Unidad 4. Recuperaci贸n y Reparaciones de sus Componentes
Identificaci贸n de estructura de M谩quina y elementos de desgaste
Gildemeister
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Unidad 4 Recuperaci贸n y Reparaciones de sus Componentes
Material de Profundizaci贸n
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Contenidos Tema 1: Desgaste de Materiales 1.1. Definición 1.2. Clasificación
Tema 2: Soldadura de Mantenimiento 2.1. Función 2.2 Intervenciones Conclusiones Bibliografía Conceptos
claves:
desgaste
de
materiales,
soldadura
de
mantenimiento, recuperación de componentes, reparación de componentes.
INTRODUCCIÓN Material Unidad 4 | 3
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Para poder determinar qué proceso de recubrimiento o reparación se debe utilizar sobre un componente o elementos de una maquinaria, es necesario conocer cuáles son los mecanismos de desgaste al cual se encuentra expuesto, producto de su funcionamiento en terreno. Es así como en el primer tema se abordan los diferentes mecanismos de desgaste en los distintos componentes y elementos de maquinarias, producto de su función.
Luego como segundo tema se abordará las intervenciones que se pueden
realizar
desde
el
punto
vista
de
la
soldadura
de
mantenimiento, como elemento clave para la recuperación y reparación de los distintos componentes.
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Tema 1: Desgaste de Materiales 1.1. Definición
¿Qué es el desgaste de materiales? El desgaste puede ser definido como el daño superficial sufrido por los materiales después de determinadas condiciones de trabajo a los que son sometidos. Este fenómeno se manifiesta por lo general en las superficies de los materiales, llegando a afectar la sub-superficie.
¿Cuál es el resultado del desgaste?
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Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes Es la pérdida de material y la subsiguiente disminución de las dimensiones y por tanto la pérdida de tolerancias. Ningún elemento de máquina es inmune al desgaste; este fenómeno se manifiesta siempre
que
exista
carga
y
movimiento.
Ejemplo:
Cuchara,
pasadores, ejes de transmisión, etc. ¿Cuáles son los mecanismos de desgaste y como se puede prevenir? Los mecanismos de daño en los materiales se deben principalmente a deformación plástica, formación y propagación de grietas, corrosión y/o desgaste. Criterios para prevenir o combatir el desgaste: 1. Mantener baja la presión de contacto 2. Mantener baja la velocidad de deslizamiento 3. Mantener lisas las superficies de rodamientos 4. Usar materiales duros 5. Asegurar bajos coeficientes de fricción 6. Usar lubricantes
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¿Cómo se puede producir el desgaste? El desgaste puede producirse por contacto con: a) Otro metal (desgaste adhesivo), b) Un abrasivo metálico o uno no metálico (desgaste abrasivo), c) Líquidos o gases en movimiento (erosión y cavitación) El desgaste que implica un solo tipo es raro, y en la mayoría de los casos ocurren el desgaste abrasivo y el adhesivo. ¿Cuáles son las condiciones que afectan a los distintos tipos de desgaste? a. Ambiente b. Tipo de carga aplicada, velocidades relativas de las piezas que se acoplan c. Lubricante d. Temperatura e. Dureza f. Acabado superficial g. Presencia de partículas extrañas h. Composición i. Compatibilidad de las piezas de acoplamiento implicadas
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Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes 1.2 CLASIFICACIÓN ¿Cuáles son los tipos de desgaste que se generan en las superficies? Desgaste Adhesivo Se produce debido a que entre dos superficies metálicas, existen pequeñísimas salientes que producen fricción por interferencia mecánica, con movimiento relativo de las superficies en contacto que incrementan la resistencia para movimiento posterior. a. Las partículas entrelazadas se deforman. b. Si son de un material frágil, pueden arrancarse Por lo que se llega a la conclusión de que la resistencia al desgaste se mejorará: • Evitando el contacto metal-metal • Incrementando la dureza • Aumentando la tenacidad para resistir la separación violenta de las partículas metálicas • Incrementando el acabado superficial para eliminar salientes. La adhesión conlleva además al soldado en frío de las superficies. Desgaste Abrasivo El desgaste por abrasión, que es el más común en la industria, se define como la acción de corte de un material duro y agudo a través de la superficie de un material más suave. Tiende a formar ralladuras profundas cuando las partículas duras penetran en la superficie, ocasionando deformación plástica y/o arrancando virutas. Material Unidad 4 | 8
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El desgaste abrasivo ocurre cuando partículas duras se deslizan o ruedan bajo presión a través de una superficie, o cuando una superficie dura se frota a través de otra. Las partículas arrancadas por rozamiento del objeto más duro tienden a rasguñar o acanalar al material más suave.
En abrasión a dos cuerpos, el desgaste es causado por rugosidades duras pertenecientes a una de las superficies en contacto, mientras que la abrasión a tres cuerpos, el desgaste es provocado por partículas duras sueltas entre las superficies que se encuentran en movimiento relativo. Desgaste por Fatiga Este tipo de desgaste ocurre cuando piezas son sometidas a elevados esfuerzos fluctuantes, los cuales provocan la aparición y propagación de grietas bajo la acción repetitiva de estos. Por esto, es importante el buen acabado superficial y la correcta selección y filtrado de los lubricantes.
Desgaste Erosivo Material Unidad 4 | 9
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El desgaste erosivo es un fenómeno que afecta gran cantidad de elementos de máquinas en las industrias minera y alimenticia, así como: turbinas hidráulicas, implementos agrícolas, sistemas de bombeo y dragado en ríos y minas, al igual que piezas específicas usadas en las industrias petrolífera y petroquímica, entre otras muchas aplicaciones. Con este tipo de desgaste, no solo se tiene perdida de material y la consecuente falla de las piezas, sino que está asociado a perjuicios financieros en virtud del tiempo asociado a la reparación de equipos y substituciones de los componentes desgastados. Desgaste por fricción El desgaste por fricción ocurre entre dos superficies en contacto (no necesariamente
moviéndose
tangencialmente),
las
cuales
experimentan pequeñas oscilaciones. Desgaste por fretting es comúnmente observado en los cubos de las ruedas de vehículos, entre las esferas y su camino de rodadura en un rodamiento de bolas, en los puntos de contacto entre dos engranajes, entre otros ejemplos.
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Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes Tema 2: Soldadura de Mantenimiento 2.1. Función ¿Cuál es la función de la soldadura de mantenimiento? La función es volver a poner el equipo en el funcionamiento en las mismas condiciones originales. Primero es necesario identificar el material a ser soldado. Las personas que trabajan en el mantenimiento se encuentran con una gran variedad de aceros y normas.
Muchas veces la
composición química varió con el tiempo del uso de acero. Una vez que uno sepa exactamente cuál es el material a soldar (el material de base) es necesario determinar el proceso y el procedimiento de la soldadura. El uso de un software apropiado puede lograr la simulación previa de la soldadura, permitiendo la predeterminación del número de pasadas, del número de electrodos que serán consumidos (para cada tipo y diámetro) y de los tiempos de soldadura. Las secuencias de soldadura y las geometrías de las juntas deben ser cuidadosamente estudiadas, antes de la operación, para que no surjan deformaciones excesivas en las piezas o tensiones internas. Las distorsiones
son
especialmente
serias
en
la
soldadura
de
mantenimiento, porque es hecha en una estructura lista. Si las tensiones residuales no pudieren ser evitadas, entonces deben ser aliviadas con un tratamiento térmico subsiguiente. Este tratamiento es Material Unidad 4 | 11
Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes normalmente difícil realizar. Normalmente no se puede llevarse la pieza a un horno. Entonces el tratamiento térmico debe ser local. 2.2 Intervenciones Entre las intervenciones para la maquinaria pesada podemos distinguir la reparación y la recuperación de componentes. Las recuperaciones no solo se limitan al empleo de soldadura, ya que por lo general se trabajan piezas dañadas, con importante pérdida de geometría, sometidas a exceso de cargas, desgaste y corrosión.
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Reparaci贸n y fabricaci贸n de cilindros hidr谩ulicos.
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Reparación y evaluación de suspensión de camiones de alto tonelaje.
Recubrimiento y recuperacion de piezas por soldadura El recubrimiento y recuperación de piezas consiste en la aplicación de un material de aleación especial sobre una pieza metálica mediante diversos procesos de soldadura, con el fin de mejorar la resistencia al desgaste y/o recuperar las dimensiones apropiadas. La propiedad que generalmente se quiere mejorar es la resistencia al desgaste producto de la abrasión, impacto, adhesión, calor, corrosión o una combinación de cualquiera de estos factores. Existe una amplia gama de aleaciones de recubrimiento apropiadas para casi cualquier pieza metálica. Algunas aleaciones son muy duras, otras son más suaves con partículas dispersas de alta resistencia a la abrasión. Algunas aleaciones están diseñadas para llevar una pieza hasta una dimensión determinada, mientras que otras están diseñadas para obtener una capa antidesgaste que proteja la superfi cie de trabajo. Material Unidad 4 | 14
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El aumento de dimensión mediante la aplicación de un material de relleno, se puede utilizar para volver una pieza a su dimensión original.La capa final de recubrimiento, se puede utilizar para otorgar a la pieza una resistencia adicional contra el desgaste. ¿Por qué es necesaria la recuperacion o recubrimiento de piezas? 1.- Reducir costos La aplicación de un material de recubrimiento a una pieza metálica desgastada, para proporcionarle una condición similar a la de una pieza nueva, constituye por lo general entre un 25 - 75% del costo de un repuesto nuevo. 2.- Prolongar la vida útil del equipo El recubrimiento extiende la vida útil de una pieza entre un 30 y un 300%, en comparación a una pieza no revestida. 3.- Menor pérdida de tiempo Gracias a la mayor duración de las piezas, se requieren menos interrupciones en el trabajo para reemplazarlas. 4.- Reducción del inventario de repuestos No hay razón para mantener un gran stock de repuestos cuando existe la alternativa de recuperar las piezas devolviéndoles sus dimensiones originales. El recubrimiento y la recuperación de piezas se utilizan básicamente en dos áreas: Material Unidad 4 | 15
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1.-
La recuperación de piezas devolviéndoles sus dimensiones
originales. Esto se logra mediante la aplicación sólo de capas de relleno o bien de relleno y de recubrimiento antidesgaste. En ambos casos, las propiedades de la pieza reacondicionada, son generalmente superiores a las de la pieza original. Por otro lado las piezas metálicas que permanecen en buen estado pueden volver a ser recuperadas una y otra vez, si se siguen los procedimientos adecuados. 2.- La protección contra el desgaste de piezas metálicas nuevas. La capa de recubrimiento antidesgaste, se utiliza tanto en piezas nuevas como también en usadas, en aquellas zonas donde las piezas son más susceptibles de desgaste. La capa final de alta aleación ofrece una resistencia superior al desgaste en comparación con la resistencia del material base original. Esto a menudo duplica o triplica la vida útil del componente en relación a una pieza que no ha sido recubierta. En algunos casos el recubrimiento puede aumentar el valor del equipo, pero esto se compensa empleando materiales base de menor costo. Selección de aleaciones Con el fin de determinar el tipo de aleación requerido para una aplicación
determinada,
se
deben
responder
las
siguientes
interrogantes. l.- ¿Qué proceso de soldadura se prefiere o es recomendable utilizar? ll.- ¿Cuál es el metal base a recuperar o recubrir? lll.- ¿Cuáles son los factores o mecanismos de desgaste involucrados? lV.- ¿Qué acabado superficial se requiere? Material Unidad 4 | 16
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Acabado Superficial ¿Debe el depósito ser mecanizado, rectificado o cortado a llama? ¿Debe el componente ser tratado térmicamente?, ¿Es aceptable el alivio de tensiones por agrietamiento? Estas interrogantes se deben responder antes de seleccionar la aleación para el recubrimiento o recuperación de una pieza. EI tipo de aleación generalmente determina la calidad del acabado superficial de la pieza recuperada. Si se requiere una superficie suave o pulida para un servicio específico se debe considerar la factibilidad y los aspectos económicos relativos al mecanizado o fresado de la pieza. Algunas aleaciones deben ser tratadas térmicamente a fin de suavizarlas lo suficiente para el mecanizado y luego someterlas nuevamente a un tratamiento térmico para alcanzar la dureza apropiada y así obtener la máxima vida útil. Algunas aplicaciones, como trituración de rocas, pueden requerir intencionalmente una falta de suavidad para ayudar a retener el material que ingresa. En la familia de las aleaciones base carburos existen algunas que son, según su diseño, sensibles al agrietamiento y desarrollan el alivio de tensiones a través del agrietamiento de los depósitos de soldadura a medida que estos se enfrían. Estas grietas son necesarias para prevenir el desprendimiento o desgarramiento de los cordones y no debilitan o afectan las características antidesgaste de la aleación. Usualmente mientras más Material Unidad 4 | 17
Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes bajo es el porcentaje de carburos en la aleación, se producirán menos grietas en el depósito. Pero al ser más bajo el porcentaje de carburos, menor será su resistencia contra el desgaste. Ya que las aleaciones utilizadas para el recubrimiento y recuperación de piezas (tienen distinto grado de maquinabilidad) es preciso tener claro cual es el acabado superficial que se requiere, antes de seleccionar la aleación. A menudo es necesario un sacrificio en el grado de resistencia al desgaste para lograr el acabado superficial requerido.
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Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes Guia para la recuperacion de piezas (extraido de Manual de Soldadura de Mantenimiento Indura)
Elemento
Observaciones Rodillos Reconstruir las dimensiones hasta quedar a 5 mm del tamaño original con Build-Up 24 o Build-Up 28. Aplicar una capa final con Weldmang Crom o Antifrix 550.
Zapatas para orugas Comience la aplicación en las uñas. Reconstruya usando Build -Up 28 o Weldmang Crom hasta quedar a 5 mm del tamaño original. Aplique la soldadura de la forma mostrada en la fi gura. La capa fi nal puede ser de Antifrix 350 o Antifrix 450. Las zapatas pequeñas pueden ser recuperadas usando exclusivamente Antifrix 450.
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Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes Poleas Reconstruir las dimensiones hasta quedar a 5 mm del tamaño original con Build-Up 24 o Build-Up 28. Aplicar una capa final con Weldmang Crom, Weldmang 14 o Antifrix 350.
Talones de aguilón Usando un patrón para ajustar la geometría de la pieza. Recupere usando Weldmang 14, Weldmang Cast o Antifrix 350.
Adaptadores para diente de cucharón Revista toda la superficie con cordones rectos, siga patrones similares a los de la figura. Aplique electrodo Overlay 60. Si el impacto es bajo y la abrasión severa use el electrodo Overlay 62.
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Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes Dientes para cucharón Aplique el revestimiento alrededor del diente, hasta 5 cm por sobre la punta. Los depósitos aplicados detrás de la superficie recuperada de la punta reducen el desgaste. Use el electrodo Overlay 60. Si el impacto es bajo y la abrasión severa use el electrodo Overlay 62. Si los materiales que atacan el diente son muy fi nos, recubra completamente el diente. Rodillos para orugas de tractor Si los rodillos están provistos de cojinetes anti-fricción éstos deberán quedar sumergidos en agua durante el procedimiento de soldadura. Use elec trodos Antifrix 350 o Antifrix 550. Disponga los cordones a lo ancho de la pieza llegando hasta la pestaña en caso necesario. No se requiere esmerilar todas las superfi cies, solo los puntos muy salientes.
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Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes Bordes del cucharón Use electrodos Overlay 60 en las zonas inferiores y laterales con reticulado de acuerdo a la fi gura. El borde de ataque debe ser recuperado de forma continua. Si el impacto es bajo y la abrasión severa use el electrodo Overlay 62. Para evitar el sobrecalentamiento de las piezas de acero al manganeso use cordones cortos en zonas no adyacentes. Rodillos para tractor Si es necesario recupere las dimensiones originales usando Indura Build-Up 24 o Build-Up 28 hasta quedar a 5 mm de las dimensiones originales. Usando Antifrix 550 o Antifrix 350 aplique cordones de soldadura a lo largo del perímetro del rodillo. Muñones de Buldózer Retire los cojinetes de los muñones. Aplique sobre el área desgastada, use electrodos Weldmang 14, Weldmang Crom o Alloy 160.
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Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes Cuchillas para Bulldózer Precaliente a 200ºC. Suelde cordones alternados hasta formar un depósito continuo de unos 4 cm de ancho. Use electrodos Overlay 60, Si el nivel de impacto es bajo use electrodos Overlay 62.
Garras de Zapata para tractor Es permisible que las zapatas se desgasten hasta que las orugas comiencen a perder tracción. Reconstruya el travesaño hasta la altura original soldando una barra de acero estructural a la zapata con electrodos de bajo contenido de hidrogeno, con pases anchos a elevada temperatura. La parte superior de la garra debe recubrirse con Weldmang 14 o Weldmang Crom. Repita el proceso a medida que las piezas se van desgastando.
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Unidad 4. RecuperaciĂłn y Reparaciones de sus Componentes Shank ripper En la parte superior y en los costados del diente deposite cordones del electrodo Borium hasta 5 cm por sobre el ďŹ lo. Termine de recubrir los costados y la zona superior con Overlay 62 0 65.
Dientes para escariďŹ cador Aplique electrodo Borium comenzando en la punta y extienda el deposito hasta 5 cm por sobre el filo. El mango del diente puede protegerse con cordones de Overlay 62.
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PARA PROFUNDIZAR ALGUNOS TEMAS HAGA CLIC EN LOS SIGUIENTES LINKS: Manuales de Soldadura: Manuales de soldadura enfocada a mantenimiento de piezas y componentes de máquinas Videos de Soldadura: Videos sobre soldadura, ¿Qué es la soldadura? Y sus tipos. Ensayo: de Desgaste: Video del procedimiento del ensayo de desgaste.
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Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes CONCLUSIONES: Es así como en esta unidad hemos definido el concepto de desgaste, que puede ser definido como el daño superficial sufrido por los materiales después de determinadas condiciones de trabajo a los que son sometidos. El resultado del desgaste, es la pérdida de material y la subsiguiente disminución de las dimensiones y por tanto la pérdida de tolerancias. El desgaste que implica un solo tipo es raro, y en la mayoría de los casos ocurren el desgaste abrasivo y el adhesivo. Entre los tipos de desgaste podemos encontrar: abrasión, adhesión, corrosión, fatiga, erosivo y friccion, siendo el mecanismo de abrasión el más recurrente en maquinaria pesada. Finalmente se definió en que consiste la soldadura de mantenimiento, así como su función y los procedimientos que se deben llevar a cabo para su correcta ejecución. Luego distinguimos las intervenciones más comunes para los elementos y componentes de maquinarias, reparación y recuperación, las cuales tienen como función trabajar en piezas dañadas con importante pérdida de geometría, sometidas a excesos de cargas, desgaste y corrosión. Por último establecimos la importancia de la recuperación o recubrimiento de piezas, así como una guía para la recuperación de distintas piezas pertenecientes a maquinarias.
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Unidad 4. Recuperación y Reparaciones de sus Componentes Bibliografía: William F. Smith & Javad Hashem (2006) Fundamentos de la ciencia e Ingeniería de Materiales (4ª ed.) España. McGraw-Hill Interamericana de España S.L Donald R. Askeland, Pradeep P. Phulé (2004) Ciencia e ingeniería de los materiales (4° ed.) Thomson INDURA. (Marzo 2010). Manual para la recuperación y protección antidesgaste de piezas. Capítulo 5. Deterioro de los materiales. Recuperado el 23 de agosto del 2008 desde el sitio web: http://es.slideshare.net/raecabrera/capitulo-5deterioro-de-los-materiales-9247562
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