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División soldadura Estabilizado de Tensiones por Vibración Presentación General METRONIC S.A - Tel: 943121400 - Fax:943121750 - Mov: 650830448 - [email protected] - www.metronicnet.com El alivio de tensiones por vibración se está convirtiendo en una alternativa real y efectiva al tratamiento térmico por horno. El estabilizado por vibración se está utilizando en todo el mundo con resultados plenamente satisfactorios. Aplicable a una gran variedad de materiales, no tiene efectos negativos en las piezas a estabilizar. Las tolerancias de las piezas se mantienen. Las tensiones residuales se generan por diferentes motivos: en fundiciones, mediante las fuerzas de contracción que surgen a medida que la pieza se solidifica; en la elaboración de metales, debido a las características elásticas del material; al cortar metal, por la acción cortante que va siempre acompañada de deformación; al soldar, debido a la expansión y contracción del material; al mecanizar, etc. Frecuentemente, estas tensiones son de tal magnitud que es preciso atenuarlas para prevenir la excesiva distorsión o agrietamiento de la pieza. En la mayoría de los casos, las tensiones residuales en los metales son causadas por la deformación de partes de la estructura cristalina interna del propio material. Para restaurar esta retícula interna, es necesaria la introducción de energía a la pieza. El F62 introduce esta energía a la pieza mediante la aplicación de vibraciones de baja frecuencia que atenúan las tensiones internas del material en cuestión.

Estabilizador de Soldadura Por Vibracion

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    Estabilizado de Tensiones por VibracinPresentacin General

    METRONIC S.A - Tel: 943121400 - Fax:943121750 - Mov: 650830448 - [email protected] - www.metronicnet.com

    El alivio de tensiones por vibracin se est convirtiendo en una alternativa real y efectiva al tratamiento trmico por horno. El estabilizado por vibracin se est utilizando en todo el mundo con resultados plenamente satisfactorios. Aplicable a una gran variedad de materiales, no tiene efectos negativos en las piezas a estabilizar. Las tolerancias de las piezas se mantienen.

    Las tensiones residuales se generan por diferentes motivos: en fundiciones, mediante las fuerzas de contraccin que surgen a medida que la pieza se solidifica; en la elaboracin de metales, debido a las caractersticas elsticas del material; al cortar metal, por la accin cortante que va siempre acompaada de deformacin; al soldar, debido a la expansin y contraccin del material; al mecanizar, etc.

    Frecuentemente, estas tensiones son de tal magnitud que es preciso atenuarlas para prevenir la excesiva distorsin o agrietamiento de la pieza.

    En la mayora de los casos, las tensiones residuales en los metales son causadas por la deformacin de partes de la estructura cristalina interna del propio material. Para restaurar esta retcula interna, es necesaria la introduccin de energa a la pieza.

    El F62 introduce esta energa a la pieza mediante la aplicacin de vibraciones de baja frecuencia que atenan las tensiones internas del material en cuestin.

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    Estabilizado de Tensiones por VibracinUna alternativa al tratamiento trmico

    METRONIC S.A - Tel: 943121400 - Fax:943121750 - Mov: 650830448 - [email protected] - www.metronicnet.com

    Definicin de Esfuerzos ResidualesUno de los principales problemas a los que se enfrenta el mundo

    del Metal es la acumulacin de esfuerzos o tensiones que provocan la deformacin y la prdida de la estabilidad dimensional. Fabricantes de aceros, de mquina-herramienta, matriceros, caldereras, fundiciones, empresas de mecanizado, etc pueden experimentar problemas con la retencin de tolerancias dimensionales en la produccin de sus piezas.

    Podemos definir las tensiones residuales como cualquier esfuerzo en un cuerpo elstico que se encuentre libre de fuerzas o restricciones externas y de cambios o gradientes de temperatura.Los esfuerzos, cuando no son iguales, pueden ocasionar deformaciones del material. Grandes esfuerzos en un lado de la pieza provocan movimiento o deformacin. Si los esfuerzos son iguales a lo largo de toda la pieza, se compensan y no hay deformacin. Si el desequilibrio es demasiado grande, la pieza jams volver a su condicin anterior.

    Tratamiento de los esfuerzos residualesPara tratar de devolver a la estructura metlica interna su forma

    ideal, hay que introducir energa dentro del metal. El estabilizado por tratamiento trmico es el mtodo ms conocido pero no el nico.

    En el tratamiento por horno, las temperaturas altas reducen las tensiones en el material. Este tipo de alivio de esfuerzos, aunque generalmente resulte efectivo, tiene varios defectos y limitaciones. El costo es elevado, el proceso es de larga duracin y frecuentemente da por resultado el deterioro de las propiedades de los materiales. Los gastos generados en cuanto a transporte tambin son importantes.

    Muchas empresas de la industria metalrgica han expresado sus deseos de disponer de instalaciones para reducir los esfuerzos residuales durante el proceso de fabricacin. Esto origina gastos prohibitivos y muchas veces es logsticamente imposible de conseguir si se utiliza el proceso de tratamiento trmico.

    El mtodo por vibracin introduce energa dentro de la pieza a estabilizar. Para la red de tomos con tensiones, no existe diferencia entre la energa trmica y la introducida por vibracin. Esta energa vuelve a alinear la estructura interna del material aliviando los esfuerzos y estabilizando la pieza sin sufrir deformaciones.

    El tratamiento por vibracin se puede usar para estabilizar piezas que presentan tensiones debido a procesos de mecanizado, fresado, rectificado, troquelado, escariado, estampado, perforado, cepillado, forjado y soldado.

    Estabilizador de Tensiones METRONICLa compaa METRONIC S.A. lleva muchos aos implantando el

    uso de un mtodo de alivio vibratorio de tensiones (muy efectivo y sin calor) basado en la resonancia de vibraciones. La vibracin se ha convertido ahora en un proceso ampliamente aceptado por la industria, cuyo proceso, fcil de usar, hace posible mejorar el control dimensional y aumenta el lmite elstico de la pieza sin producir ninguna prdida en la resistencia a la fatiga.

    El mtodo se basa en la introduccin de vibraciones de baja frecuencia y alta amplitud durante un breve perodo de tiempo basado en el peso de la pieza a estabilizar.

    Se ha comprobado que las vibraciones resonantes son el mtodo ms efectivo para reducir los esfuerzos residuales por medio de vibraciones. El proceso mediante frecuencias resonantes produce una redistribucin de esfuerzos ms pronunciada en comparacin con los mtodos con frecuencias subresonantes o subarmnicas.

    Las vibraciones de baja frecuencia proporcionan energa de gran amplitud y son muy eficientes en la reduccin de los picos de esfuerzos residuales en las piezas metlicas y estructuras de componentes soldados.

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    Estabilizado de Tensiones por VibracinUna alternativa al tratamiento trmico

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    Aplicacin del estabilizador F62El equipo F62 consta de un vibrador de velocidad variable que se

    aplica a la pieza y de una consola electrnica encajada dentro de un gabinete porttil que se puede desplazar a cualquier parte de la planta de produccin.

    A la pieza a estabilizar tambin se le aplica un acelermetro que detecta las vibraciones y transmite la seal a la consola por medio de un cable coaxial. Se determina el punto de resonancia de la pieza, cuya bsqueda queda plasmada por medio de una grfica que imprime la consola.

    El punto de resonancia se determina variando la velocidad del vibrador hasta alcanzar la amplitud deseada. Una vez localizado, se vibra la pieza por un tiempo en relacin al peso (ver grfico). El tiempo de trabajo puede variar entre diez minutos y una hora dependiendo del tamao de la pieza. Si se trata de una pieza muy grande, sernecesario aplicar el equipo en varios puntos diferentes.

    La grfica que vemos debajo representa el tiempo mnimo al que debemos someter a vibracin a la pieza; si nos excedemos en el tiempo de aplicacin no ocurre nada pues el exceso de vibracin no genera efectos negativos en el material.

    Tiempo mnimo

    vibracin en

    minutos

    Peso

    El equipo F62 puede trabajar tambin en modo automtico. La mquina trabajar durante 15 minutos en tres ciclos distintos de velocidad. Esto es suficiente para estabilizar una pieza de hasta 10 toneladas de peso. Para piezas mayores se emplearn dos perodos consecutivos de 15 minutos.

    Para un buen estabilizado de han de cumplir dos reglas bsicas: aislar la pieza del suelo tanto como sea posible para hacerla vibrar con libertad y aplicar de manera firme el vibrador a la pieza mediante sargentos de apriete, tornillos, etc.

    Para piezas pequeas, de precisin, de fundicin y pequeos conjuntos soldados, el F62 incorpora como accesorio, la mesa vibradora Loadmaster 2000. Dispone de una suspensin neumtica totalmente ajustable que le ofrece un excelente aislamiento y que trabaja con el suministro de aire de cualquier taller. El motor se aplica por debajo de la mesa y sta transmite la vibracin. La mesa vibradora hace posible el alivio de esfuerzos residuales en moldes, juegos de matrices, pequeos ejes, etc, pudindose amarrar varias piezas a la vez durante el mismo tratamiento.

    Estabilizado de eje sobre mesa vibratoria

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    Estabilizado de Tensiones por VibracinUna alternativa al tratamiento trmico

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    Prestaciones y limitaciones del F62El proceso de estabilizado se puede usar en una amplia variedad

    de metales ferrosos y no ferrosos, incluyendo aceros al carbono,aceros inoxidables, aluminio, hierro fundido, manganeso, etc. Adems es aplicable en una gran variedad de formas y tamaos.

    El tratamiento por vibracin no es tan efectivo en materiales laminados en fro, extrudos, endurecidos por deformacin plstica, trabajados en fro y materiales endurecidos por solidificacin de una fase.

    El F62 no puede evitar o eliminar deformaciones o combaduras debidas a los efectos del calor y no alisar ni enderezar piezas.

    Una de las ventajas ms destacadas del estabilizado por vibracin es su capacidad para aliviar tensiones en cualquier momento de la etapa de fabricacin, como por ejemplo, despus del desbastado, el perforado o el rectificado. En la foto inferior podemos ver la aplicacin de vibracin a un paquete de chapa recin recepcionado de cara a reducir torsiones tras pasar por la lnea de corte.

    Para construcciones soldadas, el alivio de esfuerzos se puede realizar durante la soldadura, lo que es de gran ayuda en la prevencin de la acumulacin de esfuerzos que podran provocar la quebradura o deformacin de algunas secciones. La soldadura produce grandes cambios de temperatura en poco tiempo; si aplicamos vibracin mientras soldamos o inmediatamente despus del soldeo, atenuamos enormemente las tensiones generadas.

    Una alternativa en el alivio de esfuerzosNinguno de los tratamientos que existen informa en relacin a las

    tensiones que se han eliminado.El equipo F62 es un estabilizador de tensiones, una herramienta

    ms del taller; no nos permite el medir tensiones iniciales y tensiones finales. Para medir esfuerzos residuales, hay una serie de mtodos ms o menos costosos como los rayos-x, por ejemplo.

    Tenemos que considerar al F62 como una alternativa al resto de tratamientos pero con una serie de ventajas clave: controlamos el proceso en nuestro propio taller, lo podemos llevar a cabo en cualquier momento del proceso de fabricacin y mantenemos las propiedades del material y la pieza dentro de tolerancias.

    Si el fabricante sigue llevando las piezas a horno porque siempre se ha hecho as, es necesario un cambio de mentalidad. El ahorro en gastos de transporte va a ser total y el acabado de las piezas va a ser el mismo.

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    Estabilizado de Tensiones por VibracinUna mquina de fcil manejo

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    Manejo del estabilizador de tensionesLa forma de trabajar con el estabilizador es extremadamente

    sencilla. Simplemente hay que cumplir dos reglas: aislar perfectamente del suelo la pieza a distensionar y amarrar firmemente el motor vibrador a dicha pieza.

    Con el control de vibracin de la consola controlaremos la frecuencia de vibracin y con un acelermetro que tambin se fija a la pieza, visualizaremos cmo est vibrando sta. La impresora de la mquina registra el trabajo que hemos realizado.

    El acelermetro nos puede ayudar a buscar el punto de resonancia de la pieza. La resonancia es el punto en el que las molculas metlicas se estn agitando con mayor excitacin. Es el punto ptimo para estabilizar. La bsqueda de la resonancia por medio del acelermetro nos puede llevar de uno a dos minutos, pero de sta manera, reduciremos enormemente el tiempo de vibracin al que vamos a someter a la pieza.

    Hay muchos usuarios que no buscan la resonancia de la pieza; simplemente eligen una frecuencia de vibracin segn el peso de la pieza y la dejan vibrando por debajo de la resonancia durante ms tiempo.

    La mquina tambin puede trabajar en modo automtico. Trabaja durante 15 minutos en tres ciclos de 5 con tres frecuencias de vibracin diferentes.

    El estabilizador puede trabajar hasta con piezas de 150 toneladas. Cuando se trata de piezas grandes, suele haber que aplicar el motor de vibracin en varios puntos. Lo ideal es ir colocando el motor cada 3 metros.

    El aislamiento ideal es la goma o, en su defecto,

    madera

    El motor se fija mediantesargentos de apriete

    El acelermetro se fija al motor

    El acelermetro se puede fijar tambin

    a la pieza

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    Estabilizado de Tensiones por VibracinEjemplos de clientes en Espaa

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    Componente de mquina especial Base para pie de mquina

    Bancada Mesa de mandrinadora

    Maquina para industria minera Chasis de prensa

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    Estructura Paquetes de chapa antes del corte

    Moldes para bloques de hormign Utillaje de aluminio para alas de avin

    Mesa para ser mecanizada Gra torre

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    Marco para puertas de horno Cabezal de mandrinadora

    Chapn antes del corte Molde

    Yugo para coladas de acero Tubera soldada

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    Estabilizado de Tensiones por VibracinEjemplos de clientes en Espaa

    METRONIC S.A - Tel: 943121400 - Fax:943121750 - Mov: 650830448 - [email protected] - www.metronicnet.com

    Utillaje de aluminio Carcasa de motor

    Utillaje de alto factor de seguridad Carro de prensa de 20 ton.

    Mquina conforme a normativa C.E.

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    Estabilizado de Tensiones por VibracinComparativa entre vibracin y temperatura

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    120

    60

    4025

    15 10 5 0

    -100

    270

    -150

    -100

    -50

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30

    Initial Residual Stress Stress After Vibratory Stress ReliefStress After Heat Treatment

    N/mm2

    Fuente: American Society for testing and Materials (Philadelphia, 1988)

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    Estabilizado de Tensiones por VibracinComparativa entre vibracin y temperatura

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    8. CONCLUSIONES

    En primer lugar, se observa que mientras las muestras que haban sido tratadas con calor reflejan una disminucin de la resistencia a la tensin y un aumento de la elongacin, como era de esperar, el mtodo de vibracin prcticamente no altera esos valores, no se tiemplan, normalizan o endurecen por calor ni modificar las propiedades mecnicas del material.

    En segundo lugar, las energas absorbidas en la prueba de impacto son prcticamente las mismas. Ninguna de las muestras se rompi, lo que indica que el material soldado es dctil porque tiene una cantidad considerable de ferrita, como se puede observar en las micrografas. La disminucin en la dureza resultante de ambos tratamientos fue similar, lo que indica una reduccin efectiva de tensiones residuales.

    La conclusin de que se podra alcanzar sera que el calor y mtodos de vibracin son equivalentes para propsitos prcticos. Los autores acuerdan, sin embargo, que una prueba realizada con una sola pieza de la muestra tratada con cada mtodo no es suficientemente representativa para llegar a conclusiones vlidas. No obstante, los autores creen que la conclusin preliminar de este trabajo puede alentar a otros investigadores a considerar seriamente la posibilidad de una investigacin ms a fondo del mtodo de vibracin para alivio de la tensin.

    En algunos casos, el alivio de tensin por vibracin puede ser utilizado como una opcin ms conveniente para el tratamiento trmico, como por ejemplo cuando la pieza es demasiado grande para ser transportada y colocada en un horno. En estos casos, la posibilidad de llevar a cabo el alivio de tensin en el lugar, sin necesidad de mover la pieza es una clara ventaja. Un ejemplo sera una torre petroqumica.

    Por otra parte, piezas en cantidades grandes y fciles de manejar, como secciones de tuberas prefabricadas, pueden ser convenientemente termo tratadas en un horno por grupos.

    XXX CONSOLDA Congresso Nacional de SoldagemDel 13 al 15 de septiembre del 2004 Rio de Janeiro RJ

    Fuente: ENSAM (Pars) para INASMET (San Sebastin)Valores de tensiones obtenidos sobre cordn de soldadura.

    2526250

    2432246

    2527234

    2726287

    3228215

    Acero al carbono tipo F-114

    TR aliviadas mediante vibracinTR aliviadas mediante TTTR sin aliviar

    -15-4-85

    -10-16-94

    9-34-112

    -1212-97

    15-9-154

    Acero al carbono tipo F-114

    TR aliviadas mediante vibracinTR aliviadas mediante TTTR sin aliviar