amperaje utilizado.



Revise cuidadosamente el automático y el circuito de alimentación.



Cubra los bornes de la máquina de soldar.

 Asegúrese que el cable de soldadura posea la sección y las características necesarias para conducir la corriente que se requiere, no utilice cables en mal estado o inadecuado.

92  Desconecte la energía eléctrica cuando realice la conexión del enchufe del equipo a la fuente de energía. Circuitos con corriente: En la mayoría de los talleres el voltaje usado es 220 ó 380 volts. El operador debe tener en cuenta el hecho de que estos son voltajes altos, capaces de inferir graves lesiones. . Por ello es muy importante que ningún trabajo se haga en los cables, interruptores, controles, etc., antes de haber comprobado que la máquina ha sido desconectada de la energía, abriendo el interruptor para des energizar el circuito. Cualquier inspección en la máquina debe ser hecha cuando el circuito ha sido des energizado. Figura 4.3 Circuitos con corriente

Línea a tierra. Todo circuito eléctrico debe tener una línea a tierra para evitar que la posible formación de corrientes parásitas produzca un choque eléctrico al operador, cuando éste, por ejemplo, llegue a poner una mano en la carcasa de la máquina. Nunca opere una máquina que no tenga su línea a tierra. Cambio de polaridad. El cambio de polaridad se realiza para cambiar el polo del electrodo de positivo (polaridad invertida) a negativo (polaridad directa). No cambie el selector de polaridad si la maquina está operando ya que al hacerlo saltara el arco eléctrico en los contactos del interruptor destruyéndolos. Si su máquina soldadora no tiene selector de polaridad, cambie los terminales cuidando que ésta no esté energizada. Cambio de rango de amperaje. Cuando se está soldando, esto puede producir daños en las tarjetas de control, u otros componentes tales como tiristores, diodos, transistores, etc. En máquinas tipo clavijeros no se debe cambiar el amperaje cuando el equipo está soldando ya que se producen serios daños en los contactos eléctricos, causados por la aparición de un arco eléctrico al interrumpir la corriente.

93 Figura 4.4 Cambio de rango de amperaje

Circuito de soldadura. Cuando no está en uso la porta electrodos, nunca debe ser dejado encima de la mesa o en contacto con cualquier otro objeto que tenga una línea directa a la superficie donde se suelda. El peligro en este caso es que el porta electrodo, en contacto con el circuito a tierra, provoque en el transformador del equipo un corto circuito. La soldadura no es una operación riesgosa si se respetan las medidas preventivas adecuadas, esto requiere un conocimiento de las posibilidades de daño que pueden ocurrir en las operaciones de soldar y una precaución habitual de seguridad por el operador. Figura 4.5 Circuito de soldadura

4.2 Seguridad en operaciones de soldadura Condiciones ambientales que deben ser consideradas. Riesgos de incendio: En el lugar de trabajo pueden estar presentes atmosferas peligrosas, siempre tenga presente que existe el riesgo de incendio si se juntan los 3 componentes del triángulo del fuego (combustible, oxígeno y calor) observe que basta que se genere calor (ni siquiera es necesaria una chispa) y recuerde que existen substancias con bajo punto de inflamación, algunas recomendaciones prácticas para prevenir riesgos de incendio son las siguientes:  Nunca se debe soldar en la proximidad de líquidos inflamables, gases, vapores, metales en polvo o polvos combustibles. Cuando el área de trabajo contiene gases, vapores o polvos, es necesario mantener perfectamente aireado y ventilado el lugar mientras se suelda.  Antes de iniciar un trabajo de soldadura siempre identifique las potenciales fuentes generadoras de calor y recuerde que éste puede ser transmitido a las proximidades de materiales inflamables por conducción, radiación o chispa.  Utilice equipo de protección personal. Disponga siempre de un extintor en las cercanías del área de trabajo.

94  Los equipos de soldar se deben inspeccionar periódicamente y la frecuencia de control se debe documentar para garantizar que estén en condiciones de operación segura.  Las condiciones de trabajo pueden cambiar, realice test tan a menudo como sea posible para identificar potenciales ambientales peligrosos. Figura 4.6 Seguridad en operaciones de soldadura

Ventilación. Soldar en áreas confinadas sin ventilación adecuada puede considerarse una operación arriesgada, porque al consumirse el oxígeno disponible, a la par con el calor de la soldadura y el humo restante, el operador queda expuesto a severas molestias y enfermedades. Figura 4.7 Ventilación

Humedad. La humedad entre el cuerpo y algo electrificado forma una línea a tierra que puede conducir corriente al cuerpo del operador y producir un choque eléctrico. El operador nunca debe estar sobre una poza o sobre suelo húmedo cuando suelda, como tampoco trabajar en un lugar húmedo. Deberá de conservar sus manos, vestimenta y lugar de trabajo continuamente secos.

95 Figura 4.8 Humedad

Posiciones de la soldadura: Figura 4.9 Posiciones de la soldadura

Figura 4.10 Uniones de tuberías

Esquemas básicos

96 Figura 4.11 Esquemas básicos

Figura 4.12 Variaciones de bisel

Almacenamiento del electrodo. Previamente definiremos los siguientes conceptos: • Condiciones de almacenamiento: son aquellas que se deben observar al almacenar en cajas cerradas. • Condiciones de mantención: son las aquellas que se deben de observar una vez que los electrodos están fuera de sus cajas. Figura 4.13 Almacenamiento del electrodo

Condiciones de almacenamiento y mantención de electrodos.

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Tabla 4.1

Recomendaciones para el resecado de electrodos. Reacondicionamiento o resecado: aquellos electrodos que han absorbido humedad más allá de los límites recomendados, por la norma requieren ser reacondicionados a fin de devolver a los electrodos sus características. Esta se realiza en hornos con circulación de aire, en el momento de introducir lo electrodos en el horno la temperatura no debe superar los 100°C. Tabla 4.2

4.3 Problemas y defectos comunes en la soldadura al arco Mal aspecto. Causas probables: 1. Conexiones defectuosas.

98 2. Recalentamiento. 3. Electrodo inadecuado. 4. Longitud de arco y amperaje inadecuado. Recomendaciones: 1. Usar la longitud de arco, el ángulo (posición) del electrodo y la velocidad de avance adecuados. 2. Evitar el recalentamiento. 3. Usar un vaivén uniforme. 4. Evitar usar corriente demasiado elevada. Figura 4.14 Mal aspecto

Penetración excesiva. Causas probables: 1. Corriente muy elevada. 2. Posición inadecuada del electrodo. Recomendaciones: 1. Disminuir la intensidad de la corriente. 2. Mantener el electrodo a un ángulo que facilite el llenado del bisel. Figura 4.15 Penetración excesiva

Salpicadura excesiva: Causas probables: 1. Corriente muy elevada.

99 2. Arco muy largo. 3. Soplo magnético excesivo. Recomendaciones: 1. Disminuir la intensidad de la corriente. 2. Acortar el arco. 3. Ver lo indicado para “arco desviado o soplado”. Figura 4.16 Salpicadura excesiva

Arco desviado. Causas probables: 1. El campo magnético generado por la CC produce la desviación del arco (soplo magnético). Recomendaciones: 1. Usar CA. 2. Contrarrestar la desviación del arco con la posición del electrodo, manteniéndolo en un ángulo apropiado. 3. Cambiar de lugar la grampa a tierra 4. Usar un banco de trabajo no magnético. 5. Usar barras de bronce o cobre para separar la pieza del banco. Figura 4.17 Arco desviado

100 Soldadura porosa: Causas probables: 1. Arco corto. 2. Corriente inadecuada. 3. Electrodo defectuoso. Recomendaciones: 1. Averiguar si hay impurezas en el metal base. 2. Usar corriente adecuada. 3. Utilizar el vaivén para evitar sopladuras. 4. Usar un electrodo adecuado para el trabajo. 5. Mantener el arco más largo. 6. Usar electrodos de bajo contenido de hidrógeno. Figura 4.18 Soldadura porosa

Soldadura agrietada: Causas probables: 1. Electrodo inadecuado. 2. Falta de relación entre tamaño de la soldadura y las piezas que se unen. 3. Mala preparación. 4. Unión muy rígida. Recomendaciones: 1. Eliminar la rigidez de la unión con un buen proyecto de la estructura y un proceso de soldadura adecuado. 2. Precalentar las piezas. 3. Soldar desde el centro hacia los extremos o bordes.

101 Figura 4.19 Soldadura agrietada

Combadura. Causas probables: 1. Diseño inadecuado. 2. Contracción del metal de aporte. 3. Sujeción defectuosa de las piezas. 4. Preparación deficiente. 5. Recalentamiento en la unión. Recomendaciones: 1. Corregir el diseño. 2. Martillar (con martillo de peña) los bordes de la unión antes de soldar. 3. Aumentar la velocidad de trabajo (avance). 4. Evitar la separación excesiva entre piezas. 5. Fijar las piezas adecuadamente. 6. Usar un respaldo enfriador. 7. Adoptar una secuencia de trabajo. 8. Usar electrodos de alta velocidad y moderada penetración. Figura 4.20 Combadura

Soldadura quebradiza. Causas probables:

102 1. Electrodo inadecuado. 2. Tratamiento térmico deficiente. 3. Soldadura endurecida al aire. 4. Enfriamiento brusco. Recomendaciones: 1. Usar un electrodo con bajo contenido de hidrógeno o de tipo austenítico. 2. Calentar antes o después de soldar o en ambos casos. 3. Procurar poca penetración dirigiendo el arco hacia el cráter. 4. Asegurar un enfriamiento lento. Figura 4.21 Soldadura quebradiza

Penetración incompleta: Causas probables: 1. Velocidad excesiva. 2. Electrodo de Ø excesivo. 3. Corriente muy baja. 4. Preparación deficiente. 5. Electrodo de Ø pequeño. Recomendaciones: 1. Usar la corriente adecuada. Soldar con lentitud necesaria para lograr buena penetración de raíz. 2. Velocidad adecuada. 3. Calcular correctamente la penetración del electrodo. 4. Elegir un electrodo de acuerdo con el tamaño de bisel. 5 Dejar suficiente separación en el fondo de bisel.

103 Figura 4.22 Penetración incompleta

Fusión deficiente. Causas probables: 1. Calentamiento desigual o irregular. 2. Orden (secuencia) inadecuado de operación. 3. Contracción del metal de aporte. Recomendaciones: 1. Puntear la unión o sujetar las piezas con prensas. 2. Conformar las piezas antes de soldarlas. 3. Eliminar las tensiones resultantes de la laminación o conformación antes de soldar. 4. Distribuir la soldadura para que el calentamiento sea uniforme. 5. inspeccionar la estructura y disponer una secuencia (orden) de trabajo. Figura 4.23 Fusión deficiente

Distorsión (deformación): Causas probables: 1. Calentamiento desigual o irregular. 2. Orden (secuencia) inadecuado de operación. 3. Contracción del metal de aporte. Recomendaciones: 1. Puntear la unión o sujetar las piezas con prensas.

104 2. Conformar las piezas antes de soldarlas. 3. Eliminar las tensiones resultantes de la laminación o conformación antes de soldar. 4. Distribuir la soldadura para que el calentamiento sea uniforme. 5. Inspeccionar la estructura y disponer de una secuencia (orden) del trabajo. Figura 4.24 Deformación

Socavado. Causas probables: 1. Manejo defectuoso del electrodo. 2. Selección inadecuada del tipo de electrodo. 3. Corriente muy elevada. Recomendaciones. 1. Usar vaivén uniforme en las soldaduras de tope. 2. Usar electrodo adecuado. 3. Evitar un vaivén exagerado. 4. Usar corriente moderada y soldar lentamente. 5. Sostener el electrodo a una distancia prudente del plano vertical al soldar filetes horizontales. Figura 4.25 Socavado

105 Recomendación. El operador debe proteger los ojos y la piel de la radiación producida por el arco.se recomienda usar una careta para soldar con un filtro ocular adecuado, así como ropa oscura preferiblemente de lana para proteger la piel. Conviene usar guantes y ropa de cuero para protegerse contra las quemaduras por las salpicaduras del arco. La quemadura ocular similar a las quemaduras en la piel por el sol, es muy dolorosa durante un periodo de 24 a 48 horas. La piel no protegía expuesta al arco también puede quemarse. En caso de quemaduras severas se debe consultar a un médico. 4.4 Resultados El presente manual es un material de apoyo para los trabajadores de la compañía específicamente para los trabajadores que se encuentran ubicados en la sección de soldadura y pailera que, regularmente es un área bastante transitada debido a que las reparaciones más comunes que realiza la empresa es en esta área en específico. Dadas estas circunstancias se requiere de un mayor cuidado para la aplicación correcta de la soldadura, desde que se va a comenzar el proceso, principalmente la finalidad de este manual es evitar accidentes para los operadores Inmediatamente al momento de dar lectura y aplicación al manual los operadores trabajaron de forma más segura y es algo que se reflejó por completo en el área de soldadura ya que se comenzaron a evitar la mayoría de los percances que día con día se suscitaban. 4.5 Conclusiones Al terminar el manual de seguridad se observó que se obtuvieron mejores resultados en eficiencia, limpieza y trabajo, debido a las mejoras propuestas. Además de la importancia que tomaron los dueños y la colaboración de los empleados. Considerada la necesidad, oportunidad y viabilidad del proyecto además contiene recomendaciones que puede emplearse como guía para evitar algún accidente y a las máquinas de un desgaste no deseado. Teniendo en cuenta los recursos técnicos disponibles y el nivel de formación del personal de la empresa, el plan de mantenimiento preventivo propuesto es apropiado ya que se indica los procedimientos y pasos para realizar la labor de una manera muy didáctica. Es muy importante saber cómo operar las máquinas de soldar en general para obtener buenos resultados en los trabajos realizados, ya que contando con los conocimientos sobre las máquinas se podrá dar mayor vida útil de estas además de obtener alta calidad en las piezas. 4.6 Referencias Argentina warez – libros de soldadura www.manualesdesoldadura.blogspot.com Seguridad de corte con arco de metal protegido: Thielsch, H y Quass, J. “Shielded- metal-arc cutting and grooving”, en Welding Journal 33(5).

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Supt. Of Documents, U.S Govt. Printing Office. U. S. Government Printing Office. Underwater cutting and welding manual, NAVSHIPS 250-692-9 Washington, D.C.