CARACTERIZACIÓN DE UNIONES SOLDADAS EN CARROCERÍAS AUTOMOTRICES MEDIANTE
ANÁLISIS VISUAL A CAPA GALVÁNICA
Leonardo Josué Torres Loor
Instituto Superior Tecnológico “Luis Arboleda Martínez”,
Manta, Manabí, Ecuador.
torres.l.8556@istlam.edu.ec
https://orcid.org/0009-0009-6211-471X
Dayanna Jamileisy Mendoza Espinales
Instituto Superior Tecnológico “Luis Arboleda Martínez”,
Manta, Manabí, Ecuador.
https://orcid.org/0009-0006-5467-0386
Eudaldo
Renan Saltos Loor
Instituto
Superior Tecnológico “Luis Arboleda Martínez”, Manta,
Manabí,
Ecuador.
https://orcid.org/0009-0002-2971-2872
José Ricardo
Macías Barberán
Universidad
Técnica de Manabí. Departamento de Ciencias Agronómicas. Portoviejo, Manabí,
Ecuador.
jose.macias@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-2857-6867
Autor para correspondencia: torres.l.8556@istlam.edu.ec
Recibido: 27/04/2024 Aceptado: 01/06/2024 Publicado:
12/07/2024
La finalidad de esta investigación fue analizar por medio
de herramientas visuales el porcentaje de deformación y pérdida de la capa protectora
de zinc en las láminas de carrocerías utilizando soldadura con alambre Mig-Brazing
y comparar su calidad con la soldadura oxiacetilénica, comúnmente utilizada en talleres
de reparación artesanal de carrocerías en el Ecuador, las láminas de ensayo fueron
sometidas en solución salina, provocando que la corrosión acelere su proceso. Para
llevar a cabo el proceso se estableció estudiar las utilidades de transformación
de galvanización en presencia de la corrosión, posteriormente se comenzó a detallar
el equipo necesario para la soldadura con hilo Mig-Brazing CuSi3 y por último se
realizaron las pruebas respectivas de soldaduras en láminas de carrocerías con el
alambre Mig-Brazing CuSi3 y someter el cordón de soldadura a proceso corrosivo,
para determinar el porcentaje de eliminación de la capa de protectora de zinc se
llevó a cabo un análisis de inspección visual en la que se determinó que la soldadura
oxiacetilénica desprendió en mayor cantidad la capa protectora de zinc frente a
la soldadura Mig y se evidenció una mayor característica, distintiva entre ambas
sueldas. Las evidencias demuestran que la solución salina al llevar las láminas
a un proceso de corrosión controlada en ellas se pudo demostrar el nivel de avance
de la corrosión entre ambas sueldas. Quedo demostrado que la soldadura Mig-Brazing
CuSi3 es su
eficiente al evitar reventar la capa de zinc evitando que el metal base se oxide
y brindar protección a largo plazo.
Palabras clave: Carrocerías, corrosión, deformación, galvanización, láminas, soldadura.
The purpose of this
research was to analyze, using visual tools, the percentage of deformation and loss
of the protective zinc layer in the bodywork sheets when using Mig-Brazing wire
welding and compare its quality with oxyacetylene welding, commonly used in workshops.
of artisanal body repair in Ecuador, for which the test sheets were subjected to
saline solution, causing the corrosion to accelerate its process. To carry out the
process, it was established to study the utilities of galvanization transformation
in the presence of corrosion, subsequently the necessary equipment for welding with
Mig-Brazing CuSi3 wire began to be detailed and finally the respective tests of
welding on sheets were carried out. of car bodies with the Mig-Brazing CuSi3 wire
and subjecting the welding bead to a corrosive process, to determine the percentage
of removal of the zinc protective layer, a visual inspection analysis was carried
out in which it was determined that the oxyacetylene welding The protective layer
of zinc was released in greater quantity compared to Mig welding and a greater distinctive
characteristic between both welds was evident. The evidence shows that the saline
solution, by taking the sheets to a controlled corrosion process, could demonstrate
the level of corrosion advancement between both welds. It was demonstrated that
Mig-Brazing CuSi3 welding is efficient in avoiding bursting the zinc layer, preventing
the base metal from oxidizing and providing long-term protection.
Keywords: Corrosion, deformation, bodywork,
galvanization, sheets, welding.
INTRODUCCIÓN
Las soldaduras se dan por medio de un proceso de fusión
que consiste en utilizar calor originado por una llama, donde se obtiene a partir
de la combustión del gas acetileno con oxígeno, con el objetivo de desleír un metal. Debido a los inconvenientes que se producían
con las soldaduras, los fabricantes de vehículos impidieron la utilización de estos
equipos. A raíz de esta prohibición, se empezaron a utilizar los equipos de soldadura
MIG-MAG, estos conseguían soldar las piezas alcanzando una temperatura no superior
a los 1500 ºC, que comparado a los 3000 ºC de la soldadura oxiacetilénica, presumía
una mejora en cuanto a la eliminación de la capa protectora de las piezas soldadas.
(Gasso et
al., 2023)
El proceso de soldadura por fusión utilizando
el calor generado por la combustión del gas acetileno con oxígeno, implica el proceso
de deslizamiento de un metal mediante la aplicación de calor, como se indicó anteriormente
la prohibición de su uso, dio respuesta a que se adoptaran nuevos equipos como es
MIG-MAG considerándose una mejora especialmente en términos de la eliminación de
la capa protectora de las piezas soldadas.
De acuerdo con Romero (2021), la soldadura Mig-Brazing es aquella en la que el arco eléctrico
logra una temperatura de unos 850 ºC y el material de aportación es una aleación
de cobre y silicio al 3% (también conocido como CuSi3), todo esto protegido por
un gas inerte como puede ser el helio o el argón.
MATERIALES Y MÉTODOS
La investigación se
la realizó en la ciudad de Manta, en el Instituto Superior Tecnológico Luis Arboleda
Martínez en las instalaciones del laboratorio de mecánica automotriz, para llevar
a cabo el proceso se necesitaron de materiales, y la aplicación de métodos de soldadura.
·
Pistola para soldar
·
Gas protector (Argón)
·
Válvula de presión
·
Carrete de alambre
· Vestimenta de protección
· Cascos y protectores
· Delantal o chamarra de cuero
· Capucha o gorro de cuero
· Guantes
· Botas con punta de acero
El material de aportación se utiliza externamente mediante
varilla y si procede también fundente, esta varilla debe ser de la misma composición
que las piezas a unir.
Métodos
Según Varol (2016), indica que con
el fin de reducir el riesgo de la evaporación de zinc y la unión metalúrgica de
aceros con recubiertos, nuevos procesos de soldadura con un menor suministro de
calor han empezado a ganar fuerza, por ejemplo, el proceso de Mig – Brazing que
combina la ventaja del proceso MIG (que es la ata tasa de deposición, alta velocidad
de soldadura y adaptable a la automatización) y Brazing (sin ninguna fusión intensa
de las partes soldadas y sin ninguna alteración apreciable de las propiedades mecánicas
del metal base y el reclutamiento aplicado).
Para realizar el ensayo se utilizó
el método de soldadura Mig- Brazing CuSi3, que consiste en una suelda por arco, que utiliza como
gas protector el argón y como material de aporte el hilo continuo de cobre-sílice
(CuSi3).
Tipo de uniones
Unión a traslape de filete.
En esta unión las juntas van una sobre la otra,
utilizada generalmente en la carrocería de automóviles.
Fuente: Moreira et al. (2022)
Unión a traslape de tapón o ranura.
En esta soldadura una pieza se traslapa con otra
con el fin de soldar las ranuras o incisiones que se realicen en ellas.
Fuente: Moreira et al. (2022),
Las láminas de acero fueron cortadas con una cizalladora en dos trozos uniformes. Estas fueron correctamente
alineadas y encajadas, asegurando que las láminas no se desplacen.
Procedimiento de unión para
soldadura MIG en cupones de chapa revestida de zinc.
· Utilizar equipo de protección personal y
tener la sección donde se va a trabajar en orden evitando posibles accidentes.
· Revisar los materiales necesarios para el
proceso, como la máquina de soldar, el material de aporte contenido dentro de la
máquina (rollo de alambre), el gas de aporte (argón). Se bebe asegurar la correcta
superficie de contacto.
· Cortar las láminas de acero de la plancha
con una tijera de hojalatero, con medidas de 87,5 mm y 87,5 mm. Se realizaron agujeros
con la ayuda de un taladro con broca de 7,5 mm perforando la lámina que se ubicará
en la parte superior, se realizaron 5 ensayos o muestras con este alambre, con unión
de filete y 5 ensayos para unión de ranura.
· Ubicar la pinza de masa en un lugar cerca
para el correcto paso de la corriente. Además, es importante recalcar que la punta
del alambre de la pistola debe quedar corta.
· Comenzar a soldar a una distancia de 30-50
cm del ojo humano para evitar quemaduras.
La distancia del alambre a las láminas de
prueba debe ser al menos de 5 mm.
La soldadura
oxiacetilénica se lleva a cabo por la combustión del oxígeno y el acetileno que
es el gas con el mayor poder calórico, permitiendo que el metal de aporte fluya
fundido sobre la superficie del metal base.
En este
tipo de soldadura hay que verificar el estado de la boquilla y el soplete para evitar
el retroceso de la llama; así mismo mantener la distancia adecuada entre la boquilla
y la lámina a soldar.
Una vez
regulado el soplete, y elegido el material de aporte se distinguió la posición de
la varilla y el soplete. Se utilizó la posición a derecha en la cual el material
de aportación se situó detrás del soplete, el sentido de avance es tal que la llama
se dirige hacia la zona ya soldada.
Cabe destacar
que en este proceso de soldadura también se realizaron 5 pruebas de soldadura a
traslape o filete y 5 muestras de soldadura en unión a tapón. Con los mismos espesores
y medidas mencionadas anteriormente.
Prueba de solución salina- desprendimiento de zinc
Después
de realizados los procesos de soldadura, se determinará el nivel de calidad de las
láminas, de los ambos tipos de suelda empleados.
Del mismo modo luego se procedió a pesar todas las láminas
una vez limpias en su totalidad con la ayuda de una gramera de alta precisión MH-Series
Pocket Scale de capacidad MH-200 (200g/0,01g).
CUPONES
OXIACETILÉNICA PESO g CUPONES MIG PESO g CO1 83,63 CM1 85,78 CO1 84,73 CM2 86,35 CO3 85,45 CM3 85,47 CO4 83,62 CM4 86,56 CO5 82,28 CM5 88,73 CO6 83,83 CM6 82,68 CO7 85,09 CM7 81,29 CO8 84,85 CM8 83,39 CO9 84,80 CM9 84,98 CO10 84,54 CM10 81,48
Fuente: Moreira et al. (2022)
Para calcular
el desprendimiento de zinc en cada una de las láminas es necesario aplicar solución
con sal, y determinar por inspección visual cuál de las lamina tiene mayor aceleración
de oxidación.
De acuerdo
con Ferrer et al, (2015) manifiesta que la ASTM “American Society for Testing and
Materials y diversos grupos industriales se dedicaron a hacer estudios para eliminar
este problema y fue cuando se encontraron que al realizar pruebas en parachoques
de automóviles y partes plateadas había diferencias de 22 a 296 semanas, con materiales
de las mimas características, debido a los resultados obtenidos se concluyó que
la prueba de niebla salina era imprecisa en partes cromadas.
Según la
norma ASTM- 117, las proporciones de sal y agua necesarios son así; cloruro de sodio
al 5% y 1 litro de agua purificada.
Para lograr
estas proporciones se multiplicó 0.053*1000g, obteniéndose 53 gramos de solución
salina para litro de agua. (American Society for Testing Materials, 2011)
Una vez
realizada la mezcla, se procedió a hervirla a una temperatura controlada de 35°C
para ajustar sus niveles de Ph (6,5-7,2), luego las lamina se sumergieron en la
solución salina por 2 segundos.
Fuente: Moreira et al. (2022)
Para realizar
la prueba de solución salina se necesitaron 3,5 litros de agua con 185,50 gramos
de sal para sumergir en su totalidad las láminas en la solución salina.
Fuente: Moreira et al. (2022)
Luego se
procedió a retirar las muestras y se sumergieron en agua limpia para eliminar restos
de sal presentes en las placas. Luego se pusieron a secar. (American Society for Testing
Materials, 2011)
Las muestras
recubiertas de zinc fueron inspeccionadas cada 60 minutos durante 24 horas y se
atomizaron con la solución salina.
Fuente: Moreira et al. (2022).
Al final
del proceso se procedió a limpiar los cupones con agua a 38°C (100 °F) y una vez
secos se pesaron nuevamente.
RESULTADOS
Figura
6. Anverso cupones MIG.
Fuente: Moreira et al. (2022)
Figura
7. Reverso cupones MIG
Fuente: Moreira et al. (2022)
Por inspección visual se determinó que la forma de la soldadura
MIG presenta características visualmente estéticas con un acabado de costura simple
y presenta poco desprendimiento de zinc, es decir baja erosión del revestimiento
y las láminas de metal sufrieron levemente una deformación. No existió presencia
de escoria en la soldadura, únicamente en el cupón CM2 y CM6 pero ligeramente (figura
7).
Fuente: Moreira et al. (2022)
Figura
9. Reverso cupones oxiacetilénica
Fuente: Moreira et al. (2022)
Por inspección visual se pudo determinar que los cupones
sometidos a la soldadura oxiacetilénica con aporte presentaron un desprendimiento
de zinc bastante evidente y las características físicas de los cupones se perdieron
casi en su totalidad, pues estos cambiaron de color y presentación por varios lados
debido a que fueron sometidos a presiones muy altas de tal modo que se deformaron
considerablemente como se puede observar en las figuras 9 y 10. Además, desprendía
un polvo negro.
Antes de someter los cupones a la prueba de solución salina,
fueron limpiadas con un cepillo seco. De tal modo que se pudo apreciar el desprendimiento
de zinc en forma de polvo blanco y este tuvo un pesaje de 0,54 gramos en total de
los 10 cupones soldados con oxiacetilénica.
Figura
10. Desprendimiento de zinc oxiacetilénica
Fuente: Moreira et al. (2022)
Los 10 cupones soldados con MIG obtuvieron un desprendimiento
de zinc de 0,05 gramos en total, que en consecuencia significará que el proceso
de corrosión será aún más intenso.
Fuente: Moreira et al. (2022)
Al finalizar la prueba de solución salina los resultados
fueron los siguientes:
Cambio de peso de cupones sometidos a prueba de solución
salina.
Nota. Peso 1 (Peso de los cupones soldados y limpios antes de
la prueba salina). Peso 2 (Peso de cupones limpios después de la prueba de solución
salina). Diferencia de peso (peso 1 menos peso 2). Elaborado por los autores.
Como se puede observar, los cupones que pasaron por el proceso
de soldadura MIG, luego de la prueba de solución salina se obtuvieron 0,27 gramos
que se consideran material corrosivo.
Por otro lado, la soldadura oxiacetilénica obtuvo 0,50 gramos
de corrosión entre los 10 cupones, que comparado con la soldadura MIG es casi el
doble y es que las altas presiones y temperaturas incrementaron estos parámetros.
Y es que al tener mayor pérdida de zinc los cupones de oxiacetilénica quedaron mucho
más expuestas a la abrasión, desgaste y corrosión. Así mismo la temperatura a que
fueron sometidos los cupones en la prueba salina ayudaron mucho a acelerar el proceso
de corrosión.
El cambio de peso de cupones sometidos a prueba de solución
salina. Se representa en la siguiente figura.
Figura
12. Cambio de peso de cupones sometidos
a prueba de solución salina
Nota. Azul representa
el peso adicional de cupones soldados con MIG- Brazing y gris representa el peso
adicional en gramos de los cupones soldados con oxiacetilénica. La variación de
pesos está expresada en gramos.
Sin duda la
prueba de solución salina aceleró el proceso de corrosión y dejó en evidencia la
calidad de la soldadura MIG frente a la soldadura oxiacetilénica.
Se debe dejar en claro, que cuando se presenta la corrosión
también sucede la pérdida de masa, pero la corrosión va un poco más rápida que la
pérdida de masa.
DISCUSIÓN
El
proceso de
galvanización es
una tecnología utilizada en
el sector del automóvil para tutelar el
acero de
la corrosión, pero debido a
influencias ambientales externas, por ejemplo, la
capa de
zinc se
destruye durante el
proceso de
soldadura a
temperaturas muy severas. (Tello de León,
2019)
Los equipos utilizados para realizar la
soldadura fuerte MIG deben estar completos y
cumplir con las normas de
seguridad necesarias para garantizar la
calidad y reducir riesgos como perforación o
deformación del material a
soldar, deben cumplir con condiciones ambientales apropiadas.
Con ayuda
del análisis visual
y las pruebas
salinas, se puede
determinar nivel de calidad
de las soldaduras
MIG en comparación
con la soldadura
con oxicombustible que
utiliza metal de
aportación. (Moreira Cedeño
y Chiquito Rodríguez, 2022)
El nivel de calidad de ambas
soldaduras es muy diferente. Esto se debe a que la soldadura con oxicombustible
tiene mayor adherencia y libera más zinc, lo que resulta en una oxidación más rápida
que la soldadura MIG respetuosa con el medio ambiente. Zinc, liberado en cantidades
muy pequeñas. (Joel Ezequiel Moreira Cedeño Kevin, Santiago Chiquito Rodríguez,
2022)
CONCLUSIONES
En la investigación realizada se utilizó una soldadura Mig Cusi3
debido a su eficiencia al evitar reventar la capa de zinc, la cual evita que el
metal base se oxide, además brinda una protección a largo plazo contra los diversos
ambientes que son sometidos estos materiales, garantizando un mejor sistema estructural.
Las propiedades que se tienen al trabajar con una soldadora oxiacetilénica
pueden tener consecuencias negativas ya que durante su proceso logra producir que
esta reviente la capa protectora de zinc, provocando que exista mayor riesgo de
probabilidad de oxidación posteriormente corrosión de la chapa automotriz, se resalta
la importancia de tomar precauciones y medidas adecuadas durante los procesos de
soldaduras en los vehículos para evitar daños innecesarios.
Los riesgos asociados con la soldadura, como la exposición del
calor, chispas y productos químicos, hace conciencia de la suma importancia en el
uso de equipos de protección personal y además de tomar las debidas precauciones
con la preparación y el cuidado adecuado, utilizando un juego completo de equipos
para lograr un acabado de calidad, incluyendo la limpieza de la superficie antes
de soldar, uso de herramientas apropiadas y la atención a los detalles durante el
proceso de soldadura.
Para soldaduras propensas a la corrosión, se recomienda el recubrimiento
de otros agentes como ceras cavidades o pintura para prevenir futuras oxidación,
de esta manera se evita problemas a largo plazo al proteger la soldadura de la exposición
directa al oxígeno y otros agentes correctivos.
Para futuras investigaciones es importante implementar comparaciones
con otros procesos de soldadura y pruebas de laboratorio más avanzadas que incluyan
también la caracterización microestructural.
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