Análisis de los procesos de soldadura para mejorar la productividad de fabricación de una viga de alma llena

Abstract

El siguiente trabajo de investigación se elaboró con la finalidad de aumentar la productividad de fabricación de vigas metálicas que se realizan en las plantas metalmecánicas analizando los procesos de soldadura con los que cuentan las pequeñas empresas disminuyendo los tiempos y costos de producción en la fabricación de las vigas. Se analizaron los procesos de soldadura que tienen implementadas las empresas, al ser pequeñas no cuentan con todos los procesos, por lo cual para este estudio se analizó los procesos de soldadura de arco con electrodo revestido (SMAW) y soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW). Se realizó la verificación de los tiempos de soldeo de seis vigas metálicas, la cantidad de fallas, el tiempo de reparación de soldadura, inspecciones por tintes penetrantes y partículas magnéticas con el fin de cuantificar los defectos de soldadura detectadas, los costos de fabricación. Con estos datos y analizando los resultados, se decidió cuál proceso es más rentable, con menor costo de fabricación. Durante el desarrollo del trabajo con el proceso SMAW, se obtuvo que el tiempo de soldeo de tres vigas metálicas de 1 010,76 minutos (16,85 horas) con tres soldadores, se realizó la inspección de los cordones de soldadura por líquidos penetrantes y partículas magnéticas donde se encontró 8 defectos de soldadura, se realizó la reparación de las tres vigas en un tiempo de 97,60 minutos, luego al inspeccionar los cordones de soldadura no se encontró ningún defecto de soldadura. Concluyendo que para el proceso SMAW el tiempo final de fabricación (solo soldeo y reparación) de las tres vigas es de 1 108,36 minutos, teniendo un tiempo promedio de 369,45 minutos (6,16 horas); es decir, en 6,16 horas se fabricó tres vigas metálicas con tres soldadores realizando el soldeo en forma simultánea. Continuando con el desarrollo del trabajo, el siguiente proceso de soldadura a analizar es el proceso FCAW, con este proceso se realizó el soldeo de tres vigas en un tiempo de 689,10 minutos, la cantidad de defectos de 10, el tiempo de reparación de 109,50 minutos y el tiempo final de soldadura de las vigas con el proceso FCAW es de 798,60 minutos, logrando así reducir el tiempo de fabricación de 1 108,36 a 798,60 minutos, se redujo en 309,76 minutos que representa un 27,95 %. Concluyendo que para el proceso FCAW el tiempo final de fabricación (solo soldeo y reparación) de las tres vigas es de 798,60 minutos, teniendo un tiempo promedio de 266,20 minutos (4,44 horas); es decir, en 4,44 horas se fabricó tres vigas metálicas con tres soldadores realizando el soldeo en forma simultánea. En la evaluación económica, se obtuvo que para fabricar 3 vigas metálicas con el proceso SMAW el costo es de US$ 3 362,02 y con el proceso FCAW es de US$ 3 379,01; el proceso FCAW es más caro en US$ 16,99. Se realizó la comparación entre la diferencia del costo de ambos procesos y el tiempo de fabricación ahorrado entre ambos procesos, y el tiempo de fabricación ahorrado equivale a un beneficio de US$ 105,24; que restando el costo de US$ 16,99; aún se obtiene un ahorro de US$ 88,25 utilizando el proceso FCAW. Luego se realizó una extrapolación con la cantidad total de metros de vigas pertenecientes al proyecto. Se obtuvo que el tiempo de fabricación del proceso SMAW es 186 893,87 minutos y un tiempo promedio de 62 297,96 minutos, donde los soldadores trabajan 8 horas al día y se obtuvo 1 038,29 horas (129,79 días); y el proceso FCAW de 149 072,00 minutos y un tiempo promedio de 49 690,67 minutos, donde los soldadores trabajan 8 horas al día y se obtuvo 828,18 horas (103,52 días) Utilizando el proceso FCAW se obtiene una reducción de 37 821,87 minutos en el tiempo de fabricación de vigas metálicas, este tiempo representa en costos un ahorro de US$ 12 849,35. Continuando, se realizó el análisis de costos de los procesos y se obtuvo que el proceso FCAW es superior al proceso SMAW en US$ 5 290,56; que restando al tiempo ahorrado que equivale a US$ 12 849,35; se obtiene un ahorro de US$ 7 558,79. Se concluye que, tanto en la muestra de estudio como en la población, los resultados son los mismos, para mejorar la productividad de fabricación se debe utilizar el proceso FCAW con las recomendaciones indicadas.

The following research work was developed in order to increase the productivity of metal beam manufacturing that are carried out in metalworking plants by analyzing the welding processes that small companies have, reducing production times and costs in the manufacture of the beams. The welding processes that the companies have implemented were analyzed, as they are small they do not have all the processes, so for this study the processes of coated electrode arc welding (SMAW) and flux-cored arc welding (FCAW). The verification of the welding times of six metal beams, the number of failures, the welding repair time, inspections for penetrating dyes and magnetic particles were carried out in order to quantify the detected welding defects, the manufacturing costs. With this data and analyzing the results, it was decided which process is more profitable, with the lowest manufacturing cost. During the development of the work with the SMAW process, it was obtained that the welding time of three metal beams of 1 010,76 minutes (16,85 hours) with three welders, the inspection of the weld beads was carried out by penetrating liquids and magnetic particles where 8 welding defects were found, the three beams were repaired in a time of 97,60 minutes, then when inspecting the weld beads no welding defect was found. Concluding that for the SMAW process the final manufacturing time (only welding and repair) of the three beams is 1 108,36 minutes, having an average time of 369,45 minutes (6,16 hours); that is, in 6,16 hours, three metal beams were manufactured with three welders performing the welding simultaneously. Continuing with the development of the work, the next welding process to analyze is the FCAW process, with this process the welding of three beams was carried out in a time of 689,10 minutes, the number of defects of 10, the repair time of 109,50 minutes and the final welding time of the beams with the FCAW process is 798,60 minutes, thus reducing the manufacturing time from 1 108,36 to 798,60 minutes, it was reduced by 309,76 minutes which represents a 27,95 %. Concluding that for the FCAW process the final manufacturing time (only welding and repair) of the three beams is 798,60 minutes, having an average time of 266,20 minutes (4,44 hours); that is, in 4,44 hours, three metal beams were manufactured with three welders performing the welding simultaneously. In the economic evaluation, it was obtained that to manufacture 3 metal beams with the SMAW process the cost is US$ 3 362,02 and with the FCAW process it is US$ 3 379,01; the FCAW process is more expensive at US$ 16,99. A comparison was made between the difference in the cost of both processes and the manufacturing time saved between both processes, and the manufacturing time saved equates to a benefit of US$ 105,24; that by subtracting the cost from US$ 16,99, you still get a savings of US$ 88,25 using the FCAW process. Then an extrapolation was carried out with the total number of meters of beams belonging to the project. It was obtained that the manufacturing time of the SMAW process is 186 893,87 minutes and an average time of 62 297,96 minutes, where welders work 8 hours a day and 1 038,29 hours (129,79 days) were obtained; and the FCAW process of 149 072,00 minutes and an average time of 49 690,67 minutes, where welders work 8 hours a day and obtained 828,18 hours (103,52 days) Using the FCAW process, a reduction of 37 821,87 minutes is obtained in the manufacturing time of metal beams; this time represents a cost saving of US$ 12 849,35. Continuing, the cost analysis of the processes was carried out and it was obtained that the FCAW process is superior to the SMAW process by US$ 5 290,56; that by subtracting the time saved, which is equivalent to US$ 12 849,35, a saving of US$ 7 558,79 is obtained. It is concluded that, both in the study sample and in the population, the results are the same, to improve manufacturing productivity the FCAW process should be used with the indicated recommendations.