¿Cómo tener éxito en el negocio de la soldadura?

Introducción:

El éxito de un establecimiento comercial generalmente se mide por su rentabilidad basada en la capacidad de la organización para fabricar el producto a un precio de venta competitivo. Los costos de soldadura y corte térmico se pueden estimar fácilmente para cualquier trabajo si se conocen los factores que afectan esos costos y se toman las medidas necesarias para determinarlos. La precisión de las estimaciones de costos para la soldadura es esencial si se van a utilizar con éxito para licitar o para comparar la construcción soldada con un proceso competitivo, o para establecer tasas para programas de incentivos.

La operación básica en la fabricación soldada de productos de ingeniería general puede incluir las siguientes etapas:

1. Obtención y almacenamiento de materias primas, incluidos los consumibles de soldadura,

2. Preparación del material en función del diseño de la junta utilizando corte, doblado, mecanizado, etc.

3. Ensamblando los componentes por tads, plantillas y accesorios, etc.,

4. Soldadura: incluye selección de procesos, configuración del procedimiento y secuencia de soldadura, evaluación del rol de la automatización para mejorar la productividad,

5. Operación posterior a la soldadura, como esmerilado, mecanizado, astillado, etc.

6. Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), y

7. Inspección.

Los costos relativos aproximados de los artículos anteriores como porcentaje del costo total de producción se pueden expresar de la siguiente manera:

Una vez que el diseño ha sido seleccionado y el material obtenido, el costo de la estructura soldada se acumula a medida que la fabricación y las operaciones posteriores continúan.

Preparación del material:

El material a soldar se limpia de escamas, grasa, pintura, etc. antes de que se corte a la forma deseada, ya sea mediante corte, maquinado o corte térmico. Las láminas delgadas se pueden cortar fácilmente y no se requiere más preparación de los bordes. El corte de gas se emplea popularmente para cortar aceros al carbono y de baja aleación, mientras que los metales no ferrosos y los aceros inoxidables a menudo se maquinan utilizando sierras de cinta u otras operaciones de maquinado.

El corte por plasma se puede emplear para cortar la mayoría de los materiales de ingeniería, sin embargo, el costo inicial del equipo es alto. El equipo de corte de gas es barato, pero el costo del gas combustible y el oxígeno es un gasto continuo. Los métodos mecánicos de preparación de bordes generalmente se limitan a bordes rectos, circulares y cilíndricos. La pila y el corte múltiple se pueden realizar con métodos de corte por gas y plasma. Las unidades controladas por computadora se emplean para el corte de contornos para operaciones a gran escala como en la construcción naval.

Dado que el costo de la soldadura varía aproximadamente según el volumen (o peso) del metal de soldadura depositado, es imperativo conocer la cantidad relativa de metal requerida para llenar varias uniones estándar. La Fig. 23.1 proporciona los valores comparativos del volumen de metal de soldadura requerido para los cuatro tipos de preparación de bordes más utilizados y muestra que hasta 25 mm de espesor de placa hay muy poca diferencia entre ellos.

Sin embargo, a 50 mm el espesor de la placa, la preparación de una sola pieza se vuelve más costosa que otros tres métodos, y por encima de los 90 mm, incluso la preparación de un solo borde en U se vuelve más barata que la preparación de una sola veta o doble v.

Para soldaduras de filete, la resistencia de la unión es proporcional al área de la sección transversal de la garganta de la soldadura, duplicando la longitud de la soldadura duplica la resistencia y también el costo, pero duplicando el tamaño de la garganta aumenta el volumen y, por lo tanto, el costo cuatro veces. Por lo tanto, el tamaño de la soldadura de filete se debe mantener lo más pequeño posible por economía y las soldaduras largas y continuas se deben usar con preferencia a las soldaduras intermitentes o espaciadas de mayor tamaño.

Los principales factores a considerar en el diseño de la junta de soldadura son los siguientes:

1. Economía de la preparación del filo y el volumen de metal de soldadura requerido,

2. Tipo de articulación según el grado de penetración requerido.

3. Espesor del material a unir,

4. Evitar la distorsión utilizando el mínimo volumen de metal de soldadura y la preparación del borde de doble cara, y

5. Tipo de preparación que es rápida de marcar, producir y configurar para soldadura.

Montaje y precalentamiento:

Las hojas y las placas delgadas están pegadas, los trabajos pequeños pueden colocarse en plantillas y los ensamblajes estructurales grandes se ensamblan con respaldos y cuñas fuertes temporales, como se muestra en las Fig. 23.2 y 23.3, respectivamente.

Con grandes trabajos estructurales como barcos, el ensamblaje del trabajo se lleva a cabo por una fuerza de trabajo separada llamada platers y pueden formar tanto como 15 a 18% del total de la fuerza laboral en una organización de construcción naval.

Si se van a fabricar varios componentes, se ahorra mucho tiempo valioso utilizando plantillas y accesorios diseñados adecuadamente que ayudan al trabajador a ensamblar los componentes de manera rápida y precisa sin el uso de instrumentos de medición.

En la ausencia de plantillas y accesorios, sería necesario, al ensamblar, sujetar las piezas con la mano y al colocarlas en su lugar, lo que sería laborioso, consumiría mucho tiempo y estaría sujeto a errores. Las plantillas y los accesorios pueden reducir el tiempo de ajuste de 50 a 90 por ciento.

Debido a que el objetivo principal no es necesario que las plantillas y los accesorios cumplan con ningún estándar particular de apariencia y que la construcción sea barata, el material para la construcción de plantillas y accesorios se recupera con frecuencia del stock de chatarra.

Se requiere que las plantillas y los accesorios se utilicen en diversas situaciones, por lo que no se pueden delinear reglas generales para diseñarlas. Sin embargo, su diseño debe incorporar características que permitan un ensamblaje rápido, positivo y preciso de las artes. Igualmente importante es el requisito de que el ensamblaje terminado se pueda quitar rápidamente con el menor esfuerzo posible.

Estas características se obtienen generalmente mediante el uso de pasadores cónicos, levas de acción rápida, como se muestra en la Fig. 23.4, abrazaderas, monturas y cuñas, dispositivos de equilibrado, clips y tornillos. Al utilizar tipos comunes de dispositivos como plantillas y accesorios, la inversión en ellos no se basa en la forma de las piezas ensambladas. Esto reduce la inversión repetida y el inventario de plantillas y accesorios.

Las plantillas y los accesorios también pueden diseñarse para eliminar el calor de la unión soldada. Esto ayuda no solo a controlar la distorsión sino también a aumentar la velocidad de soldadura. Esta característica se incorpora en las plantillas y los accesorios ya sea al hacerlos de secciones más pesadas o al enfriarlos con agua como se muestra en la Fig. 23.5.

El precalentamiento se utiliza para reducir la velocidad de enfriamiento y evitar el agrietamiento en frío debido a la fragilidad del hidrógeno en la soldadura de aceros endurecibles. También se puede usar para igualar los efectos del disipador de calor en la soldadura de metales diferentes o del mismo metal de diferentes espesores. Se utilizan tanto la calefacción eléctrica como la de gas, pero esta última es más popular debido a sus costos más bajos. Sin embargo, todo precalentamiento es costoso.

Productividad:

Para aumentar la productividad debe haber un flujo constante de trabajo y consumibles a la soldadora y un equipo adecuado de manipulación mecánica como posicionadores que puedan ayudar a llevar el componente a la posición de soldadura descendente. Esto no solo mejora las tasas de deposición sino que también produce soldaduras de la más alta calidad.

Para aumentar la cantidad de metal de soldadura depositado dentro del tiempo de arco, es esencial que se utilice el electrodo de mayor diámetro en el ajuste de corriente de soldadura apropiado y en la posición de soldadura descendente, como se ve en las figuras 23.9 y 23.10. La adherencia del electrodo también puede afectar considerablemente las tasas de deposición para mejorar la productividad, como se muestra en la figura 23.11.

La mecanización en forma de soldadura automática también conduce a una alta productividad en parte debido a que se puede utilizar una corriente de soldadura más alta; por consiguiente, se pueden emplear soldaduras de penetración más profunda con pequeños ángulos de ranura. La mejor calidad lograda por el uso de la soldadura automática también significa costos de rectificación del Sower debido a un menor número de soldaduras defectuosas.

Sin embargo, se puede optar por la automatización solo cuando se asegura un volumen de producción adecuado, ya que existe una relación general entre el volumen de producción y el costo unitario del equipo, que va desde unidades manuales de potencia de soldadura de arco metálico hasta máquinas automatizadas, como se muestra en la Fig. 23.12.

La productividad en la soldadura también se puede mejorar operando dentro de la zona óptima de operación para los diferentes parámetros de soldadura. Por ejemplo, para el proceso de SIERRA, el área dentro de la cual se pueden producir las soldaduras aceptables se identifica trazando los dos parámetros más importantes, a saber, la corriente y la velocidad de soldadura en un amplio rango de operación como se muestra en la Fig. 23.13.

Para mejorar la productividad en la soldadura, también es esencial utilizar un procedimiento de soldadura adecuado y proporcionar al soldador especificaciones e instrucciones de soldadura muy claras.

Las especificaciones de soldadura deben incluir:

1. Un bosquejo del trabajo, dando detalles de todas las uniones a soldar y sus dimensiones,

2. El modo de soldadura a emplear, es decir, manual, semiautomático y automático,

3. Número de recorridos por soldadura,

4. Tipo y tamaño de electrodo para cada recorrido.

5. Ajuste de corriente para cada electrodo,

6. Posición y secuencia de soldadura, es decir, hacia abajo, vertical, horizontal, sobre la cabeza, etc.

7. Tipo de fuente de energía de soldadura, es decir, transformador, rectificador, grupo motor-generador, etc.,

8. Consumo de electrodos por soldadura.

9. Se requieren operaciones de precalentamiento y post soldadura, por ejemplo, apósito, pelado, tratamiento térmico posterior a la soldadura, etc.

10. Asignación de tiempo y tasas de pago,

11. Cláusula de penalidad, en su caso.

Operaciones post-soldadura:

Las soldaduras a menudo se dan, tratamiento posterior a la soldadura en forma de apósito mediante maquinado o rectificado y tratamiento para aliviar el estrés en forma de PWHT. Juntas, estas operaciones pueden resultar en un costo sustancial a través de la inversión en máquinas, equipos y mano de obra adicional.

Las fabricaciones soldadas críticas también necesitan una inspección exhaustiva que requiere una inversión considerable y, inevitablemente, habrá rechazos. El costo de extraer o recortar un defecto y repararlo puede ser hasta diez veces el costo de la soldadura. Esto también puede resultar en un serio retraso en la finalización del trabajo con la fabricación soldada que ocupa un espacio de piso valioso, los pagos no se pueden reclamar y, en caso de que exista una cláusula de penalidad en el contrato, se reducirían los beneficios o incluso una pérdida.

Asignación de chatarra:

La producción de soldaduras de chatarra es casi inevitable en condiciones normales de trabajo, por lo que es esencial tener en cuenta este hecho. La extensión del margen de desecho dependerá del tipo de componente y del proceso y modo de operación empleado.

Por ejemplo, si una organización fabrica un número limitado de componentes grandes o costosos, el costo de raspar el componente puede ser tan alto que un margen de recuperación para la rectificación de algunos defectos poco frecuentes, mediante el corte y el rebobinado, será adecuado.

Sin embargo, si la compañía produce una gran cantidad de soldaduras pequeñas y baratas, por métodos automáticos, descartar el componente podría ser una mejor opción para la recuperación. En cualquier caso, el margen de desecho se puede predecir y justificar razonablemente.

Hora estándar de soldadura y corte de llama:

Para resolver los problemas reales de fabricación para soldadura y corte con llama, es conveniente determinar el 'tiempo estándar', T, requerido para ejecutar el trabajo. El tiempo estándar se considera como una suma de cinco elementos, a saber, el tiempo de configuración, t _su ; el tiempo base t _b ; el tiempo auxiliar, t _a, el tiempo adicional, t _ad ; y la hora de cierre, t _c, es decir,

T = t _su + t _b + t _a + t _ad + t _c ………… (23.1)

Tiempo de configuración (t _su ):

Se refiere al tiempo empleado por el soldador para obtener la orden de trabajo, leer las especificaciones y la tarjeta de instrucciones, y configurar el equipo y los accesorios.

Tiempo base (t _b ):

Es el tiempo durante el cual el arco o la llama está ardiendo.

Tiempo auxiliar (t _a ):

Incluye el tiempo empleado por el soldador para cambiar los electrodos, limpiar e inspeccionar los bordes de las juntas y las soldaduras, aplicar el sello de identificación del soldador, pasar a la siguiente escena de operación, etc.

Tiempo adicional (t _anuncio ):

Es el tiempo dedicado a dar servicio al lugar de trabajo (cambiar el combustible, los cilindros de gas, enfriar el soplete de soldadura, etc.), a la hora del almuerzo o las pausas para el té y según las necesidades personales.

Hora de cierre (t _c ):

Es el tiempo dedicado a entregar el trabajo terminado.

Soldadura por arco:

En el esquema de esquemas para la fabricación mediante soldadura por arco, el tiempo estándar se encuentra generalmente como cociente del tiempo base, t _b, por el factor del operador o el ciclo de trabajo (k) que se ocupa de cómo se planifica y ejecuta la operación de soldadura.

Así,

dónde,

d = la densidad del material, g / m ³

A _w = área de la sección transversal de la soldadura, cm ²

L = longitud de soldadura, cm

α _d = relación de deposición, g / amperio-hora

I = corriente de soldadura, amp.

El área de la sección transversal de una soldadura se puede determinar a partir de su dibujo o buscar en tablas de referencia.

Tiempo requerido para soldaduras multipaso:

El tiempo requerido para las soldaduras que consisten en más de una pasada se puede encontrar calculando primero la velocidad total (S) de la ecuación;

donde S _1, S ₂ …………. S _n son las velocidades del primero, segundo, todos los pases sucesivos necesarios para completar la soldadura.

Soldadura de gas:

En el caso de la soldadura con oxiacetileno, el tiempo estándar es el de la soldadura con arco;

T = t _b / K

Pero el tiempo base se define como,

t _b = GL / α ………… (23.4)

dónde,

G = masa de metal de soldadura depositada / m de longitud de soldadura, gm / m

L = longitud de soldadura, m

α = tasa de deposición, gm / min.

Para la soldadura de acero con bajo contenido de carbono de 1 a 6 mm de espesor, la tasa de deposición es de 6 a 10 g / min y aumenta con el aumento del tamaño de la punta de la antorcha.

Corte de gas oxicombustible :

El tiempo estándar, T _c para el corte de gas oxicombustible viene dado por,

T _c = L t _b / K ……. (23-5)

dónde,

L = longitud kerf, m

t _b = tiempo base de corte, mín.

El tiempo base de corte es una función de muchos factores como la pureza del oxígeno, el tipo de gas combustible, la forma de corte, el diseño de la antorcha y la máquina, el estado y el espesor del metal que se está cortando.

Al cortar tiras de acero con bajo contenido de carbono con una llama de gas oxicombustible, el tiempo base se puede tomar igual a 2-5 min / m de longitud de corte para una placa de 10 mm de espesor, y de 5 min / m de longitud de corte para placas de 60 mm grueso. El factor operador, k, se elige igual que para la soldadura con gas oxicombustible.

Cálculos de tiempo y costo estándar:

La determinación de los costos de soldadura precisos para trabajos de fabricación específicos implicará un análisis detallado de todos los factores relacionados. Sin embargo, la determinación del tiempo base es el primer paso esencial para llegar al valor final. En esta sección se han analizado algunos casos simples en forma de ejemplos resueltos.

Ejemplo 1:

Encuentre el tiempo estándar para SMAW de acero usando un electrodo de 4 mm de diámetro con una corriente de soldadura de 180 A y una relación de deposición de 10 g / Ah. El área de la sección transversal de la soldadura es de 0, 60 cm ² y tiene una longitud de 1 m. Tome la densidad del acero como 7, 85 g / cm ³ y un factor de operador de 0, 25.

Solución:

De la ecuación (23-2), tenemos tiempo estándar,

Ejemplo 2:

Determine el tiempo estándar para la soldadura a tope con oxicetileno de una placa de acero de 6 mm de espesor, si la masa del metal depositado es de 85 g / m, la longitud total de las soldaduras es de 10 m, el espesor de la placa es de 6 mm y la operación de soldadura se realiza en las posiciones descendente, vertical y superior. Tome el factor operador como 0.25.

Solución:

Ejemplo 3 :

Encuentre el tiempo estándar para cortar tiras de 15 m de largo a partir de placas de 10 mm y 60 mm de grosor, utilizando un soplete manual de oxiacetileno.

Solución:

(a) Para chapa gruesa de 10 mm.

(b) Para chapa gruesa de 60 mm.

Ejemplo 4:

Determine el costo de un metro de soldadura de filete de 6 mm hecha manualmente con electrodos recubiertos básicos de 5 mm de diámetro a una velocidad de desplazamiento de 30 cm / min. El factor operador es del 30% y el rendimiento del metal de aportación es del 55%. El peso del metal de soldadura depositado es de 0-175 kg / m. Tome la tasa de pago de la soldadora como Rs.10 / h, el costo de la energía Rs.2IKWh y el costo de los electrodos cubiertos como Rs.30 / kg. Tome 'en el costo' como 150%.

Solución:

Ejemplo 5:

Determine el costo de una soldadura de filete de 6 mm hecha por el proceso de soldadura semiautomática de CO ₂ usando un alambre de electrodo de 1.2 mm de diámetro. El ciclo de trabajo del operador es del 50% y el rendimiento del metal de relleno es del 95%. El peso del metal de soldadura depositado es de 0-175 kg / m. Tome el precio del cable del electrodo como Rs.50 / kg; Costo de gas CO Rs.20 / m ³ ; tarifa de pago del soldador como Rs.12 / h; gastos generales como Rs.15Ih; Velocidad de desplazamiento de 40 cm / min y un caudal de gas de 20 lit / min.

Solución :