AUTOMATIZACIAÔÇN-DEL-PROCESO-DE-SOLDADURA-PARA-LA-FABRICACIAÔÇN-DE-MARCOS

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD AZCAPOTZALCO 
AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO 
DE SOLDADURA PARA LA 
FABRICACIÓN DE MARCOS 
TESIS 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
DIRIGIDA POR: 
 
LIC. ABRIL ARACELI GÓMEZ HERNÁNDEZ 
ING. MÓNICA RAMÍREZ ORTEGA 
P R E S E N T A: 
 
RODRIGUEZ LOPEZ LUIS FERNANDO 
MÉXICO, D.F. MARZO DEL 2015 
 
INGENIERO EN 
ROBÓTICA INDUSTRIAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quiero dedicar este trabajo a: 
 
Dios: 
Por permitirme conseguir una meta más, brindándome esa fuerza y paciencia 
necesaria para seguir adelante en los momentos de flaqueza. 
 
 
Mis padres: Fernando y Francisca 
Con todo mi cariño y mi amor para las personas que hicieron todo en la vida para 
que yo pudiera lograr mis sueños, aunque sé que había veces que se sentían mal 
por no darme muchas cosas cuando era pequeño, me dieron lo más importante de 
todo, su fe en mí. 
 
 
Mis hermanos: Fernando y Maribel 
Que aunque no les demuestro mi agradecimiento frecuentemente, siempre han 
confiado en mí, con sus pequeños y grandes detalles. 
 
 
Mi sobrino: Mílan 
Aunque aún es muy pequeño, es una de las mayores motivaciones que tengo para 
seguir día a día superándome para así poder ser un buen ejemplo para él. 
 
 
Mi novia: Gabriela 
Quién me ha brindado su apoyo y comprensión, por ser parte de mi inspiración y 
motivación para continuar superándome día a día, y por siempre estar 
apoyándome en los momentos buenos y los momentos malos. 
 
 
De todo corazón, muchas gracias por todo 
Luis Fernando Rodríguez López 
 
 
 
Quiero agradecer: 
 
 
 
Al Instituto Politécnico Nacional: 
 
Por toda la oportunidad de aprendizaje, y desarrollo, los cuales me permiten estar 
cumplimiento una meta más en este largo camino de la vida. 
 
 
 
A la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco: 
 
Escuela que me brindo los conocimientos necesarios para poder afrontar la 
industria actual, permitiendo alcanzar diferentes metas y objetivos, 
 
 
A mis asesores: 
 
Quienes me apoyaron para realizar este trabajo, siempre apoyando con sus 
observaciones, comentarios y enseñanzas. 
 
 
A mis amigos: 
 
Quienes me apoyaron incondicionalmente durante todo mi etapa de estudiante, 
así como ahora en esta nueva etapa.
 
 
1 
Índice General 
Introducción 6 
Objetivo General. 7 
Objetivos particulares 7 
Justificación. 7 
1. ANTECEDENTES. 10 
1.1 ANTECEDENTES DEL PROCESO DE SOLDADURA 10 
1.1.1 Historia 10 
1.1.2 Concepto 13 
1.2 TIPOLOGÍA 13 
1.2.1 Soldadura por Arco Metálico. 14 
1.2.2 Soldadura con un gas protector 14 
1.2.3 Soldadura por Arco bajo gas Protector con electrodo de Tungsteno (GTAW) 15 
1.2.4 Soldadura por Arco bajo gas Protector Metálico (GMAW) 16 
1.2.5 Soldadura Láser (LBW) 17 
1.2.6 Soldadura Robotizada 17 
2. PROCESOS DE SOLDADURA. 19 
2.1 SOLDADURA BAJO GAS PROTECTOR (GMAW) 19 
2.1.1 Transferencia de metal 20 
2.1.2 Transferencia de metal por rociado axial. 20 
2.1.3 Transferencia Globular. 21 
2.1.4 Transferencia de metal por arco pulsado. 22 
2.1.5 Transferencia por cortocircuito GMAW-S 23 
2.2 DERRETIDO DE ALAMBRE Y VELOCIDADES DE DEPÓSITO 23 
2.3 FUENTES DE ALIMENTACIÓN DE LA SOLDADURA. 24 
2.4 EQUIPO BÁSICO GMAW. 27 
2.5 POSICIONES DE SOLDADURA. 28 
3. DISEÑO DE LA CELDA DE SOLDADURA. 33 
3.1 DESPLIEGUE DE LA FUNCIÓN DE CALIDAD QFD (QUALITY FUNCTION 
DEPLOYMENT) 34 
3.2.Requerimientos de la optimización en el proceso. 35 
3.3 METAS DE DISEÑO 36 
3.4 ÁRBOL DE FUNCIONES 37 
3.5 GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DE DISEÑO. 38 
3.5.1 Marco a soldar. 38 
3.5.2 Rotación de los marcos de manera automática. 39 
 
 
2 
3.5.2 Escantillón de sujeción rápida. 40 
3.5.3 Soldadura bien parametrizada. 43 
3.5.4 Automatización del movimiento de la antorcha. 46 
4. EFICIENCIA ECONÓMICA DEL PROCESO. 53 
4.1 PRODUCTIVIDAD 53 
4.1.1 Capacidad de producción actual diaria de forma manual. 56 
4.1.2 Capacidad de producción estimada diaria de forma automática. 57 
4.1.3 Porcentaje de aumento de productividad. 57 
4.2 COSTOS DE PRODUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE LA CELDA DE 
SOLDADURA. 58 
4.2.1 Desglose Final 59 
CONCLUSIONES 60 
Bibliografía 62 
Documentos en Línea 62 
 
 
 
3 
Índice de Figuras 
Fig. 1.1 Fundición Directa. (A) Placa Base, (B) Arena Moldeada, (C) Metal Fundido y 
(D) Pieza Final. 10 
Fig. 1.2 Soldadura por Flujo. (A) Dos piezas de placa de metal, (B) Arena para retener el 
metal fundido, (C) Metal Fundido y (D) Pieza Final. 11 
Fig. 1.3 Soldadura por arco bajo gas protector metálico. 13 
Fig. 1.4 Clases de Soldadura. 13 
Fig. 1.5 Soldadura por arco metálico. 14 
Fig. 1.6 Tobera de gas y electrodo de Tungsteno. 15 
Fig. 1.7 Contactos de corriente en el soplador y boquilla de gas 16 
Fig. 1.8 Soldadura Láser 17 
Fig. 1.9 Robot de soldadura. 17 
Fig. 2.1 Transferencia de metal por rociado axial. 21 
Fig. 2.2 Sistema Sinérgico de Soldadura de la marca Fronius. 22 
Fig. 2.3 Cambio de Polaridad en la soldadura. 27 
Fig. 2.4 Posición 1F 28 
Fig. 2.5 Posición 2F 28 
Fig. 2.6 Posición 4F 29 
Fig. 2.7 Posición 1G 29 
Fig. 2.8 Posición 5G 29 
Fig. 2.9 Posición 6G 30 
Fig. 2.10 Posición 2F 30 
Fig. 2.11 Posición 2FR 30 
Fig. 2.12 Posición 4F 30 
Fig. 2.13 Posición 5F 31 
Fig. 3.1 Estructura del QFD 33 
Fig. 3.2 Árbol de Funciones. 37 
Fig. 3.3 Sistema de rotación servo controlado. 39 
Fig. 3.4 Centro de trabajo de tipo bastidor y dimensiones en mm. 39 
Fig. 3.5 Escantillón para soldadura actual. 40 
Fig. 3.6 Escantillón para centro de trabajo tipo bastidor. 40 
Fig. 3.5 Equipo de Soldadura Fronius TPS. 45 
Fig. 3.6 Robacta MTG 4000. 46 
Fig. 3.7 Sistema de Soldadura Robotizado. 47 
Fig. 3.8 Alcance máximo del robot. 48 
Fig. 3.9 Volumen de trabajo del robot. 49 
 
 
4 
Fig. 3.8 Robot KUKA KR16-L8 ARC HW. 49 
Fig. 3.9 Celda robotizada de soldadura. 50 
Fig. 4.1 Marco a soldar. 53 
Fig. 4.2 Simulación de Proceso. 54 
Fig. 4.3 Posición de cordones de soldadura. 55 
Fig. 4.4 Simulación de soldadura. 56 
 
 
 
 
file:///C:/Users/Luis/Dropbox/Tesis/Tesis%20Final-revC_mro.docx%23_Toc412742182
file:///C:/Users/Luis/Dropbox/Tesis/Tesis%20Final-revC_mro.docx%23_Toc412742185
 
 
5 
 
Índice de Tablas 
Tabla 2.1 Gases protectores GMAW. 25 
Tabla 3.1 Clasificación de las fallas en el proceso. 35 
Tabla 3.2 Requerimientos en términos de ingeniería. 36 
Tabla 3.3 Metas de diseño. 36 
Tabla 3.4 Factores para la selección de la fuente de soldadura. 44 
Tabla 3.5 Factores para la selección de la antorcha. 46 
Tabla 3.5 Factores para la selección de la antorcha. 48 
Tabla 3.6 Volumen de trabajo. 49 
Tabla 4.1 Desglose de cordones. 53 
Tabla 4.2 Costo escantillón. 58 
Tabla 4.3 Costo robot. 58 
Tabla 4.4 Costo del sistema de seguridad de la celda. 58 
Tabla 4.5 Costo de las horas de programación. 59 
Tabla 4.6 Costo de las horas de ingeniería. 59 
Tabla 4.7 Desglose final de la celda de soldadura. 59 
 
 
 
 
6 
Introducción 
Este trabajo contiene la información necesaria para poder optimizar el proceso de soldadura 
de marcos en acero al carbón, de forma que mejore, el tiempo de fabricación de estos y 
lograr estandarizar el aspecto del cordón de soldadura y de esta manera aumentar su 
calidad. Algunas de las técnicas usadas han sido difíciles y muy costosas de aplicar, ya que 
se realizan de forma manual, y es sumamente difícil poder controlar el proceso, para atender 
esta problemática, se diseñara un sistema de soldadura automático para atender así una 
posible solución. 
 
El trabajo se conforma de cuatro capítulos, de los cuales se da una breve explicación a 
continuación: 
 
En el primer capítulo, titulado “Antecedentes”, se exponen las generalidades del proceso de 
soldadura, desde su primera concepción hasta la descripción de las soluciones 
automatizadas actuales. Así como también los antecedentes específicos que tienen que ver 
con la automatización