PROCESO DE SOLDADURA

1. DEFINICION

Se entiende por soldadura a aquel proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos materiales, (generalmente metales), usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y agregando un material de relleno fundido (metal o plástico), el cual tiene un punto de fusión menor al de la pieza a soldar, para conseguir un baño de material fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fija

Soldar es la operación consistente en unir dos piezas metálicas mediante el calor, bien por el aporte de un metal distinto que se funde o bien por la fusión de las propias piezas.

2. CLASIFICACIÓN DE LA SOLDADURA

Se pueden distinguir primeramente los siguientes tipos de soldadura:

SOLDADURA HETEROGÉNEA. Se efectúa entre materiales de distinta naturaleza, con o sin metal de aportación: o entre metales iguales, pero con distinto metal de aportación. Puede ser blanda o fuerte. –

SOLDADURA HOMOGÉNEA. Los materiales que se sueldan y el metal de aportación, si lo hay, son de la misma naturaleza. Puede ser oxiacetilénica, eléctrica (por arco voltaico o por resistencia), etc. Si no hay metal de aportación, las soldaduras homogéneas se denominan autógenas. Por soldadura autógena se entiende aquélla que se realiza sin metal de aportación, de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusión de los mismos; así, al enfriarse, forman un todo único. Etimológicamente, esta expresión quiere decir «engendrada o efectuada por sí misma». Tuvo su origen en Francia hacia la mitad del siglo XIX. Una confusión bastante extendida, que es importante aclarar, es la de denominar como soldadura autógena ni a la oxiacetilénica - que se estudiará en un apartado posterior-, que sólo lo será cuando se realice sin metal de aportación.

Soldadura Blanda

Esta soldadura de tipo heterogéneo se realiza a temperaturas por debajo de los 400°C. El material metálico de aportación más empleado es una aleación de estaño y plomo, que funde a 230°C aproximadamente

Soldadura Fuerte

También se llama dura o amarilla. Es similar a la blanda, pero se alcanzan temperaturas de hasta 800°C.

Como metal de aportación se suelen usar aleaciones de plata y estaño o cobre y zinc.

Como material fundente para cubrir las superficies, desoxidándolas, se emplea el bórax.

Un soplete de gas aporta el calor necesario para la unión.

La soldadura se efectúa generalmente a tope, pero también se suelda a traslape y en ángulo.

Este tipo de soldadura se lleva a cabo cuando se exige una resistencia considerable en la unión de dos piezas metálicas, o bien se trata de obtener uniones que hayan de resistir Se admite que, por lo general, una soldadura fuerte es más resistente que el mismo metal que une.

SOLDADURA HOMOGÉNEA

Soldadura por Presión

La soldadura en frío es un tipo de soldadura donde la unión entre los metales se produce sin metal de aportación y sin calor.

Es muy útil en aplicaciones que no se desea alterar la estructura o propiedades de los materiales que se unen.

Por presión en frío o en caliente: Consiste en limpiar las superficies que hay que unir y tras ponerlas en contacto, aplicar una presión sobre ellas hasta que se produzca la unión.

Por fricción: Se hace girar el extremo de una de las piezas y, después, se pone en contacto con la otra. El calor producido por la fricción une ambas piezas por deformación plástica.

SOLDADURA POR FUSIÓN

Soldadura oxiacetilénica (con gases al soplete):

Es la forma más difundida de soldadura autógena. En este tipo de soldaduras no es necesario aporte de material. Este tipo de soldadura puede realizarse con material de aportación de la misma naturaleza que la del material base (soldadura homogénea) o de diferente material (heterogénea) y también sin aporte de material (soldadura autógena). Si se van a unir dos chapas metálicas, se colocan una junto a la otra. Se procede a calentar rápidamente hasta el punto de fusión solo la unión y por fusión de ambos materiales se produce una costura.

Para lograr una fusión rápida (y evitar que el calor se propague) se utiliza un soplete que combina oxígeno (como comburente) y acetileno (como combustible). La mezcla se produce con un pico con un agujero central del que sale acetileno, rodeado de 4 o más agujeros por donde sale el oxígeno (y por efecto Venturi genera succión en el acetileno). Ambos gases se combinan en una caverna antes de salir al pico, por donde se produce una llama color celeste, muy delgado. Esta llama alcanza una temperatura de 3200ºC.C2H2) con el oxígeno, que puede alcanzan temperaturas del orden de los 3.500°C.

Se pueden soldar distintos materiales: acero, cobre, latón, aluminio, magnesio, fundiciones y sus respectivas aleaciones

Soldadura por arco eléctrico

En la actualidad, la soldadura eléctrica resulta indispensable para un gran número de industrias. Es un sistema de reducido coste, de fácil y rápida utilización, resultados perfectos y aplicables a toda clase de metales. Puede ser muy variado el proceso.

El procedimiento de soldadura por arco consiste en provocar la fusión de los bordes que se desea soldar mediante el calor intenso desarrollado por un arco eléctrico. Los bordes en fusión de las piezas y el material fundido que se separa del electrodo se mezclan íntimamente, formando, al enfriarse, una pieza única, resistente y homogénea.

Al ponerse en contacto los polos opuestos de un generador se establece una corriente eléctrica de gran intensidad. Si se suministra la intensidad necesaria, la sección de contacto entre ambos polos por ser la de mayor resistencia eléctrica se pone incandescente. Esto puede provocar la ionización de la atmósfera que rodea a la zona de contacto y que el aire se vuelva conductor, de modo que al separar los polos el paso de corriente eléctrica se mantenga de uno a Soldadura por arco en atmósfera inerte”:

Este procedimiento se basa en aislar el arco y él me tal fundido de la atmósfera, mediante un gas inerte (helio, argón, hidrógeno, anhídrido carbónico, etc.).

Con electrodo refractario (método TIG).

El arco salta entre el electrodo de Wolframio o tungsteno (que no se consume) y la pieza el metal de aportación es una varilla sin revestimiento de composición similar a la del metal base.

Con electrodo consumible (método MIG y MAG):

Aquí se sustituye el electrodo refractario de wolframio por un hilo de alambre continuó y sin revestimiento que se hace llegar a la pistola junto con el gas.Según sea el gas así recibe el nombre, (MIG = Metal Inert Gas) o MAG si utiliza anhídridoCarbónico que es más barato.

Soldadura por resistencia eléctrica”:

Este tipo de soldadura se basa en el efecto Joule: el calentamiento se produce al pasaruna corriente eléctrica a través de la unión de las piezas. El calor desprendido viene dado porla expresión:

Q = 0,24 . I2. R . t

siendo:

Q = calor (en calorías).I = intensidad de corriente eléctrica (en amperios).

R = resistencia (en ohmios) al paso de la corriente eléctrica.t = tiempo (en segundos).

3. PROCESOS Y FASES DE LA SOLDADURA

Existen tres fases

fase solida fase liquida fases solido liquida

3.1 EN FASE SOLIDA

PROCESOS

a) Forja

Es el proceso de soldadura más antiguo. El proceso consiste en

el calentamiento de las piezas a unir en una fragua hasta su estado plástico y

posteriormente por medio de presión o golpeteo se logra la unión de las piezas.

En este procedimiento no se utiliza metal de aporte y la limitación del proceso es que

sólo se puede aplicar en piezas pequeñas y en forma de lámina

b) Presión en frío

El proceso de soldar en frío utiliza únicamente la presión para soldar dos metales

dúctiles a temperatura ambiente, el cual es muy común en la fabricación

de transistores y componentes electrónicos de estado sólido.

Soldar dos metales generalmente involucra altas temperaturas, calentando el metal

hasta estar al rojo vivo y martillarlo para unirlo con otro metal

c) Explosión

Un proceso de soldadura de SSW en el cual una coalescencia rápida de dos superficies metálicas es causada por la energía de un explosivo detonado. No se usa metal de relleno No se aplica calor externo No ocurre difusión el tiempo es demasiado corto La unión es metalúrgica, combinada con un entrelazado mecánico que resulta de un rizado

d) Presión en caliente

Se realiza un calentamiento a temperaturas próximas a la fusión de las zonas a soldar, consiguiendo un estado plástico. Dependiendo de las piezas a unir existe el calentamiento por forja o e eléctrico (soldadura a tope de resistencia.) Se aplica a las piezas a unir una corriente eléctrica de bajo voltaje y alta densidad proporcionada por un generador. Cuando se consigue la suficiente plasticidad, se ejerce una presión axial y se produce la unión.

e) Ultrasonido

La soldadura ultrasónica de materiales termoplásticos llegó a ser un método empleado con mucha frecuencia no sólo por el carácter de su uso fácil y limpio sino también por el actual mercado progresivo de materiales termoplásticos. La soldadura ultrasónica proporciona la unión de varios productos de manera segura pero, sobre todo, con efecto duradero.  El hecho de que se trata de una unión firme, es decir, la consciencia de perder la posibilidad de futuro desmontaje, en cuanto a los productos comunes de consumo de igual manera contribuye. Otra importante esfera del empleo es la fabricación de productos de un sólo uso que son, por ejemplo, los productos higiénicos o para fines sanitarios.

f) Difusión

La soldadura por difusión es un proceso de soldadura que utiliza las propiedades de limpieza (reducción) del hidrógeno de alta pureza para mejorar las características de flujo de la aleación de soldadura fuerte. La atmósfera de hidrógeno reduce los óxidos de la superficie del material de base, permitiendo que la aleación de soldadura fuerte fluya (húmeda) en forma más eficaz, para crear una junta de soldadura fuerte de alta integridad.

3.2 FASE LIQUIDA

PROCESOS

a) Arco eléctrico

El arco eléctrico que se produce en todo proceso de soldadura se define como la corriente eléctrica que se establece a través del aire ionizado gracias a la diferencia de potencial inducida entre las partes (entre electrodo y pieza, o entre piezas a soldar).

El arco eléctrico que se establece típicamente en los procesos de soldadura supone una descarga eléctrica en todo caso, que se caracteriza por su elevada intensidad de corriente (10-2000 A), bajo potencial o voltaje que se emplea (25-50 V), y su gran brillo y aporte de calor.

 

El calor provocado por el arco no sólo es intenso, sino que además está muy localizado, lo que resulta ideal para la operación de soldar. Las temperaturas alcanzadas son del orden de 3500°C.

b) Electrogas

se trata de un arco abierto, protegido por el gas, que a diferencia de un sistema convencional MAG, es inyectado lateralmente dentro del recinto de soldadura formado por ambas caras de la junta y las zapatas laterales, o sea, el gas no es alimentado a través de la torcha, además esta no posee toberas difusoras. El aspecto distintivo de este proceso es que se trata de un sistema totalmente automático de soldadura y fundamentalmente se lo utiliza en costuras verticales, donde compite con el proceso Electroescoria en los espesores que van de 1/2 a 3"

c) Láser

La soldadura por rayo láser es un proceso  que utiliza la energía aportada por un haz láser para fundir y recristalizar el material o los materiales a unir, obteniéndose la correspondiente unión entre los elementos involucrados. En la soldadura láser comúnmente no existe aportación de ningún material externo. La soldadura se realiza por el calentamiento de la zona a soldar, y la posterior aplicación de presión entre estos puntos. De normal la soldadura láser se efectúa bajo la acción de un gas protector, que suelen ser helio o argón.

d) Haz de electrones

La soldadura por haz de electrones es un proceso que se logra mediante el contacto de la pieza a soldar con un haz de electrones de alta densidad energética. El haz de electrones es de pequeño diámetro y elevada intensidad energética, lo cual permite atravesar grandes espesores de material (hasta 65 milímetros de una sola pasada aproximadamente). El principio de soldadura se puede explicar mediante el efecto keyhole (también denominado como ojo de cerradura).

e) OxigasEs un procedimiento que permite unir metales, utilizando el calor producido por la combustión de los gases oxígeno-acetileno u oxígeno- propano. Con estos procesos se puede soldar con o sin material de aporte.

Aluminotermia

La soldadura aluminotérmica es uno de los procedimientos de soldadura utilizado en

carriles de vías férreas. Se basa en el proceso, fuertemente exotérmico, de reducción

del óxido de hierro por el aluminio, según la fórmula

Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe + calor

f) Electroescoria

La soldadura por electroescoria es un proceso de soldadura por fusión, con

protección de escoria. Esta técnica se utiliza para una soldadura por colada continua.

Utiliza un equipo parecido al de soldadura por arco.

Se caracteriza por la utilización de electrodos, y de un mecanismo con zapatas. El

metal líquido que se forma en este proceso es retenido por las zapatas de cobre que se

refrigeran por agua. Estas zapatas están colocadas una en la parte delantera; y la otra

en la parte trasera de la zona de soldadura.

En este proceso de soldadura no existe arco, y el alambre se va fundiendo a medida

que es sumergido en la escoria fundida. Es entonces cuando se funde el metal base y

se solidifica el metal que está fundido y retenido por las zapatas. El carro, los

electrodos y las zapatas se mueven verticalmente provocando de este modo la

soldadura.

3.3 FASE SOLIDO- LIQUIDA

PROCESOS

a) Brazing

La soldadura fuerte (conocida a veces con la palabra inglesa "brazing") define el

proceso de unir dos metales mediante un proceso de calentamiento a la temperatura

adecuada, utilizando en la unión un metal de relleno con una temperatura de fusión

inferior a la de los metales que se deben unir, que no intervienen en el proceso de

soldadura.

En el proceso de la soldadura fuerte (o "brazing") la temperatura de fusión del metal

de relleno está por encima de los 450° C, habitualmente entre 600° y 800° C.

Hablamos de soldadura blanda cuando se unen dos metales con un metal de rellano

cuya temperatura de fusión está por debajo de los 450° C, normalmente entre los

200° y los 400° C.

b) SolderingSoldering es el proceso de unión de dos piezas mediante calor y un material de aportación que se funde a una temperatura por debajo de los 427 ºC (800 ºF) y por debajo del punto de fusión de las piezas a ser soldadas.

El material de aportación utilizado en soldadura blanda varía en función del material de las piezas a unir. Las aleaciones que más se utilizan son de estaño-plomo, estaño-plata, estaño-zinc.

El objetivo de este proceso de soldadura entre piezas de iguales o distintos materiales, es crear una unión permanente  de alta resistencia, simplificar la operación mecánica y adoptar técnicas de producción sencilla, siempre compatible con las exigencias de la producción en cadena entre otros.

4. VENTAJAS

La unión entre piezas por  soldadura presenta las siguientes ventajas:

El tiempo de preparación es menor que en el caso de las uniones atornilladas. Las uniones prácticamente no se deforman Las uniones son más sencillas y tiene mejor apariencia. A pesar de todo esto, emplear soldaduras requiere de precauciones a la hora de su ejecución en obra; llevarlas a cabo exige personal cualificado, los encargados de realizar estos trabajos deben llevar protección y deben cuidarse las soldaduras a la intemperie sobre todo en tiempos inclementes; toda su ejecución requiere de control de calidad.

5. DESVENTAJAS

Para trabajos de alta precisión el costo es muy elevado, ya que se necesita un alto grado de expertez técnica por parte del soldador, debido a que el producto final no debe tener poros ni imperfecciones, todo esto visto mediante inspección radiográfica.