Investigación preliminar

Soldadura

Definición

La soldadura es un proceso de unión de materiales en el cual se funden las superficies de contacto de dos o más partes mediante la aplicación conveniente de calor o presión.

 

Los procesos de soldadura se dividen en tres categorías:

• Soldadura de fusión: Se lleva acabo al fundir  y coalescer materiales mediante el calor, se puede usar o no metales de relleno.

• Soldadura en estado sólido: Se hace sin fundir, la unión se hace por la aplicación de presión solamente o una combinación de calor y presión, si se usa calor la temperatura está por debajo del punto de fusión de los metales a soldar y no se utiliza metal de aporte. Los procesos son difusión  y soldadura en frío, ultrasónica, por fricción, por resistencia  y por explosión.

• Soldadura fuerte  y blanda: En la soldadura fuerte se coloca un metal de aporte en o entre las superficies de unión, y se eleva la temperatura lo suficiente para fundir el metal de aporte pero no las piezas. En la soldadura blanda el metal de aporte tiene un bajo punto de fusión y la unión se lleva a cabo igual que en la soldadura fuerte.

El equipo de laboratorio disponible que será empleado utiliza Soldadura por fusión por lo que conviene  describir con mayor detalle los procesos de Soldadura por fusión.

Soldadura por fusión

La soldadura por fusión se divide en las siguientes categorías:

• Soldadura con arco eléctrico SAE (en inglés AW)
• Soldadura por resistencia SR (en inglés RW)
• Soldadura con oxígeno y gas combustible SOGC (en inglés OFW)

 Soldadura con arco eléctrico SAE (en inglés AW)

La soldadura con arco eléctrico hace referencia a un grupo de procesos de soldadura en los cuales el calentamiento de los metales se obtiene mediante un arco eléctrico. Algunas de las operaciones de soldadura con arco eléctrico también aplican  presión durante el proceso  y la mayoría utilizan un metal de aporte.

Un arco eléctrico es una descarga de corriente eléctrica a través de una separación en un circuito.

Se sostiene por la presencia de una columna de gas térmicamente ionizada (denominada plasma)  a través del cual fluye  la corriente. Produce temperaturas de 10 000 ⁰F ó 5500 ⁰C.

Electrodos y nomenclatura

Los electrodos que se usan en los procesos de soldadura por arco eléctrico se clasifican como consumibles y no consumibles. Los electrodos consumibles involucran el metal de aporte en la soldadura con arco eléctrico; están disponibles en dos formas principales:

Varillas.- Normalmente tiene una longitud de 9 a 18 pulg y un diámetro de 3/8 de pulg  o menos.

Alambres.- Se encuentran en bobinas por lo que permite alimentar de forma continua el pozo de soldadura.

Los electrodos no consumibles están hechos de tungsteno, los cuales resisten la fusión mediante el arco eléctrico, cualquier metal de relleno usado en  la operación debe suministrarse mediante un alambre separado que se alimenta dentro del pozo de soldadura.

La Sociedad Americana de Soldadura propone una nomenclatura para diferenciar los electrodos y esta nomenclatura es la utilizada por la mayoría de las empresas fabricantes de electrodos.

 El prefijo E indica electrodo para soldar con arco

Los dos primeros dígitos de números de cuatro dígitos, y los tres dígitos de números con cinco dígitos, indican la resistencia mínima a la tensión

   E60XX   60,000 psi

   E110XX 110,000 psi

Los dígitos siguientes indican la posición

   EXX1X   Todas las posiciones

   EXX2X Posición plana y biseles horizontales

Los dos últimos dígitos juntos indican el tipo de recubrimiento  y la corriente que se usala aleación

   A1 0.5% Mo

   B1 0.5% Cr, 0.5%Mo

   B2 1.25% Cr, 0.5% Mo

   B3 2.25% Cr, 1% Mo
   B4 2% Cr, 0.5% Mo
   B5 0.5% Cr, 1%Mo
   C1 0.5% Ni
   C2 2.5% Ni
   C3 1%Ni, 35% Mo, 0.05%Cr
   D1 y D2 o.25%-0.45% Mo, 1.75% Mn
   G 0.5% min Ni, 0.3% min Cr, 0.2% min Mo, 0.1% min V, 1% min Mn (solo se requiere un elemento)

 Recubrimientos de electrodo

Los electrodos están recubiertos con materiales arcillosos que incluyen aglutinante de silicato y materiales en polvo como óxidos carbonatos, fluoruros, aleaciones metálicas y celulosa (algodón y harina de madera). El recubrimiento es frágil y participa en interacciones complejas durante la soldadura, tiene  las siguientes funciones básicas.

-Estabiliza el arco
-Genera gases que formen una pantalla contra la atmosfera, los gases producidos son dióxido de carbono y vapor de agua  así como monóxido de carbono  e hidrogeno en cantidades pequeñas

-Controla la velocidad en que se funde el electrodo

- Opera como fundente  para proteger  la soldadura contra formación de óxidos, nitruros y demás   inclusiones y con la escoria que resulte proteger el estanque de metal fundido.

-Agrega elementos de aleación en la zona de soldadura, para mejorar las propiedades de la unión

 

El recubrimiento del electrodo o la escoria deben eliminarse después de cada pasad para asegurar que la soldadura sea buena. Para esto se puede usar u cepillo de alambre, manual o motorizado.

 También se consiguen los electrodos y el alambre desnudos, hechos con acero inoxidables y aleaciones de aluminio. Se usan como metales de aporte en diversas operaciones de soldaduras.

Soldadura con arco de tungsteno y gas

En la soldadura de arco de tungsteno y gas (GTAW, del inglés), llamada anteriormente TIG (Tungsten inert gas), el metal  de aporte es un alambre de aporte, como no se consume el electrodo de tungsteno en esta operación, se mantiene una abertura de arco constante y estable en un nivel constante de corriente. Los metales de aporte son parecidos a los que se van a soldar y no se usa fundente. El gas de protección suele ser argón o helio,  o una mezcla de los dos. La soldadura con arco de tungsteno y gas se puede hacer sin metal de aporte por ejemplo, cuando se sueldan uniones que ajustan bien.

Soldadura con arco de plasma

En la soldadura con arco de plasma se produce un arco concentrado de plasma que se dirige hacia el área de la soldadura, el arco es estable y sus temperaturas llegan  a 33, 000 ⁰C.

Un plasma es un gas caliente ionizado, formado por cantidades casi iguales de electrones e iones positivos. El plasma se inicia en el electrodo  de tungsteno y el orificio mediante un arco piloto de baja corriente.

Soldadura por resistencia SR (en inglés RW)

La soldadura por resistencia  obtiene la función usando el calor de una resistencia eléctrica para el flujo de la corriente que pasa entre las superficies de contacto de dos pares sostenidas juntas bajo presión.

En este tipo de soldadura se utilizan dos electrodos con polaridad opuesta, se ponen las láminas metálicas a soldar entre estos electrodos  y el calor  generado por la resistencia  eléctrica  hace que se fundan las láminas  formando la llamada pepita de soldadura, hay excepciones en donde la temperatura está por debajo del punto de fusión de los metales base, por lo que no ocurre la fusión.  A diferencia de la soldadura con arco no  hay gases protectores, fundentes o metal de aporte  y los electrodos para el proceso no son consumibles.

Soldadura con oxígeno y gas combustible SOGC (en inglés OFW)

Estos procesos de unión usan gas de oxígeno combustible, tal como una mezcla de oxígeno y acetileno con el propósito de producir  una flama caliente para fundir la base metálica y el metal de aporte.



Tipos de uniones

Unión empalmada este tipo de unión las partes se encuentran en el mismo plano y se unen en sus bordes.

Unión esquina las partes en una unión de esquina forman un ángulo recto  y se unen en la esquina del ángulo.

Unión superpuesta esta unión consiste en dos partes que se sobreponen.

Unión en T En la unión T una parte es perpendicular a la otra en forma parecida a la letra T.

Unión de bordes las partes en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace con el borde común.

Bibliografía

Kalpakjian, Serope,  “Manufactura, ingeniería y tecnología”, Editorial Pearson Educación,  4ª edición, 2002, 1152 paginas.

Groover, Mikell, “Fundamentos de Manufactura Moderna: Materiales, procesos y sistemas”, Editorial Pearson Educación,  1997,  1062 paginas.