SOLDADURA

Proceso de unión de materiales en la cual se Proceso de unión de materiales en la cual se funden las superficies de contacto de dos (o funden las superficies de contacto de dos (o

más) partes mediante la aplicación más) partes mediante la aplicación conveniente de calor o presión.conveniente de calor o presión.

IMPORTANCIA COMERCIAL Y TECNOLÓGICA

1.Proporciona una unión permanente. Las partes soldadas se vuelven una sola unidad

2.La union soldada puede ser mas fuerte que los materiales originales.

3.Es una forma económica de unir componentes en términos de uso de materiales y costos de fabricación.

4.La soldadura no se limita al ambiente de fábrica. Puede relizarse en el campo.

LIMITACIONES Y DESVENTAJAS

1.La mayoría de las operaciones por soldadura se realizan en forma manual y son elevadas en términos de costos de mano de obra.

2.Casi todos los procesos de soldadura implican el uso de mucha energía, y por consiguiente son peligrosos.

3.Dado que la soldadura obtiene una unión permanente entre los componentes , no permite un desensamble adecuado.

4.La union soldada puede padecer ciertos defectos de calidad.

TIPOS DE PROCESOS DE SOLDADURA

Los procedimientos de soldadura utilizados en la manufactura y reparación han ido evolucionando de

manera vertiginosa, es así que en la actualidad existen más de un centenar de procesos de soldadura, desde el más antiguo conocido como forja hasta el más moderno

como el rayo láser.

La AWS (American Welding Society) ha reconocido y clasificado los procesos de soldadura en grandes

grupos, así como sus procesos aliados.

1. Soldadura por fusión2. Soldadura en estado sólido

SOLDADURA POR FUSIÓN

Los procesos de soldadura por fusión usan calor para fundir los metales base. En muchas

operaciones de soldadura por fusión se utiliza un metal de aporte a la combinación fundida para facilitar el proceso y aportar volumen y

resistencia a la unión soldada.

La pieza de trabajo (metal base) y el metal de aporte (si es que se usa) tienen composiciones

y puntos de fusión similares pero no necesariamente idénticos

SOLDADURA POR FUSIÓN

La categoría por fusión comprende los procesos de soldadura de uso mas amplio e incluye a los

siguientes grupos generales:

1. Soldadura por resistencia2. Soldadura por gas3. Soldadura con arco eléctrico4. Soldadura por haz de electrones5. Soldadura con rayo láser

SOLDADURA POR FUSIÓN

Efectos en la unión:

1. La unión por fusión no es del todo homogénea

2. El grado de no homogeneidad depende:

Si se trata de metales puros o aleacionesAsí como la entrada de calor por distancia unitaria

METALES PUROSUna sección a través de la unión en un metal puro (figura de abajo)

como el aluminio o cobre, soldada con una varilla de composición idéntica (mismo material), demuestra que el calor aplicado no solo ha fundido la varilla de soldadura sino también un tanto el material

base para formar el cordón de soldadura.

El material base adyacente al limite de la fusión se expuso a altas temperaturas y las propiedades y la estructura son cambiadas

dentro de esta zona afectada por el calor.

METALES PUROS¿Qué pasa con la resistencia?

¿Qué pasa con la ductibilidad?

ALEACIONESEn las aleaciones de endurecimiento por precipitación

(envejecido – técnica para incrementar la dureza del material) el calentamiento por fusión provoca una baja

en la resistencia y ductilidad, lo que hace a la unión débil y propensa a la rotura.

ENTRADA DE CALORAl hacer soldaduras en línea, la entrada de calor por unidad de longitud (velocidad) determina la forma del

charco de soldadura y la estructura del cordón soldado solidificado.

A velocidad de viaje bajas los granos

están entretejidos

A altas velocidades a menudo se forma un plano central débil.

DEFECTOS AL SOLDARLas soldaduras por fusión con metal de aporte pueden mostrar varias

característica:

1. Un cordón bien formado

2. Falta de fusión del metal de aporte, llenado incompleto, por lo tanto el espacio restante se convierte en una grieta.

3. La entrada de calor excesiva puede causar quemado (agujerado del material), y la deposición de metal alta resulta en el traslape, cuyos bordes resultan con reducida resistencia a la fatiga.

DEFECTOS AL SOLDARLa contracción por solidificación junto con la

contracción sólida impone esfuerzos internos de tensión en la estructura y puede originar

distorsión y agrietamiento.

SOLADURA POR RESISTENCIA

(FUSIÓN)Consiste en hacer pasar una corriente eléctrica

(electrodos) de gran intensidad a través de los metales que se van a unir.

Como en la unión de los mismos (junta) la resistencia es mayor que en el resto de sus cuerpos, se generará el aumento de temperatura en la junta (efecto Joule).

Aprovechando esta energía y con un poco de presión se logra la unión.

EFECTO JOULE

Si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética (energía en movimiento) de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo.

Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, cuando el cristal es sometido a una diferencia de potencial, los electrones son impulsados por el campo eléctrico a través del sólido debiendo en su recorrido atravesar la intrincada red de átomos que lo forma. En su camino, los electrones chocan con estos átomos perdiendo parte de su energía cinética, que es cedida en forma de calor.

SOLADURA POR RESISTENCIA

(FUSIÓN)Este procedimiento se utiliza mucho en la industria

para la fabricación de láminas y alambres de metal por lo general de bajo calibre que se pueden traslapar.

Se pueden soldar prácticamente todos los metales por este proceso, aunque algunos con gran dificultad (estaño, zinc y plomo).

Se adapta muy bien a la automatización.

SOLADURA POR RESISTENCIA (FUSIÓN)

1. Se deben considerar tres variables:Corriente de soldadura (Amperes)Resistencia entre los electrodos empleados (Ω)Tiempo de duración de la soldadura (t)

2. Se deben conocer factores como:Espesor de los metales a unirClase del materialTamaño del electrodo

SOLADURA POR RESISTENCIA (FUSIÓN)

En los procesos de soldadura por resistencia se incluyen los de:

1. Por puntos 2. Con resaltes 3. Por costura 4. A tope5. Por chisporroteo

SOLADURA POR GAS(FUSIÓN)

Es un grupo de procesos de soldadura que produce la coalescencia (adhesión de un cuerpo con otro) de las piezas de trabajo calentándolas con una flama de gas oxicombustible, con o sin la aplicación de presión y con o sin el uso de material de aporte.

SOLADURA POR GAS(FUSIÓN)

Incluye todos los procesos de unión donde interviene un gas combustible para fundir la unión o el metal de aporte, dependiendo del caso. Según el tipo de gas se divide en:

Oxiacetilénica (Oxígeno y acetileno)

Oxhídrica (Oxigeno e hidrogeno)

Aireacetilenica (aire y acetileno)

Por gas y presión (oxigeno y acetilenoPresión sin metal

de aporte

Capilaridad del metal de aporte

SOLADURA POR ARCO ELÉCTRICO (FUSIÓN)

Proceso en el que la coalescencia (unión por fusión) se obtiene por medio del calor producido por un arco eléctrico entre la pieza y el electrodo.

El electrodo o metal de aporte se caliente en un estado líquido y se deposita en la junta para efectuar la soldadura.

Se hace un contacto entre el electrodo y la pieza para crear un circuito eléctrico, y al separarlos se forma el arco (T aprox 5,500°C)

Puede usar corriente directa (cd) o corriente alterna (ca)

SOLADURA POR ARCO ELÉCTRICO (FUSIÓN)

Plasma. Está compuesto por electrones que transportan la corriente y que van del polo negativo al positivo, de iones metálicos que van del polo positivo al negativo, de átomos gaseosos que se van ionizando y estabilizándose conforme pierden o ganan electrones, y de productos de la fusión tales como vapores que ayudarán a la formación de una atmósfera protectora. Esta zona alcanza la mayor temperatura del proceso.

Llama: Es la zona que envuelve al plasma y presenta menor temperatura que éste, formada por átomos que se disocian y recombinan desprendiendo calor por la combustión del revestimiento del electrodo. Otorga al arco eléctrico su forma cónica.

Baño de fusión: La acción calorífica del arco provoca la fusión del material, donde parte de éste se mezcla con el material de aportación del electrodo, provocando la soldadura de las piezas una vez solidificado.

SOLADURA POR ARCO ELÉCTRICO (FUSIÓN)

Cráter: Surco producido por el calentamiento del metal. Su forma y profundidad vendrán dadas por el poder de penetración del electrodo.

Cordón de soldadura: Está constituido por el metal base y el material de aportación del electrodo y se pueden diferenciar dos partes: la escoria, compuesta por impurezas que son segregadas durante la solidificación y que posteriormente son eliminadas, y el sobre espesor, formado por la parte útil del material de aportación y parte del metal base, que es lo que compone la soldadura en sí.

Electrodo: Son varillas metálicas preparadas para servir como polo del circuito; en su extremo se genera el arco eléctrico. En algunos casos, sirven también como material fundente. La varilla metálica a menudo va recubierta por una combinación de materiales que varían de un electrodo a otro.

SOLADURA POR ARCO ELÉCTRICO (FUSIÓN)

ELECTRODO METÁLICO

Protegido

Hidrógeno atómicoGas inerte (TIG, MIG, MAG)Arco sumergidoDe espárragosElectroescoria

No protegido

Metal desnudoDe espárragos

SOLADURA POR HAZ DE ELECTRONES (FUSIÓN)

Debe llevarse a cabo en vacío, de modo que la pieza de trabajo se coloca en una cámara que puede vaciarse. encima de dicha cámara se encuentra una pistola de electrones.

En la parte superior de la pistola de electrones se encuentra un cátodo formado por una banda de volframio a través de la cual fluye una fuerte corriente. Esta banda alcanzará una temperatura de unos 2.500 ºC y emitirá una corriente de electrones.

SOLADURA POR HAZ DE ELECTRONES (FUSIÓN)

Por debajo de la pistola se encuentra un anillo ánodo que acelera los electrones hasta entre un 50-70% la velocidad de la luz, con una tensión de hasta 60 kV. Debajo del ánodo se encuentra una lente magnética (una bobina) capaz de controlar el haz de electrones y dirigirlo al lugar por donde deban unirse las piezas de trabajo. especialmente útil para la unión precisa de hojas de 0,05 mm o más de grosor.

Las operaciones tradicionales posteriores a la soldadura, como el mecanizado, tensado, limpieza o el tratamiento de calor, suelen poder evitarse, permitiendo así que el proceso de soldadura mediante haz de electrones sea el último paso antes del montaje definitivo.

SOLADURA POR RAYO LÁSER (FUSIÓN)

Utiliza la energía aportada por un haz láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación) para fundir y recristalizar el material o los materiales a unir, obteniéndose la correspondiente unión entre los elementos involucrados.

Mediante espejos se focaliza toda la energía del láser en una zona muy reducida del material. Cuando se llega a la temperatura de fusión, se produce la ionización de la mezcla entre el material vaporizado y el gas protector (formación de plasma). La capacidad de absorción energética del plasma es mayor incluso que la del material fundido, por lo que prácticamente toda la energía del láser se transmite directamente y sin pérdidas al material a soldar.

SOLADURA POR RAYO LÁSER (FUSIÓN)

El láser brinda una alta intensidad de calor, ya que libera su energía en forma de luz. Para soldadura la energía se libera mejor en forma de impulsos que de un haz de luz continuo. La soldadura con láser es lenta en comparación con la de haz de electrones, y se usa de preferencia para soldaduras pequeñas (1mm), teniendo su mayor aplicación en la industria electrónica. Esto hace que sea útil para gran cantidad de aplicaciones (perforado, marcado, corte, soldadura..)

SOLADURA POR RAYO LÁSER (FUSIÓN)

Hasta la llegada del láser, la alta velocidad de producción y calidad de soldadura exigidos en los componentes de transmisión únicamente eran alcanzados mediante la técnica de rayo de electrones, por su elevada precisión y alta densidad de energía.

Sin embargo, ésta presentaba una serie de desventajas, como la necesidad de cámaras de vacío, sensibilidad al magnetismo y generación de rayos X.

El uso del láser permite evitar todos estos inconvenientes sin disminuir la calidad de la soldadura y con un menor coste de operación.

SOLADURA EN ESTADO SÓLIDO

Se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusión proviene de la aplicación de presión solamente o una combinación de calor y presión. Si se usa calor, la temperatura del proceso está por debajo del punto de fusión de los metales que se van a soldar. No se utiliza metal de aporte en los procesos de estado solido.

SOLADURA EN ESTADO SÓLIDO

Algunos procesos representativos de soldadura de este tipo incluyen los siguientes:

1.Soldadura por Difusión2.Soldadura por Fricción3.Soldadura Ultrasónica

SOLADURA POR DIFUSIÓN(ESTADO SÓLIDO)

En la soldadura por difusión, se colocan juntas dos superficies bajo presión a una temperatura elevada y se produce así la coalescencia de las partes por medio de fusión de estado sólido.

SOLADURA POR FRICCIÓN(ESTADO SÓLIDO)

La soldadura por fricción es un proceso de fase total de penetración sólida, el cual puede ser implementado en la unión de laminas de metal (hasta ahora principalmente para aluminio) sin llegar a su punto de fusión.

"FSW", la soldadura por fricción, un cilindro de sección plana y un rotor perfilado, son suavemente aproximados a las áreas a juntar las cuales son enfrentadas de tope.

SOLADURA POR FRICCIÓN(ESTADO SÓLIDO)

Las partes tienen que ser aseguradas a una mesa de respaldo para evitar que sean separadas por la fuerza a la que son sometidas. El calor de la fricción entre el cilindro rotatorio de alta resistencia al desgaste y las piezas a ser soldadas causan que los materiales se suavicen sin llegar al punto de fusión permitiendo al cilindro rotatorio seguir la línea de soldadura a través de las piezas a trabajar.

SOLADURA POR FRICCIÓN(ESTADO SÓLIDO)

El material pastificado es transferido al riel de borde del cilindro y forjado por el contacto directo del soporte y el rotor perfilado. En el proceso de enfriamiento, el proceso deja a su paso un cordón de fase sólida entre las dos piezas.

SOLADURA ULTRASÓNICA (ESTADO SÓLIDO)

La soldadura ultrasónica es un proceso relativamente nuevo. Consiste en una máquina con punta de base plana, se colocan los materiales uno encima de otro y después se baja la punta de la máquina, esta emite una onda ultrasónica que mueve las moléculas de ambos materiales provocando que estas se fundan. Los parámetros deben de ser ajustados cada vez que se altera en espesor de pared de los materiales a fundir. Una ejemplo de su uso en la industria es la de soldar cables a terminales.

SOLADURA ULTRASÓNICA (ESTADO SÓLIDO)

La soldadura por ultrasonidos a 40 kHz es adecuada para la producción en serie, por ejemplo para luces traseras de automóvil, cassettes para película, monturas de diapositivas, estilográficas y bolígrafos. Las grandes piezas, como deflectores de aire para automóvil, se sueldan a 20 kHz. Se emplean otras frecuencias, como 15 kHz, para la soldadura de plásticos de ingeniería

UNIÓN POR SOLADURAConexión sólida entre dos partes; así es como se

denomina a este contacto de los bordes o superficies de las partes que han sido unidas. Tipos de uniones:

Unión empalmadaUnión de esquina.Unión superpuesta.Unión T.Unión de bordes.