Guía de Soldadura

Plásticos

Guía de apoyo de plásticos.

CENTRO DE SOLDADURA PLASTICA

pág. 2

Índice

Teoría de Plásticos 4

Propiedades de los plásticos 5

Mecanismos de formación de plásticos 6

Familias de plásticos 7

Categorización de Plásticos y sus Características 9

Plásticos más comunes y sus propiedades 16

Identificación de Plásticos 19

Prueba de identificación de plásticos con llama. 23

Soldadura de Polímeros 24

Métodos de Soldadura 25

Térmicos 25

Soldadura con Aire caliente (HGW) 25

Soldadura de Péndulo (PW) 27

Soldadura con punta rápida (WZ) 28

Cuña caliente (HWW) 29

Soldadura por extrusión (EW) 30

Soldadura por plato caliente (HPW) 31

Soldadura Infrared (IRW) 34

Soldadura Laser (LW) 35

Electromagnéticos 37

Soldadura Resistencia/Electro fusión 37

Soldadura por Inducción 38

Soldadura Dieléctrica/RF(Radiofrecuencia) 39

Soldadura Microondas 40

Mecánicos 41

Soldadura por Fricción. 41

Soldadura por Vibración/ Ultrasónica 42

Diseño de la Soldadura 44

Tipos de zapatas y usos 45

Pruebas de soldadura 46

Pruebas DESTRUCTIVAS: 47

Pruebas NO DESTRUCTIVAS: 50

Errores más comunes en la soldadura de plásticos 51

Etapas de soldadura y problemas relacionados 52

pág. 3

Planificación del trabajo 52

Preparación superficial 52

Calentamiento 53

Consolidación 53

Enfriamiento 54

Métodos de Comprobación 55

Métodos de comprobación en soldadura de tuberías 55

Métodos de comprobación en soldadura de láminas 56

Fallos comunes en Soldadura Según Método 57

Este manual debe ser utilizado sólo como una guía y no como

substituto de una capacitación adecuada impartida por

profesionales calificados. La información contenida en este

manual es general y no puede abarcar todas las situaciones

que se pueden presentar durante diversas condiciones

operativas.

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Teoría de Plásticos

¿De dónde vienen los plásticos? Los plásticos se derivan de materiales que se encuentran en la naturaleza, como el gas natural, el petróleo, el carbón, los minerales y las plantas. Los primeros plásticos fueron hechos por la naturaleza, ¿sabías que el caucho de un árbol de caucho es en realidad un plástico?

El interés por fabricar plásticos surgió en la década de 1800 para reemplazar materiales escasos como el caparazón de tortuga o el marfil, los primeros plásticos sintéticos se derivaron de la celulosa, una sustancia que se encuentra en las plantas y los árboles, la celulosa se calentó con productos químicos y dio como resultado un nuevo material que fue extremadamente duradero. Las materias primas para los plásticos de hoy provienen de muchos lugares (algunos incluso usan sal), Pero la mayoría de los plásticos se pueden obtener a partir de los hidrocarburos que están fácilmente disponibles en gas natural, petróleo y carbón. La palabra plástico es una forma de referirse a materiales sintéticos capaces

de entrar en un estado plástico, pero el plástico no es necesariamente el grupo de materiales al que esta palabra se refiere diariamente.

¿Qué son los plásticos desde el punto de vista químico?

El plástico es cualquier polímero orgánico sintético o semisintético, mientras que otros elementos pueden estar presentes, los plásticos siempre incluyen carbono e hidrógeno; los plásticos son simplemente cadenas de moléculas similares unidas entre sí, estas cadenas se llaman polímeros. Es por esto que muchos plásticos comienzan con "poli", como el polietileno, el poliestireno y el polipropileno. Los polímeros a menudo están hechos de carbono e hidrógeno y, a veces, de oxígeno, nitrógeno, azufre, cloro, flúor, fósforo o silicio, el polímero utilizado para fabricar un plástico casi siempre se mezcla con aditivos, incluidos colorantes, plastificantes, estabilizantes, rellenos y refuerzos; Estos aditivos afectan la composición química, las propiedades químicas y las propiedades mecánicas de un plástico y por consiguiente afectan su costo. Mientras que los plásticos pueden estar hechos de casi cualquier polímero orgánico, la mayoría del plástico industrial está hecho de productos petroquímicos. Aunque hay muchos polímeros, los plásticos en general son ligeros con grados significativos de resistencia. Los plásticos pueden moldearse, extruirse, moldearse y soplarse en formas y películas o espumas o incluso en fibras para textiles. Muchos tipos de recubrimientos, selladores y pegamentos son en realidad plásticos, también.

Ilustración 1: Látex, jugo lechoso de color blanco o amarillento que se extrae de la corteza de hevea brasiliensis.

Ilustración 2 Formación de Polietileno

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Propiedades de los plásticos

Las propiedades de los plásticos dependen de la composición química de las subunidades, la disposición de estas subunidades y el método de procesamiento. Como mencionábamos todos los plásticos son polímeros, pero no todos los polímeros son plásticos. Los polímeros plásticos consisten en cadenas de subunidades enlazadas, llamadas monómeros. Si se unen monómeros idénticos, se forma un homopolímero. Los monómeros de diferencia se unen para formar copolímeros. Los homopolímeros y copolímeros pueden ser cadenas lineales o cadenas ramificada.

Ilustración 4 Ejemplo de Homo/Hetero-Polímeros

Algunas de las propiedades generales de los plásticos más importantes serian:

Los plásticos suelen ser sólidos. Pueden ser sólidos amorfos, sólidos cristalinos o sólidos

semicristalinos (cristalitos).

Los plásticos suelen ser malos conductores del calor y la electricidad. La mayoría son aislantes

con una alta resistencia dieléctrica.

Los polímeros vítreos tienden a ser rígidos (por ejemplo, poliestireno). Sin embargo, se

pueden usar láminas delgadas de estos polímeros como películas (por ejemplo, polietileno).

Casi todos los plásticos muestran alargamiento cuando se tensan y no se recuperan después

de eliminar la tensión. Esto se llama "arrastramiento".

Los plásticos tienden a ser duraderos, con un lento ritmo de degradación.

Los plásticos puros son generalmente insolubles en agua y no tóxicos. Sin embargo, muchos de los aditivos en los plásticos son tóxicos y pueden filtrarse en el medio ambiente. A continuación, tenemos una pequeña tabla de ejemplos:

Polímeros sintéticos Monómeros Uso

1 Polietileno Eteno Bolsas, juguetes

2 Polipropileno Propeno Películas, utensilios de cocina, aislante eléctrico.

3 Policloruro de vinilo Cloro de etano Ventanas, sillas, aislantes.

4 Poliestireno Fenileten embalajes, aislante térmico y acústico

5 PTFE (teflón) Tetrafluoreteno Antiadherente, aislante.

6 Cloropreno o neopreno 2- clorobutadieno Aislante térmico, neumáticos.

7 Poliacrilonitrilo Propenonitrilo (Acrilonitrilo)

Tapicerías, alfombras tejidos.

Ilustración 3 Formación de Polímeros

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8 PMM (Plexiglás) Metil-propenato de metilo (metacrilato de metilo)

Muebles, lentes y equipos ópticos

9 Nailon Amidas (Poliamidas) Plásticos, fibras.

10 Caucho sintético Butadieno Fabricación de tubos, correas. Luego de vulcanizarlo, se utiliza en la fabricación de neumáticos y llantas.

Mecanismos de formación de plásticos

Los plásticos están formados por tres mecanismos de reacción diferentes: polimerización por adición, policondensación y poliadición.

POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN La polimerización por adición implica unir varias moléculas pequeñas juntas en una cadena para formar una molécula grande. En este caso, las moléculas están simplemente dispuestas en sucesión. El producto conserva la misma composición que los materiales de partida y no se eliminan los productos secundarios. Como lo mencionábamos, si los materiales de partida consisten en moléculas idénticas, el producto se conoce como homopolímero, mientras que, si se componen de moléculas diferentes, el producto se conoce como copolímero. La reacción de polimerización de adición se inicia por calor, presión y catalizadores.

La polimerización por adición da lugar, por ejemplo, a poliestireno (PS), polipropileno (PP) y polietileno (PE).

POLICONDENSACIÓN

En la policondensación, diferentes materiales de partida se combinan para producir una sola molécula con la eliminación de un producto secundario (generalmente agua). Si la reacción produce solo cadenas lineales, la policondensación puede dar lugar a termoplásticos. Sin embargo, si las moléculas individuales de los materiales de partida se unen entre sí en varios puntos, se obtiene una

estructura tridimensional, dando lugar a termoestables.

POLIADICIÓN La poliadición se define como la unión de varias moléculas de diferentes materiales de partida con la migración de átomos de hidrógeno, pero sin que se formen productos secundarios. La poliadición da lugar, por ejemplo, al poliuretano (PU), que es altamente respetuoso con el medio ambiente y se utiliza para el flejado de cintas en aplicaciones de envasado.

Ilustración 5 Polimerización por Adición

Ilustración 6 Polimerización por Condensación

Ilustración 7 Poliadición

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Datos interesantes de plástico

o El primer plástico completamente sintético fue la baquelita, fabricada en 1907 por Leo

Baekeland. Baekeland también acuñó la palabra "plásticos".

o La palabra plástico proviene de la palabra griega plastikos, que significa poder moldearse o

moldearse.

o Aproximadamente un tercio del plástico que se produce se utiliza para hacer envases. Otro

tercio se utiliza para revestimientos y tuberías.

o la gran diversidad de materiales completamente sintéticos que reconocemos como plásticos

modernos empezaron a aparecer hace unos 100 años.

o El policloruro de vinilo (PVC) fue polimerizado por primera vez entre 1838 y 1872.

o Uno de los primeros ejemplos fue el invento de Alexander Parkes en 1855, denominado

parkesina a partir de su propio nombre. Es lo que hoy en día conocemos como celuloide.

Familias de plásticos

Sobre la base de sus características físicas, los plásticos se dividen generalmente en termoestables, elastómeros y termoplásticos.

Estos grupos difieren principalmente con respecto a la estructura molecular, que es lo que determina su comportamiento térmico diferente. La siguiente tabla enumera las características de los diversos tipos de plásticos.

Polimeros

Termoplasticos

Amorfos

- Policarbono

- ABS

- Poliestireno

- Acrilico (Pelexiglass)

- PC/ABS, etc.

Cristalinos

- Nylon

- Polipropileno

- Polietileno

- PBT, etc.

Combinaciones Especiales

- LCP

- TPE-E

- Estirenicos

- Vinil Flexible

- TPU´s

Termofijos- Poliuretano

- Baquelita

- Melamina

Elastomeros- Neopreno

- Polibutadieno

- Silicona

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Familia de Plástico Estructura Molecular Características y Aplicaciones

Termoestables

Los termoestables son duros y tienen una estructura molecular ramificada muy estrecha. El curado procede durante la conformación, después de lo cual ya no es posible dar forma al material por calentamiento. Posteriormente, la conformación adicional solo se puede realizar mediante maquinado. Los termoestables se utilizan, por ejemplo, para hacer interruptores de luz.

Elastómeros

Si bien los elastómeros también tienen una estructura reticulada, tienen una malla más suelta que los termoestables, lo que da lugar a un grado de elasticidad. Una vez conformados, los elastómeros tampoco pueden ser remodelados por calentamiento. Los elastómeros se utilizan, por ejemplo, para producir neumáticos para automóviles.

Termoplásticos

Los termoplásticos tienen una estructura molecular lineal o ramificada que determina su resistencia y comportamiento térmico; Son flexibles a temperaturas normales. A aprox. 120 - 180 ° C, los termoplásticos se convierten en una masa pastosa / líquida. El rango de temperatura de servicio para los termoplásticos es considerablemente más bajo que el de los termoestables. Los termoplásticos polietilenos (PE), cloruro de polivinilo (PVC) y poliestireno (PS) se utilizan, por ejemplo, en aplicaciones de envasado.

Aditivos Cuando los plásticos emergen de los reactores, pueden tener las propiedades deseadas para un producto comercial o no. La inclusión de aditivos puede impartir a plásticos propiedades específicas. Algunos polímeros incorporan aditivos durante la fabricación. Otros polímeros incluyen aditivos durante el procesamiento en sus partes terminadas. Los aditivos se incorporan a los polímeros para alterar y mejorar las propiedades mecánicas, físicas o químicas básicas. Los aditivos también se usan para proteger el polímero de los efectos degradantes de la luz, el calor o las bacterias; para cambiar tales propiedades de procesamiento de polímeros, tales como flujo de fusión; para proporcionar color del producto; y para proporcionar características especiales tales como un mejor aspecto de la superficie, una fricción reducida y un retardo de la llama. Tipos de aditivos:

• Antioxidantes: para el procesamiento de plásticos y aplicaciones externas donde se necesita

resistencia a la intemperie.

• Colorantes: para piezas de plástico coloreadas.

• Agentes espumantes: para copas de poliestireno expandido y tablero de construcción y para

contrapisos de poliuretano

• Plastificantes: se utilizan en el aislamiento de cables, pisos, canalones y algunas películas.

• Lubricantes: utilizados para la fabricación de fibras.

• Anti-stats: para reducir la recolección de polvo por la atracción de electricidad estática.

• Antimicrobianos: utilizados para cortinas de baño y revestimientos de paredes.

• Retardantes de llama: para mejorar la seguridad de los revestimientos de alambres y cables

y el mármol cultivado.

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Categorización de Plásticos y sus Características

Bioplásticos

Los bioplásticos se fabrican en su totalidad o en parte a partir de recursos biológicos

renovables. Por ejemplo, la caña de azúcar se procesa para fabricar etileno, que a su vez se utiliza para

fabricar polietileno. El almidón se puede procesar para producir ácido láctico y posteriormente ácido

poliláctico(PLA).

Propiedades

Las propiedades de los bioplásticos pueden variar considerablemente

según el material. Los bioplásticos o los plásticos duraderos parcialmente

biológicos, como el PE, el PET o el PVC, tienen las mismas propiedades

que sus versiones convencionales. Esos bioplásticos solo se pueden

distinguir de los plásticos convencionales con un análisis científico.

Aplicaciones

Los bioplásticos, como las mezclas de almidón, PLA, bio-PET y bio-PE se utilizan principalmente

para envases. También se utilizan en forma de fibras en el sector textil. El ácido biosuccínico es

adecuado para varias aplicaciones en deportes y calzado, automoción, envasado, agricultura,

aplicaciones en fibras y telas sin tejer. En 2016, se produjeron unos 4,2 millones de toneladas de

aplicaciones de bioplásticos; y se espera que la producción haya aumentado a 6,1 millones de

toneladas para 2021 (Bio-Based World News).

Plásticos biodegradables

Los plásticos biodegradables son plásticos que en determinadas condiciones los

microorganismos degradan y convierten en agua, dióxido de carbono (o metano) y biomasa. Para guiar

a los consumidores en sus decisiones e inspirarles confianza en la biodegradabilidad del plástico, se

han implementado unas normas universales, se han desarrollado nuevos materiales y se ha creado un

logo para compostables.

Propiedades

Los plásticos biodegradables se pueden aplicar de varias formas útiles. Se pueden espumar en

material para envasado, o extrusionar o moldear por inyección en máquinas convencionales

modificadas. Se pueden utilizar varios tipos de rellenadores tales, como madera triturada, cal, arcilla

o restos de papel. Los rellenadores se pueden colorear y utilizar en varios

tamaños de granulación para cambiar el aspecto externo del material. El

material se puede coinyectar con otros materiales plásticos como el LDPE,

el PP y el HDPE. El proceso de coinyección deposita una fina capa de material

plástico encima del plástico biodegradable. El resultado es un artículo

completamente biodegradable más barato que los materiales de plástico

convencionales, completamente impermeable y coloreado para que se

parezca a los materiales de plástico convencionales. Hay dos tipos de

plásticos biodegradables:

o Los bioplásticos, cuyos componentes se derivan de materias primas renovables.

o Los plásticos fabricados a partir de petroquímicos con aditivos biodegradables que mejoran la

biodegradación.

Ilustración 8 Logo Bioplásticos

Ilustración 9 Logo Plástico

Biodegradable

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Aplicaciones

Los plásticos biodegradables constituyen una solución ideal para muchas aplicaciones únicas o de poca

duración.

→ Recogida y desviación de residuos orgánicos.

→ Sector agrícola y hortícola (por ejemplo, como láminas para coberturas de suelo, o macetas).

→ Envasado de alimentos.

Plásticos técnicos

Los plásticos técnicos ofrecen un mayor rendimiento que los materiales estándar, y son ideales

para aplicaciones técnicas que requieren plásticos duros. Gradualmente han ido reemplazando a los

materiales técnicos tradicionales, como la madera o el metal, en muchas aplicaciones, porque no solo

los superan en la relación peso/fuerza y otras propiedades, sino que también son mucho más fáciles

de fabricar, sobre todo cuando se trata de formas complicadas.

Propiedades

Los plásticos técnicos ofrecen mejor rendimiento en ámbitos como la resistencia al calor, la

resistencia a los productos químicos, la resistencia al impacto, la no propagación de la llama y la fuerza

mecánica.

Aplicaciones

Los plásticos técnicos se utilizan en aplicaciones como:

→ transporte

→ electricidad y electrónica

→ construcción y edificación

→ aparatos y productos de consumo

→ aplicaciones industriales como revestimientos resistentes a la

abrasión y la corrosión

Resinas Epoxi

Las resinas epoxi se utilizan desde hace unos cincuenta años, y son una de las familias de

plásticos de más éxito. Su estado físico puede cambiar desde un líquido de baja

viscosidad hasta un sólido con un punto de fusión elevado, lo que significa que

se puede fabricar una amplia gama de materiales con propiedades únicas. En

el hogar, las encontramos en las latas de refrescos y envases especiales, donde

se pueden utilizar como revestimiento para proteger el contenido y conservar

el sabor. También se utilizan como revestimiento protector para todo, desde

camas, sillas de jardín, muebles de oficina y de hospital, hasta carros de

supermercado y bicicletas. También se utilizan en pinturas especiales para

proteger las superficies de barcos, plataformas petroleras y aerogeneradores

de las inclemencias del tiempo.

Propiedades

El estado físico de las resinas epoxi puede variar desde un líquido de baja viscosidad hasta un

sólido con un punto de fusión elevado.

Ilustración 10 Plásticos Tecnicos.

Ilustración 11 Instalación de pisos con cobertura de Resina.

pág. 11

Se pueden entrecruzar con varios agentes curantes o endurecedores para formar una gran

diversidad de materiales con combinaciones de propiedades únicas, muy útiles para los principales

sectores industriales.

Las resinas epoxi se conocen por su excelente adhesión, resistencia a las sustancias químicas

y al calor, propiedades mecánicas excelentes y buen aislamiento eléctrico.

Muchas de sus propiedades se pueden modificar; por ejemplo, se utilizan epoxis rellenos de

plata con una muy buena conductividad eléctrica, a pesar de que los epoxis normalmente son

aislantes. Algunas variaciones ofrecen un gran aislamiento térmico, o conductividad térmica

combinada con resistencia eléctrica para las aplicaciones electrónicas.

Aplicaciones

Las aplicaciones de las resinas epoxis son muchas, por ejemplo:

→ pinturas y revestimientos

→ adhesivos

→ materiales compuestos como los que utilizan refuerzos de fibra de carbono y fibra de vidrio.

→ materiales compuestos y herramientas industriales

→ sistemas eléctricos y electrónicos

→ aplicaciones de consumo

→ aplicaciones marinas

→ aplicaciones aeroespaciales

→ biología

→ arte

Poliestireno expandido

El poliestireno expandido o EPS es uno de los polímeros básicos más utilizados. Durante más

de 50 años ha sido el material preferido gracias a su versatilidad, rendimiento y rentabilidad. Se utiliza

en muchas aplicaciones cotidianas.

Propiedades

El EPS es un producto termoplástico con una combinación única de cualidades, como: ligereza,

fuerza, durabilidad, amortiguación, aislamiento y una procesabilidad excelente.

Aplicaciones

El EPS se utiliza en muchas aplicaciones, como:

→ Aislamiento térmico en edificios

→ Construcción de carreteras

→ Aislamiento acústico

→ Envasado

→ Envasado de alimentos para mantener la temperatura de

alimentos calientes o fríos y evitar el deterioro

→ Protección de productos frágiles y valiosos

→ Cascos

→ Tablas de windsurf

Ilustración 12 Artículos de Poliestireno.

pág. 12

Fluoropolímeros

Los fluoropolímeros son una familia de plásticos de alto rendimiento. El más famoso de esta

familia es el politetrafluoroetileno (PTFE). El PTFE es inerte a casi todas las sustancias químicas y se

considera el material más resbaladizo que existe. Esas propiedades lo convierten en uno de los

materiales más valiosos y versátiles que se han inventado, y representa una mejora significativa en

ámbitos como el aeroespacial, las comunicaciones, la electrónica, los procesos industriales y la

arquitectura.

El PTFE es conocido en todo el mundo por sus enormes propiedades antiadherentes asociadas

a su uso como revestimiento en utensilios de cocina, o para el suelo, o repelente de las manchas en

tejidos y productos textiles.

Una vez descubierto el PTFE, se ha desarrollado una gran familia de otros fluoropolímeros. La

introducción de una combinación de monómeros fluorados y no fluorados permitió al sector diseñar

una gran variedad de polímeros distintos con una amplia gama de temperaturas de procesado y uso.

Propiedades

Los fluoropolímeros poseen una combinación inusual de propiedades de gran valor, como la

inercia química, una constante dieléctrica elevada, retardo de la llama, baja fricción, anti-adherencia,

resistencia a las inclemencias del tiempo o propiedades de barrera.

Aplicaciones

Los fluoropolímeros se utilizan en una amplia gama de aplicaciones como:

→ Rodamientos y juntas de alto rendimiento para automóviles y

aviones

→ Retardantes de la llama

→ Revestimientos para utensilios de cocina que proporcionan una gran

estabilidad térmica y propiedades antiadherentes

→ Revestimientos de tuberías y depósitos para productos químicos

→ Envases para baterías de ión-litio

→ Revestimientos para cables en el sector de las telecomunicaciones y

la informática

→ Implantes y catéteres para aplicaciones biomédicas

Poliolefinas

Las poliolefinas son una familia de termoplásticos de polietileno y polipropileno. Se producen

principalmente a partir del petróleo y el gas natural mediante un proceso de polimerización del etileno

y el propileno respectivamente. Su versatilidad las convierte en uno de los plásticos más utilizados

hoy en día.

Propiedades

Hay cuatro tipos de poliolefinas:

▪ LDPE (polietileno de baja densidad): El LDPE se define por una gama de densidad de 0,910–

0,940 g/cm3. No reacciona a temperatura ambiente, excepto a fuertes agentes oxidantes y

algunos disolventes que provocan hinchazón. Puede soportar una temperatura continua de

80 ºC y 95 ºC durante un breve plazo de tiempo. Puede ser opaco o traslúcido, y es bastante

flexible y duro.

Ilustración 13 Catéter venoso central.

pág. 13

▪ LLDPE (polietileno lineal de baja densidad): Es un polietileno bastante lineal, con unas

cifras significativas de ramas cortas, normalmente fabricado mediante copolimerización de

etileno con olefinas de cadena más larga. El LLDPE tiene mayor fuerza tensil y más resistencia

al impacto y a la punción que el LDPE. Es muy flexible y se puede estirar mediante tensión.

Se puede utilizar para fabricar láminas más finas y ofrece una buena resistencia a las

sustancias químicas. Tiene buenas propiedades eléctricas. Sin embargo, no es tan fácil de

procesar como el LDPE.

▪ HDPE (polietileno de alta densidad): El HDPE se conoce por su buena relación

fuerza/densidad. La densidad del HDPE puede oscilar de 0,93 a 0,97 g/cm3 o 970 kg/m3.

Aunque la densidad del HDPE solo es marginalmente superior a la del polietileno de baja

densidad, el HDPE es de baja ramificación lo que le aporta una mayor fuerza intermolecular y

una mayor tensión de rotura que el LDPE. También es más duro y opaco y puede soportar

temperaturas algo más elevadas (120 °C en periodos cortos).

▪ PP (polipropileno): La densidad del PP es de entre 0,895 y 0,92 g/cm³. Por lo tanto, el PP

es el plástico básico con menor densidad. En comparación con el polietileno (PE) sus

propiedades mecánicas y resistencia térmica son superiores, pero la resistencia química es

menor. Normalmente el PP es duro y flexible, sobre todo cuando se copolimeriza con etileno.

Por eso el polipropileno puede utilizarse como plástico técnico, y competir con materiales

como el acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS).

Aplicaciones

Las cualidades específicas de los diversos tipos de poliolefinas las convierten en ideales para

diversas aplicaciones, como:

→ LDPE: film transparente, bolsas de la compra, film agrícola, revestimiento para brics de leche, revestimiento para cable eléctrico, bolsas industriales para grandes cargas.

→ LLDPE: film extensible, films para embalaje industrial,

contenedores de paredes muy finas, bolsas pequeñas,

medianas y para grandes cargas.

→ HDPE: cajas y contenedores, botellas (para productos

alimenticios, detergentes, cosméticos), recipientes para

alimentación, juguetes, depósitos de gasolina, envoltorios

industriales, tuberías y utensilios domésticos.

→ PP: envases para alimentos, como vasos de yogur o margarina, envoltorios de caramelos o

aperitivos, recipientes para microondas, fibras para alfombras, muebles de jardín, dispositivos

médicos y sus envases, maletas, utensilios de cocina y tuberías.

Poliuretanos

El poliuretano (PUR) es un material resiliente, flexible y duradero. Hay varios tipos de

poliuretanos, con una gran diferencia de aspecto y tacto entre sí. Se utilizan para una amplia gama de

productos. De hecho, estamos rodeados de productos que contienen poliuretano en todos los ámbitos

de nuestra vida cotidiana.

Ilustración 14 Geomembrana de LDPE.

pág. 14

Aunque mucha gente no sabe muy bien qué son los poliuretanos porque suelen estar

«ocultos» bajo cubiertas o superficies de otros materiales, sería difícil imaginar la vida sin ellos.

Propiedades

Los poliuretanos no son solamente materiales asequibles y seguros, sino también sostenibles.

Los poliuretanos preservan los recursos naturales de la Tierra reduciendo la necesidad de energía.

Gracias a los poliuretanos nuestra vida es más cómoda, desde el confort que proporcionan las

espumas en muebles y camas, hasta el aislamiento que regula la temperatura en el interior de los

edificios. En los coches, su acolchado ayuda a proteger a los conductores y pasajeros en caso de

colisión.

La enorme adaptabilidad y disponibilidad del material, por no hablar de lo asequibles y

reciclables que son, lo convierten en el material preferido de muchos fabricantes.

Aplicaciones

Los poliuretanos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones como:

→ aislamiento de edificios

→ refrigeradores y congeladores

→ mobiliario y camas

→ calzado

→ automoción (transporte)

→ revestimientos y adhesivos

Policloruro de vinilo

El policloruro de vinilo (PVC) fue uno de los primeros plásticos que se descubrieron, y también

uno de los más utilizados. Es un derivado de la sal (57 %) y del petróleo o el gas (43 %). Es el tercer

polímero de plástico sintético más producido del mundo, después del polietileno y el polipropileno. El

PVC tiene dos formas básicas: rígido (a veces abreviado como RPVC) y flexible.

Propiedades

La combinación de propiedades del PVC le aporta unas ventajas muy difíciles de igualar. Es

duradero, ligero, fuerte y resistente al fuego, con unas excelentes propiedades aislantes y baja

permeabilidad. Si se utilizan determinados aditivos en el proceso de fabricación, la fuerza, la rigidez,

el color y la transparencia se pueden adaptar para satisfacer necesidades específicas.

Aplicaciones

El PVC se utiliza en muchas aplicaciones, como:

→ productos para la construcción, como marcos de ventanas y

otros perfiles, revestimientos de suelo y paredes, láminas

para techos, piscinas y depósitos.

→ tuberías y accesorios para agua potable y para aguas

residuales, y conducciones para energía y

telecomunicaciones.

→ revestimientos, como lonas alquitranadas, láminas de metal

corrugado e impermeables.

→ aislamiento y cubiertas para suministros de energía de bajo voltaje, telecomunicaciones,

dispositivos eléctricos y aplicaciones de automoción.

Ilustración 15 Esponja de Poliuretano.

Ilustración 16 Tubería y conectores de PVC.

pág. 15

→ envases para productos farmacéuticos, alimentos y confitería, agua y zumos de fruta,

etiquetas, bandejas de presentación.

→ aplicaciones de automoción, como cables, recubrimiento de bajos y tapicería.

→ productos médicos, como bolsas de sangre, tubos para transfusiones y guantes quirúrgicos.

→ productos de ocio, como mangueras de jardín, calzado, piscinas hinchables, tiendas.

Termoplásticos

Los termoplásticos se definen como polímeros que se pueden fundir y remodelar casi

indefinidamente. Se derriten cuando se calientan y endurecen cuando se enfrían. Sin embargo, si se

congela, el termoplástico se puede romper, igual que el vidrio. Esas características, a las que deben su

nombre, son reversibles, por lo que el material se puede recalentar, remoldear y congelar muchas

veces. Por eso los termoplásticos se reciclan mecánicamente. Algunos de los tipos de termoplástico

más comunes son el polipropileno, el polietileno, el policloruro de vinilo, el poliestireno, el tereftalato

de polietileno y el policarbonato.

Propiedades

Los termoplásticos tienen una estructura molecular simple con macromoléculas

químicamente independientes. Cuando se calientan, se ablandan o se derriten, después se moldean,

se forman, se fusionan y se solidifican cuando baja la temperatura. Los ciclos de calentamiento y

enfriamiento se pueden repetir muchas veces, lo que permite procesarlos y reciclarlos una y otra vez.

Aplicaciones

Los termoplásticos están a nuestro alrededor desde hace mucho tiempo y son un componente

importante de la vida diaria.

Por ejemplo:

→ El acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) es un termoplástico que se utiliza para fabricar:

→ material deportivo

→ juguetes (por ejemplo, los bloques de LEGO®)

→ varias piezas del automóvil

→ El policarbonato se utiliza para fabricar:

→ CD y DVD

→ botellas para bebidas

→ recipientes para alimentos

→ lentes para gafas

→ Probablemente el polietileno es el termoplástico más

habitual y se utiliza para:

→ botes de champú

→ bolsas para tiendas de comestibles

→ chalecos antibalas

Plásticos termoestables

Los plásticos termoestables son materiales sintéticos tratados para provocar un cambio en su

composición química, creando una red tridimensional. Una vez calentados y formados, no se pueden

volver a fusionar y cambiar de forma. Probablemente la baquelita es el plástico termoestable más

conocido.

Ilustración 17 Productos de Termoplásticos.

pág. 16

Propiedades

Los plásticos termoestables conservan su fuerza y forma incluso cuando se calientan. Por eso

son ideales para la producción de componentes permanentes y grandes formas sólidas. Son

resistentes y no se debilitan cuando aumenta la temperatura. Cada tipo de plástico termoestable tiene

un conjunto de propiedades único. Las resinas epoxi, por ejemplo, ofrecen elasticidad y una resistencia

química excepcional, además de ser relativamente fáciles de endurecer. Los fenoles, aunque son

bastante fáciles de moldear, son quebradizos y duros.

Aplicaciones

Dada la amplia gama de características que ofrecen, los plásticos termoestables se utilizan en una

extensa variedad de aplicaciones, como:

→ Chips electrónicos

→ Compuestos reforzados con fibra

→ Revestimientos poliméricos

→ Lentes para gafas

→ Empastes dentales

Plásticos más comunes y sus propiedades

Los materiales plásticos han impregnado efectivamente todos los aspectos de la vida

moderna, desde los microchips en su computadora hasta las bolsas en las que compra. La razón por

la que parece que el plástico se puede usar casi en todas partes es que en realidad no es solo un

material, sino un grupo de materiales. Hay tantos tipos diferentes de material plástico, y muchos de

ellos, como el polietileno, PVC, acrílico, etc., tienen propiedades increíblemente útiles y versátiles.

Hay una sorprendente cantidad de tipos de plástico que existen y la forma en que algunos,

como Polyether Ether Ketone (PEEK), están reemplazando rápidamente a los metales en una amplia

gama de aplicaciones. Dicho esto, los plásticos con estas características aún se están desarrollando y,

aunque son útiles, todavía no se utilizan ampliamente debido a sus costos generalmente más altos.

Sin embargo, hay muchos plásticos que no tienen este problema, y aunque pueden no parecer tan

impresionantes ahora, en un momento fueron prácticamente revolucionarios.

Ilustración 18 Chip electrónico hecho de

plástico.

pág. 17

Los plásticos más comunes en nuestra vida diaria y algunas de las características propias del mismo:

⸧ ACRILONITRILO BUTADIENO ESTIRENO. (ABS)

‣ Al aplicar calor sobre el área a soldar, suelen aparecer grietas que en un principio no

eran visibles. Se trata de un material rígido.

‣ Cuando alcanza la temperatura de fusión produce ‘hervidos’ en la superficie y se

deforma con facilidad.

‣ Con temperaturas por debajo de los 10ºC se agrietan los contornos de la soldadura,

por lo que será necesario calentar previamente la pieza.

‣ Temperatura de soldadura: 300º-350º.

⸧ POLIAMIDA (PA)

‣ Se mezcla con facilidad con otros tipos de plásticos y admite cargas de refuerzo. Es

posible su fabricación en amplia gama de densidades.

‣ Tiene muy buenas propiedades mecánicas por lo que es ideal para ser mecanizado.

Alta resistencia al impacto.

‣ No se desgasta fácilmente. Este tipo de plástico es altamente soldable.

‣ Temperatura de soldadura: 350º-400º

⸧ POLICARBONATO. (PC)

‣ Alta resistencia al impacto cuando se encuentra a unas temperaturas de entre –30° y

80°. Además, soporta temperaturas en hornos de hasta 120º.

‣ Material muy fácil de soldar.

‣ Al soldar se deforma con facilidad y produce ‘hervidos’.

‣ Cuando es puro (si no está mezclado) es totalmente transparente.

‣ Temperatura de soldadura: 300º-350º.

⸧ POLICARBONATO POLIBUTUILENO. TEREFTALATO. (PC-PBT)

‣ Plástico muy rígido, gran dureza. Alta resistencia al impacto cuando está entre -30° y

80°.

‣ A temperatura de fusión, este plástico produce “hervidos” en la superficie y es

fácilmente deformable.

‣ Temperatura de soldadura: 300º-350º.

⸧ POLIETILENO (PE)

‣ Material muy elástico, recupera su forma con facilidad después de un golpe.

‣ Aspecto y tacto céreo. Buena resistencia química. Resiste la gran mayoría de

disolventes y ácidos.

‣ Se suelda con facilidad.

‣ La durabilidad de su aspecto es mayor que en otros plásticos.

‣ Se corta fácilmente. A partir de los 87°C este plástico comienza a deformarse.

pág. 18

‣ Fácil de moldear, plástico muy usado en la fabricación de parachoques.

‣ Temperatura de soldadura: 275º-300º.

⸧ POLIPROPILENO (PP)

‣ Este tipo de plástico es muy similar en sus características al polietileno, incluso en

muchas ocasiones lo supera en propiedades mecánicas.

‣ Es más rígido, pero tiene una buena elasticidad.

‣ Se suelda con facilidad. Aspecto y tacto agradables.

‣ Soporta temperaturas de hasta 130°C.

‣ Admite fácilmente cargas para reforzar (fibras de vidrio, talcos, etc.) que dan lugar a

materiales con posibilidades de mecanizado muy interesantes.

‣ Este uno de los plásticos más usados en la automoción en todo tipo de elementos y

piezas.

‣ Temperatura de soldadura: 275º-300º

⸧ ETILENO PROPILENO CAUCHO POLIPROPILENO (PP-EPDM)

‣ Material muy elástico, recupera su forma fácilmente después de un golpe.

‣ Se suelda con facilidad.

‣ Muy resistente a la mayoría de los disolventes. Se corta fácilmente, a partir de los

90°C empieza a perder su forma.

‣ Por su componente de EPDM presenta una mayor elasticidad y resistencia al impacto

que el PP.

‣ Temperatura de soldadura: 275º-300º.

⸧ POLIURETANO (PUR)

‣ Puedo tener diferentes características como termoestable, termoplástico o incluso

elastómero.

‣ Este tipo de material es rígido o semirrígido pero muy flexible.

‣ Resiste bien ácidos y disolventes.

‣ Aguanta bien el calor. Las deformaciones existentes en elementos de espuma flexible

pueden corregirse fácilmente aplicando calor.

‣ Temperatura de soldadura: 270º-300º.

⸧ CLORURO DE POLIVINILO (PVC)

‣ Admite muchos aditivos, estas mezclas dan lugar a materiales aparentemente

distintos, pero con el denominador común del PVC.

‣ Alta resistencia al desgaste.

‣ Hay PVC de muchos tipos, rígidos y flexibles. Este plástico se suelda bien

químicamente y puede pegarse con cola de PVC.

‣ Temperatura de soldadura: 265º-300º.

pág. 19

Identificación de Plásticos

La Sociedad de la Industria de Plásticos de EE. UU. Introdujo el sistema del Código de

Identificación de Resina (RIC- por sus siglas en inglés) en 1988, cuando la organización se llamaba

Sociedad de la Industria de Plásticos, Inc. (SPI). El SPI declaró que uno de los propósitos del código SPI

original era "Proporcionar un sistema nacional coherente para facilitar el reciclaje de plásticos

postconsumo". El sistema ha sido adoptado por un número creciente de comunidades que

implementan programas de reciclaje, como una herramienta Para ayudar en la clasificación de

plásticos. Para hacer frente a las preocupaciones de los recicladores.

El sistema RIC se diseñó para facilitar a los trabajadores de las instalaciones de recuperación

y reciclaje de materiales la clasificación y la separación de los elementos según su tipo de resina. Los

plásticos deben reciclarse por separado, con otros materiales similares, con el fin de preservar el valor

del material reciclado, y permitir su reutilización en otros productos después de ser reciclado.

En su forma original, los símbolos utilizados como parte del RIC consistían en flechas que giran

en el sentido de las agujas del reloj para formar un triángulo que encierra un número. El número se

refiere en general al tipo de plástico utilizado en el producto:

Polietileno Tereftalato (PET)

Es claro, lavable y no absorbe la humedad. La inmensa mayoría de este

plástico termina en las botellas de bebida, formadas por inyección soplado. Un

volumen pequeño se usa ahora para la fabricación de guardabarros para

bicicletas.

Propiedades

Claridad, fuerza/dureza, resistencia a la grasa y al calor, puede ser utilizado como

fibra.

Aplicaciones

Botellas plásticas para bebidas, envases muy transparentes, delgados, verdes o cristal, recipientes de

aderezo, medicinas, agroquímicos, etc.

Polietileno de alta densidad (PE-HD)

Este polímero tiene mejores propiedades mecánicas que el PE-BD, ya que

posee mayor densidad. Presenta fácil procesamiento y buena resistencia al

impacto y a la abrasión. No resiste a fuertes agentes oxidantes como ácido

nítrico, ácido sulfúrico.

Propiedades

Es resistente a las bajas temperaturas, tiene alta resistencia a la tensión, compresión y tracción. Es Impermeable e Inerte (al contenido), baja reactividad; Plástico muy común, generalmente blanco o coloreado, no tóxico.

Aplicaciones

Envases para detergentes, aceites automotores, shampoo, lácteos; Bolsas para

supermercados; Envases para pintura, helados, aceites; Tuberías para gas, telefonía, agua potable,

minería, láminas de drenaje y uso sanitario.

pág. 20

Cloruro de polivinilo (PVC)

Además de sus buenas propiedades físicas, el PVC tiene una transparencia

excelente, alta resistencia química, resistencia a la humedad, y buenas

propiedades eléctricas. Las aplicaciones rígidas, se concentran en tuberías,

alfombras, ventanas, botellas y el empaque rígido de líquidos.

Propiedades

Versatilidad, facilidad de mezclar, fuerza y dureza, la resistencia a grasa y aceites, la resistencia a los químicos, claridad, bajo costo.

Aplicaciones

Empaque de comida, botellas de champú, envases transparentes, semidelgados. Se usa en aislamiento

de cables, capas, bolsas de sangre, Botellas de jugo, empaques de blíster, caños y piezas de plomería

y muchas más aplicaciones.

Polietileno de baja densidad (PE-BD)

Es utilizado en películas flexibles y relativamente trasparentes. Tiene un bajo

punto de fusión. Típicamente el PE-BD(LDPE – Por sus siglas en inglés) es usado

en la manufactura de películas flexibles, tales como bolsas plásticas y

publicitarias, también es usado en la manufactura de tapas flexibles, y además

en alambres y cables por sus buenas propiedades de aislamiento eléctrico.

Propiedades

Fácil de procesar, resistente a la humedad, plástico suave y flexible, fácil de sellar y bajo costo.

Aplicaciones

Tapas de contenedores de helados, papeleras, hojas de plástico negro, entre otros tipos de bolsas y tapas, también se usa para tubería y otros.

Polipropileno (PP)

Es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino. Utilizado en una amplia

variedad de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos, tejidos, equipo

de laboratorio, componentes automotrices y películas transparentes. Tiene gran

resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos.

Propiedades

Tiene menos densidad que el PE-BD. Su temperatura de reblandecimiento es más alta, y es más resistente a altas y a bajas temperaturas, plástico duro pero flexible.

Aplicaciones

Contenedores de helados, bolsas de papas fritas, pajitas para bebidas, cajas de comidas con bisagras;

Moldeo por inyección: juguetes, parachoques de automóviles, etc. Moldeo por soplado: recipientes

huecos (botellas) Producción de fibras, tanto tejidas (tapetes) como no tejidas. Extrusión: de perfiles,

placas y tubos.

pág. 21

Poliestireno (PS)

El PS es un plástico muy versátil que puede ser rígido o formado.

Generalmente es claro, duro y quebradizo. Es muy poco resistente al vapor de

agua, oxígeno y tiene relativamente bajo punto de fusión. Hay dos versiones el

expansible o espumado (unicel) y el de cristal.

Propiedades

Versatilidad, Rígido: quebradizo, Puede ser claro, vidrioso(vítreo); Espumado: liviano, absorbe energía, aislación térmica, fácil procesamiento y bajo costo.

Aplicaciones

Contenedores de yogurt, cubertería de plástico, imitación de cristal (glassware), copas de bebidas, contenedores para llevar comida, bandejas, packaging.

Otras resinas como ABS, PC, etc.

El uso de este código indica que el empaque en cuestión está hecho de una

resina diferente a las seis listadas o de más de una de dichas resinas y que es

usado en una combinación de varias capas.

Propiedades

Depende de la resina o combinación de resinas.

Aplicaciones

Botellas de agua reutilizables, algunas botellas de jugos y salsa de tomate, incluye a todos los otros plásticos, incluidos acrílico y nylon. No pueden ser reciclados. Cuando se omite un número, las flechas dispuestas en un triángulo forman el símbolo de reciclaje universal, un indicador genérico de reciclabilidad. Las revisiones subsiguientes al RIC han reemplazado las flechas con un triángulo sólido, para abordar la confusión del consumidor sobre el significado del RIC, y el hecho de que la presencia de un símbolo RIC en un artículo no necesariamente indica que sea reciclable. En 2008, ASTM International asumió la administración del sistema RIC y finalmente emitió ASTM D7611: Práctica estándar para codificar artículos de plástico fabricados para la identificación de resinas. En 2013, esta norma se revisó para cambiar el símbolo de marca gráfica del RIC de las "flechas de persecución" del Símbolo de reciclaje a un triángulo sólido. Desde su introducción, el RIC se ha utilizado a menudo como un significante de reciclabilidad, pero la presencia o ausencia de un código en un producto de plástico no necesariamente indica que sea reciclable.

pág. 22

Posibles nuevos códigos Las modificaciones al RIC están siendo discutidas y desarrolladas actualmente por el subcomité D20.95 de ASTM sobre plásticos reciclados. [10] En los EE. UU., Sustainable Packaging Coalition también ha creado una etiqueta "How2Recycle" en un esfuerzo por reemplazar el RIC que se alinea más estrechamente con la forma en que el público utiliza actualmente el RIC. En lugar de indicar de qué tipo de resina plástica está fabricado un producto, las cuatro etiquetas "How2Recycle" indican si un producto plástico es reciclable.

Ampliamente reciclado (lo que significa que más del 60 por ciento de los EE. UU. Puede reciclar el artículo a través de un programa de reciclaje en el lado de la acera o un lugar de entrega municipal).

Limitado (lo que significa que solo el 20–60 por ciento de los EE. UU. Puede reciclar el artículo a través de un programa de reciclaje en la acera o en un lugar de entrega municipal).

Aún no se ha reciclado (lo que significa que menos del 20 por ciento de los EE. UU. Puede reciclar el artículo a través de un programa de reciclaje en el lado de la acera o un lugar de entrega municipal).

Devolución de la tienda (lo que significa que el artículo se puede reciclar si se lleva a las tiendas participantes, generalmente en las tiendas de comestibles).

Las etiquetas "How2Recycle" también alientan a los consumidores a consultar con las instalaciones locales para ver qué plásticos puede aceptar cada instalación de reciclaje municipal.

pág. 23

Prueba de identificación de plásticos con llama.

Presentamos una guía simplificada que lo ayudará a identificar muchos tipos comunes de materiales plásticos utilizando una fuente de llama, como un encendedor de cigarrillos, una antorcha o un quemador de gas. Naturalmente, la prueba de quemaduras se debe utilizar solo para identificación provisional. Muchos compuestos plásticos complejos requieren un riguroso análisis químico espectral o destructivo para una identificación positiva. Para determinar inicialmente si un material es termoplástico (fundible) o termoestable (no fundible), caliente una varilla de metal o vidrio hasta que se ilumine en tono rojo o naranja (a aproximadamente 500 ° F / 260 ° C) y presiónela contra la muestra. Si la muestra se ablanda, el material es un termoplástico; Si no lo hace, es altamente probable que sea un termoestable. A continuación, mantenga la muestra al borde de una llama hasta que se encienda. Si no se produce ninguna llama rápidamente, mantenga la muestra en la llama durante unos 10 segundos. Si el material se quema, tenga en cuenta el color de la llama, la naturaleza del humo, la presencia de hollín en el aire y si la muestra gotea mientras arde. A continuación, apaga la llama y huele con cuidado los humos. Para identificar el olor, las muestras de muestras de plástico conocidas para comparación pueden ser de gran ayuda. Finalmente, verifique sus observaciones contra las características conocidas de cada plástico como se muestra en la tabla a continuación. Una vez que haya hecho una identificación provisional, generalmente es conveniente repetir la prueba de llama una o dos veces para confirmar los resultados de la identificación original. Recuerde que los aditivos pueden afectar los resultados. Por ejemplo: los retardantes de llama pueden enmascarar las características normales de combustión de llama y humo del material polimérico.

Ilustración 19 Tabla de identificación de plástico por medio de llama.

pág. 24

Soldadura de Polímeros

Se entiende por soldadura de polímeros, la unión de piezas de una misma naturaleza plástica o parecida por la acción de calor y presión. Las superficies de unión han de llevarse a un estado termoplástico, de fusión., se presionan acto seguido una sobre otra y la unión se deja enfriar hasta que adquiere una forma estable. Debido a que las superficies han de llevarse a estado termoplástico, mediante este método se excluyen los materiales elastómeros y termoestables una desventaja propia del método de soldadura. En el caso de que sean dos materiales termoestables diferentes que su punto de fusión sea cercano, y que su coeficiente de viscosidad sea similar al fundirse, lo que permite una unión homogenea de los materiales. Este método consta a groso modo de 5 etapas que son:

la limpieza de las superficies

el calentamiento de superficies

la aplicación de presión

el enfriamiento bajo presión

y una última operación de desbarbado. Para realizar el proceso de soldadura se requiere la transformación de energía en calor que permita la unión soldada de las piezas, bajo este tipo de agregación de energía que se pueden clasificar los modelos de soldadura de polímeros y estos son los siguientes: A. Fricción: por este método la energía se obtiene por la ficción de los materiales, lo que permite fundir la unión y obtener la pieza deseada, dicha fricción puede ser interna o externa, en la primera se usan ultrasonidos que se transfieren a través del material generando ondas de alta frecuencia lo que causa fricción entre los materiales y consecuentemente se obtiene la unión. En la segunda se utilizan dos piezas dimensionalmente similares, y mientras una gira la otra permanece inmóvil, al mismo tiempo se le aplica presión a la que gira, y así obtenemos la unión. B. Convección: en esta es necesaria la utilización de gases, preferiblemente se aplica aire caliente a elevada presión, la energía se transforma en calor aplicado a la unión que se quiere obtener. C. Radiación: en este método la energía se obtiene por la radiación emitida por acción calórica o lumínica. D. Conducción de calor: en esta es utilizada una herramienta preferiblemente metaliza, que se calienta por energía eléctrica y se aporta el calor directamente a la superficie de unión, paso seguido se ejerce presión sobre los materiales y se obtienen la unión. Mediante este método se pueden obtener las farolas de los automóviles. E. Inducción: se basa en la creación de campos electromagnéticos a alta frecuencia, mediante un polvo susceptible a los campos se genera calor directamente en la zona de unión, se obtienen la fusión de los materiales, este método es usado para piezas con geometrías complejas.

pág. 25

Métodos de Soldadura La soldadura plástica se describe como un proceso de unión de superficies ablandadas de materiales, generalmente con la ayuda de calor (excepto soldadura con solvente). La soldadura de termoplásticos como lo decíamos anteriormente se realiza en tres etapas secuenciales, preparación de la superficie, aplicación de calor, presión y enfriamiento. Se han desarrollado numerosos métodos de soldadura para la unión de materiales plásticos semiacabados. En función del mecanismo de generación de calor en la interfaz de soldadura, los métodos de soldadura para termoplásticos pueden clasificarse como métodos de calentamiento externo e interno.

Ilustración 20 Diagrama de tipos de Soldadura Plástica.

Térmicos

Soldadura con Aire caliente (HGW)

La soldadura con aire caliente, también conocida como soldadura con gas caliente, es una técnica de soldadura de plástico que utiliza calor. Una pistola de calor especialmente diseñada llamada pistola de aire caliente produce un chorro de aire caliente que suaviza las partes a unir y una varilla de relleno de plástico, todas las cuales deben ser del mismo plástico o muy similar. (La soldadura de PVC a acrílico es una excepción a esta regla). La soldadura de aire caliente / gas es una técnica de fabricación común para la fabricación de artículos más pequeños como tanques químicos, tanques de agua, intercambiadores de calor y accesorios de plomería.

Metodos de Soldadura de Polimeros

Metodos Internos

Mecanicos

- Soldadura por Friccion.

- Soldadura por Vibracion.

- Soldadura Ultrasonica.

Electromagneticos

- Soldadura Resistencia/Implante/

Electrofusion.

- Soldadura por Induccion.

- Soldadura Dielectrica.

Soldadura Microondas.

Metodos Externos

Termicos

- Aire Caliente(HGW).

- Cuña Caliente(HWW).

- Soldadura por Extrusion(EW).

- Soldadura por plato Caliente(HPW).

- Soldadura Infrared(IRW).

- Soldadura Laser(LW).

pág. 26

En el caso de bandas y películas, no se puede utilizar una varilla de relleno. Dos láminas de plástico se calientan a través de un gas caliente (o un elemento calefactor) y luego se enrollan juntas. Este es un proceso de soldadura rápido y se puede realizar de forma continua.

Varilla de soldadura

Una varilla de soldadura de plástico, también conocida como perfil, es una varilla con sección transversal circular o triangular utilizada para unir dos piezas de plástico. Están disponibles en una amplia gama de colores para que coincidan con el color del material base. Un aspecto importante del diseño y fabricación de varillas de soldadura de plástico es la porosidad del material. Una alta porosidad conducirá a burbujas de aire (conocidas como vacíos) en las barras, lo que disminuye la calidad de la soldadura. Las varillas de soldadura de plástico de la más alta calidad son, por lo tanto, aquellas con cero porosidades, que se llaman sin vacío.

Termosellado

El termosellado es el proceso de sellar un termoplástico a otro termoplástico similar utilizando calor y presión. El método de contacto directo de sellado por calor utiliza una matriz o barra de sellado constantemente calentada para aplicar calor a un área de contacto o trayectoria específica para sellar o soldar los termoplásticos juntos. El sellado térmico se utiliza para muchas aplicaciones, incluidos los conectores de sellado térmico, los adhesivos activados térmicamente y el sellado de película o lámina. Aplicaciones comunes para el proceso de sellado térmico: los conectores de sellado térmico se utilizan para unir pantallas LCD a PCB en muchos productos electrónicos de consumo, así como en dispositivos médicos y de telecomunicaciones. El sellado térmico de productos con adhesivos térmicos se utiliza para sostener pantallas de visualización claras sobre productos electrónicos de consumo y para otros conjuntos o dispositivos termoplásticos sellados donde la acumulación de calor o la soldadura ultrasónica no es una opción debido a los requisitos de diseño de piezas u otras consideraciones de montaje.

El sellado térmico también se utiliza en la fabricación de películas de prueba de sangre y medios de filtro para la sangre, virus y muchos otros dispositivos de tiras reactivas que se utilizan en el campo médico actual. Las láminas y películas laminadas a menudo se sellan por calor sobre las bandejas termoplásticas médicas, las placas de micro titulación (microcubetas), las botellas y los recipientes para sellar y / o prevenir la contaminación de los dispositivos de

análisis médicos, las bandejas de recolección de muestras y los contenedores utilizados para los productos alimenticios. La industria farmacéutica y las industrias alimenticias que fabrican bolsas o recipientes flexibles utilizan sellado térmico para la soldadura perimetral del material plástico de las bolsas y / o para sellar puertos y tubos en las bolsas. Una variedad de selladores de calor están disponibles para unir materiales termoplásticos como películas plásticas: sellador de barra caliente, sellador de impulso, etc.

Ilustración 21 Perfil de Polipropileno.

Ilustración 22 Equipo automático para soldadura de Lona.

pág. 27

Soldadura de Péndulo (PW)

La soldadura de péndulo es el método más antiguo soldadura. Este proceso es mucho más lento que la soldadura rápida, pero se utiliza cuando es necesario soldar partes muy pequeñas o lugares a donde no se puede llegar con la soldadura rápida. La única tobera utilizada para este método es la tobera estándar de 5mm ya que ésta concentra el calor. El operador debe precalentar los materiales moviendo la tobera de arriba abajo o de lado a lado para llevarlos a su estado termoplástico.

La soldadura se debe llevar acabo aplicando presión manual al perfil de tal manera que éste se encuentre a un ángulo de 90° con el material a soldar. Cuando se le aplica la cantidad correcta de presión y calor tanto al perfil como al material a soldar, se puede ver una pequeña acumulación de material justo al frente del perfil de soldadura. Los errores más comunes en la soldadura de péndulo son inclinar el perfil hacia enfrente o hacia atrás. Cuando se inclina hacia enfrente, no se aplica la suficiente presión y no se forma la acumulación de material al frente del perfil; mientras que cuando se inclina hacia atrás, el perfil se estira y adelgaza terminando en una soldadura de mala calidad.

La soldadura de péndulo es un método muy cansado para el operador, por lo que no se recomienda aplicarlo durante períodos muy largos de tiempo, y debe ser evitado si existen métodos más simples para llevar a cabo la operación, este proceso es más lento que la mayoría de los otros, pero puede usarse en casi cualquier situación.

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Parameters of hot gas welding with the torch separate from the filler rod

Page 31

Incorrect welding position

Upsetting convexity

F Fs

FR

F

F

F

Fs

FR

Incorrect welding position

(Stretching) transverse cracks

Correct welding position

Fs = F

Convexidad Estiramiento

Ángulo de 90 grados

pág. 28

Soldadura con punta rápida (WZ)

Con la soldadura rápida, la soldadora de plástico, similar a un soldador en apariencia y vataje, está equipada con un tubo de alimentación para la varilla de soldadura de plástico. La punta de velocidad calienta la varilla y el sustrato, mientras que al mismo tiempo presiona la varilla de soldadura fundida en su posición. Se coloca un cordón de plástico ablandado en la junta, y se fusionan las piezas y la varilla de soldadura. Con algunos tipos de plástico, como el polipropileno, la varilla de soldadura fundida debe "mezclarse" con el material de base semifundido que se fabrica o repara. Estas técnicas de soldadura se han mejorado con el tiempo y se han utilizado durante más de 50 años por fabricantes y reparadores de plásticos profesionales a nivel internacional. El método de soldadura de punta rápida es una técnica de soldadura mucho más rápida y con práctica se puede utilizar en esquinas cerradas. Respecto al método de soldadura por aire caliente, más del 90% son por el método de soldadura rápida. En este proceso, es necesario instalar la tobera de soldadura rápida a la pistola de aire caliente; además, se necesita un perfil de soldadura para llevar a cabo la operación. Este perfil puede circular o triangular. El perfil triangular se utiliza cuando el acabado estético es importante ya que da una mejor apariencia, y solo se puede utilizar una sola tira de soldadura, es decir, no se puede encimar una de otra a menos que se le realice un bisel adecuado a la soldadura. Por otro lado, el perfil circular es utilizado en casos donde la apariencia no importe y se requieran soldaduras de alto esfuerzo. Este perfil le permite al operador soldar una capa arriba de otra lo que le da una mejor resistencia a la soldadura. Los diámetros de perfil más comunes son de 3, 4, 5 y 6mm. El diseño de la tobera de soldadura rápida cumple con 3 condiciones: precalentar la base del material, guiar y precalentar el perfil de soldadura y permitir la aplicación de presión tanto en el perfil como en la unión.

Es muy importante seleccionar la tobera adecuada según el diámetro del perfil ya que una

tobera más grande afectará negativamente la soldadura gracias a que no será capaz de guiar

correctamente al perfil y la presión aplicada no será la adecuada.

pág. 29

Parámetros para materiales comunes

Cuña caliente (HWW)

Este sistema de soldadura se utiliza básicamente con las máquinas automáticas para soldadura de lámina de PE y PVC. El calentamiento de la lámina en este tipo de soldadura es por contacto entre la cuña y la geomembrana, por lo que hay una transmisión directa del calor, por este motivo se necesita menos temperatura. La unión en caliente con cuña es un proceso eficiente para producir patrones de soldadura rectos o redondeados para muchas configuraciones diferentes de productos. También es ideal para materiales de mayor longitud, y muchas industrias pueden usar este proceso para conectar grandes piezas de telas revestidas debido a su confiabilidad. Dos piezas de material previamente selladas pueden usar soldadura de cuña caliente para fusionar a una tercera capa, pero este proceso no puede fusionar más de dos superficies a la vez. Usando una prensa de cuña caliente rotativa, la soldadura de cuña caliente puede fabricar productos tridimensionales de diferentes longitudes, anchuras, patrones y tipos de costura. Muchas industrias utilizan este proceso para crear productos de contención, incluyendo:

→ Inflables → Tanques de almohada → Bolsas de contención de aire y líquidos. → Tanques de almacenamiento de agua → Bolsas de almacenamiento de combustible → Almohadas neumáticas

Ilustración 23equipo automático de cuña caliente.

pág. 30

El ancho de las costuras en todos los productos es típicamente alrededor de la misma medida que los rodillos, en cualquier lugar desde aproximadamente 1/4 ″ a 1 ″. Es posible que la cuña sea más ancha que los rodillos.

Soldadura por extrusión (EW)

La soldadura por extrusión permite la aplicación de soldaduras más grandes en una sola pasada de soldadura. Es la técnica para unir materiales de más de 6 mm de espesor. La varilla de soldadura se introduce en una extrusora de plástico de mano en miniatura, se plastifica y se expulsa de la extrusora contra las piezas que se unen, que se ablandan con un chorro de aire caliente para permitir que se produzca la unión.

Este tipo de soldadura es por aportación de material y permite aplicar soldaduras más grandes en un solo paso de soldadura. Durante la extrusión el sustrato se precalienta con aire caliente y se conecta mediante la adición del material extruido. La varilla de soldadura se alimenta al interior del cilindro calentador y el plástico es procesado por el tornillo de la extrusora. Es la técnica preferida para uniones de planchas para la construcción y reparación de depósitos, contenedores. Permite hacer soldaduras en planchas con un espesor comprendido entre 3/4mm hasta 35/40mm. Este tipo de soldadura viene regulada por la norma DVS 2209-1. Según la Norma DVS 2207-4 son necesarios 2 operadores para soldar por extrusión, siendo

las funciones de estos las siguientes:

Tabla 5. Funciones de los operadores durante la extrusión.

pág. 31

Parámetros de temperatura para extrusoras.

Tabla 6. Parámetros para soldar por extrusión.

Soldadura por plato caliente (HPW)

El proceso de soldadura por placa caliente se puede dividir en cuatro fases: emparejamiento, calentamiento, cambio y soldadura / forjado. La fase de coincidencia sirve para hacer coincidir la geometría de las superficies de soldadura con el plano de soldadura teórico. Las superficies de soldadura se calientan a través de la conducción por contacto físico con la placa caliente. El rango de temperatura de la placa caliente es de 30 a 100 ° C por encima de la temperatura de fusión del material, y se aplica una presión constante entre 0.2 y 0.5 MPa contra la placa caliente. Esto hace que las superficies de soldadura se ajusten a la placa caliente, que tiene la geometría de soldadura deseada. Esto también elimina las irregularidades de la superficie que aumentarían la resistencia térmica de contacto. Una vez que las piezas están en contacto total con la placa caliente, comienza la fase de calentamiento y la presión se reduce al mínimo. Durante la fase de calentamiento, la región de soldadura se calienta conductivamente hasta que se funde, sin un desplazamiento sustancial del material. La presión se mantiene al mínimo para mantener las piezas y la placa caliente en contacto o a cero con un desplazamiento predeterminado. La superficie de fusión alcanza aproximadamente 20 ° C por debajo de la temperatura de la placa caliente. La viscosidad del material fundido se puede controlar a través de la temperatura de la placa caliente y el tiempo de calentamiento. La superficie de la placa caliente a menudo se reviste con PTFE (más conocido por el nombre comercial teflón) para evitar que el plástico fundido se pegue, lo que limita la temperatura de la placa caliente a 270 ° C.

Ilustración 24 emparejamiento de piezas para fusión por plato

caliente.

pág. 32

Después de un tiempo de calentamiento suficiente, comienza la fase de cambio. Durante esta fase, las partes se retraen de la placa caliente, la placa se retira rápidamente y las partes se juntan. El cambio debe ser lo más corto posible, ya que la región fundida se enfría durante este tiempo. La fase de soldadura / forjado comienza cuando las dos superficies fundidas se presionan juntas. Esto crea una difusión intermolecular de las moléculas plásticas de acuerdo con la teoría de la reptación. La resistencia de la soldadura es proporcionada por el entrelazamiento de las moléculas plásticas difusas.

La presión de soldadura necesaria depende de la viscosidad de la masa fundida y el espesor de la pared de las piezas y, por lo general, oscila entre 0,025 y 0,05 MPa. Esta presión se mantiene mientras el material fundido se enfría y se resolidifica. Durante esto, se exprime un poco de material plastificado en la zona de soldadura, formando labios. Se pueden usar topes mecánicos para limitar la cantidad de material exprimido para evitar una soldadura en frío.

Ilustración 26 Generación de labios en la Fusion de tuberías de plástico.

Soldabilidad de los materiales

La soldadura de placa caliente se puede utilizar para unir todos los termoplásticos y elastómeros termoplásticos cuyo rango de temperatura de fusión se encuentra por debajo de su temperatura de descomposición. Dado que solo el plástico en sí puede unirse, los aditivos, utilizados para mejorar las propiedades del material o reducir el costo, pueden reducir la soldabilidad. Los aditivos también pueden reducir la resistencia de la soldadura al actuar como concentradores de tensión. Los ejemplos de aditivos incluyen estabilizadores, lubricantes, auxiliares de procesamiento, agentes colorantes, materiales de refuerzo (talco, fibras de vidrio, fibras de carbono, etc.). El contenido de agua del plástico también afecta la soldabilidad. Esto afecta a los termoplásticos que absorben el agua del aire circundante, principalmente termoplásticos amorfos. El alto contenido de agua puede provocar la formación de burbujas durante el calentamiento y la unión, lo que reduce la resistencia de la soldadura. Por lo tanto, las piezas deben soldarse poco después del moldeo por inyección, almacenarse en un ambiente seco o soldarse con parámetros ajustados.

Ilustración 25 Fase de extracción de plato caliente para Fusion de tubería.

pág. 33

La soldadura con placa caliente se puede utilizar para unir algunas combinaciones de termoplásticos diferentes. Típicamente, los plásticos semicristalinos solo son compatibles con los plásticos semicristalinos, y los plásticos amorfos solo son compatibles con los plásticos amorfos. Si los plásticos tienen el mismo punto de fusión y viscosidad de fusión, se puede usar soldadura por placa caliente a alta temperatura o convencional. Con diferentes puntos de fusión o viscosidades diferentes, se deben usar placas calientes dobles, con cada placa caliente ajustada a una temperatura diferente. Las combinaciones termoplásticas comunes incluyen:

✓ ABS - PMMA ✓ ABS - PC ✓ ABS - SAN ✓ PMMA - PC + ABS ✓ PC - PC + ABS

Soldadura de tubos La soldadura de placa caliente, conocida como soldadura por fusión en muchas industrias, se usa comúnmente para unir tuberías de plástico. Estas tuberías, a diferencia de las de acero, tienen menos probabilidades de romperse durante un terremoto. La soldadura de tubería utiliza configuraciones de juntas especiales, a tope, unión en borde y socket, cada uno con sus propios procedimientos de soldadura.

La soldadura por fusión a tope tiene fases de proceso similares a las de la soldadura por placa caliente convencional. Antes de soldar, los extremos de los tubos se enfrentan y los perfiles se redondean y alinean entre sí. Las fases restantes proceden normalmente, aunque a veces se puede omitir la fase correspondiente.

Al soldar plásticos diferentes, en lugar de placas calefactadas duales, la tubería con el índice de flujo de fusión más bajo puede calentarse antes que la otra, de modo que ambos extremos de la tubería tengan la misma viscosidad de fusión al final de la fase de calentamiento. Después del enfriamiento, a veces se retira el cordón del labio para dejar superficies lisas en el interior y el exterior. Los problemas con la soldadura se pueden determinar al inspeccionar este cordón. La soldadura por fusión socket utiliza herramientas de calefacción macho y hembra unidas a una placa caliente para calentar el exterior de la tubería y el interior del socket simultáneamente. Esto se usa normalmente para tuberías que van desde 40 a 125 milímetros. Con esta unión, la presión de soldadura se suministra mediante el ajuste de interferencia de la tubería y el socket, por lo que estas piezas, así como las herramientas de calentamiento, deben estar dentro de la tolerancia.

Ilustración 27 Soldadura socket por termofusión.

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Soldadura Infrared (IRW)

Similar a la soldadura de placa caliente, la soldadura sin contacto utiliza una fuente de calor

infrarrojo para fundir la interfaz de soldadura en lugar de una placa caliente. Este método evita la

posibilidad de que el material se adhiera a la placa caliente, pero es más costoso y difícil de lograr

soldaduras consistentes, particularmente en partes geométricamente complejas.

La soldadura infrarroja es una técnica de soldadura térmica sin contacto capaz de producir

soldaduras muy fuertes y herméticas en piezas termoplásticas.

La radiación infrarroja se siente más comúnmente en la forma del calor que sentimos a partir

de la luz solar. Al igual que con cualquier forma de luz, la radiación infrarroja es una radiación

electromagnética que se transmite a niveles de potencia muy altos a la velocidad de la luz.

Los emisores de infrarrojos con cubierta de vidrio son los ensamblajes que generan la energía

infrarroja. Los átomos oscilantes dentro de los conductores calentados dentro de cada emisor o

"bombilla" emiten ondas electromagnéticas. Típicamente, los átomos dentro de cada conductor

producen muchas frecuencias de oscilación diferentes (longitudes de onda) pero solo algunas de las

cuales son aprovechadas para realizar el calentamiento de materiales plásticos. Las longitudes de onda

infrarrojas más utilizadas para la soldadura de plástico son las de longitud de onda media

(aproximadamente 2.0-2.5uM pico) y longitud de onda corta (aproximadamente 1.0-1.2uM pico).

Basado en las propiedades del plástico a soldar:

→ La mayor parte de la radiación infrarroja es absorbida dentro del material.

→ parte de la radiación infrarroja se refleja en la superficie del material

→ parte de la radiación infrarroja penetra a través del material.

Cada sistema de infrarrojos está diseñado en función del rango de longitud de onda específico

(medio o corto) que proporcionará una absorción óptima en función del análisis espectral del material.

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Para calentar el material, utilizamos un conjunto de placa de infrarrojos que consiste en

múltiples emisores de infrarrojos recubiertos de vidrio que generalmente se montan de lado a lado.

Solo podemos apuntar al área conjunta de cada parte. La orientación es posible gracias a las máscaras

de bloqueo de infrarrojos que se utilizan para evitar el calentamiento de áreas no articuladas.

Soldadura Laser (LW)

Esta técnica requiere que una parte sea transmisiva a un rayo láser y que la otra parte sea

absorbente o un recubrimiento en la interfaz sea absorbente para el rayo. Las dos partes se ponen

bajo presión mientras el rayo láser se mueve a lo largo de la línea de unión. La viga pasa a través de la

primera parte y es absorbida por la otra o el recubrimiento para generar suficiente calor para suavizar

la interfaz creando una soldadura permanente.

Los láseres de diodo semiconductor se utilizan

normalmente en la soldadura de plásticos. Las

longitudes de onda en el rango de 808 nm a

980 nm se pueden usar para unir varias

combinaciones de materiales plásticos. Se

necesitan niveles de energía de menos de 1W

a 100W según los materiales, el grosor y la

velocidad de proceso deseada.

Ilustración 28 Resistencia para la Fusion IR.

Ilustración 29 procedimiento de soldadura laser.

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Los sistemas láser de diodo tienen las siguientes ventajas en la unión de materiales plásticos:

→ Más limpio que la unión adhesiva

→ No hay micro-boquillas para atascarse.

→ Sin líquidos ni humos que afecten el acabado de la superficie.

→ Sin consumibles

→ Mayor rendimiento

→ Puede acceder a la pieza de trabajo en geometría desafiante

→ Alto nivel de control de procesos.

Hay varios tipos diferentes de láseres que se

pueden usar para soldar. Estos incluyen los

láseres de fibra, los láseres pulsados Nd: YAG y

los láseres de onda continua. El tipo de solución

de soldadura por láser que elija dependerá de la

aplicación para la que lo necesite.

Los especialistas en soldadura láser

podrán ayudarlo a identificar la mejor solución

para su negocio, aunque es probable que le

recomienden uno de los tres tipos de láseres

detallados aquí:

1. Láseres de fibra

Los láseres de fibra se pueden usar para una

variedad de aplicaciones, desde la soldadura de piezas

muy pequeñas juntas, comúnmente utilizadas por

empresas de fabricación en las industrias de

ingeniería, médica y electrónica, hasta la soldadura de

materiales más gruesos en las industrias automotriz y

aeroespacial. Los láseres de fibra son una forma

versátil y de bajo costo de lograr soldaduras por puntos de alta calidad.

2. Láseres pulsados Nd: YAG

Los láseres pulsados Nd: YAG crean pulsos discretos de energía controlable que pueden

moldearse para crear la soldadura ideal. Este tipo de láser es adecuado para producir soldaduras de

puntos grandes, así como soldaduras de puntos profundos y de costura.

3. Láseres de onda continua

Los láseres de onda continua son ideales para soldadura de alta velocidad y soldadura de

penetración profunda. Producen soldaduras con una muy baja entrada de calor.

Las aplicaciones específicas incluyen sellado /

soldadura / unión de: bolsas de catéter,

contenedores médicos, llaves de control remoto de

automóviles, carcasas de marcapasos, juntas de

evidencia de manipulación de jeringas, luces

delanteras o traseras, carcasas de bombas y piezas

de teléfonos celulares

Ilustración 31 Elementos de Laser de Fibra.

Ilustración 30 Tipos de Laser.

Ilustración 32 Usos industriales de la soldadura laser.

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Electromagnéticos

Soldadura Resistencia/Electro fusión

La soldadura por electrofusión es una forma de soldadura por implantes resistiva utilizada

para unir tuberías. Un accesorio con bobinas metálicas implantadas se coloca alrededor de dos

extremos de los tubos que se unirán y la corriente pasa a través de las bobinas.

El calentamiento resistivo de las bobinas funde pequeñas cantidades de la tubería y la conexión, y una vez solidificada, se forma una junta. Es más comúnmente usado para unir tuberías de polietileno (PE) y polipropileno (PP). La soldadura por electrofusión es la técnica de soldadura más común para unir tuberías de PE. Debido a la consistencia del proceso de soldadura por electrofusión en la creación de uniones fuertes, se emplea comúnmente para la construcción y reparación de tuberías que transportan gas. El desarrollo de la resistencia de la junta se ve afectado por varios parámetros del proceso, y es necesario un procedimiento de unión consistente para la creación de juntas fuertes.

Ventajas y desventajas

Ventajas de la soldadura por electrofusión:

→ Proceso simple capaz de producir uniones consistentes.

→ El proceso está totalmente contenido, lo que reduce el riesgo de contaminación de las

articulaciones.

→ El proceso permite su reparación sin la necesidad de retirar tuberías.

Desventajas de la soldadura por electrofusión:

→ Se requiere una adaptación especial, por lo que es más costoso que otros métodos de unión

de tuberías, como la unión por placa caliente.

→ Las bobinas implantadas dificultan el reciclaje de piezas

Ilustración 34 Equipo Electrofusión.

Ilustración 33 Elementos de coples para electrofusión.

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Soldadura por Inducción

La soldadura por inducción es una forma de soldadura que utiliza la inducción electromagnética para calentar la pieza de trabajo. El aparato de soldadura contiene una bobina de inducción que se energiza con una corriente eléctrica de radiofrecuencia. Esto genera un campo electromagnético de alta frecuencia que actúa sobre una pieza de trabajo eléctricamente conductora o ferromagnética. En una pieza de trabajo eléctricamente conductora, el efecto de calentamiento principal es el calentamiento resistivo, que se debe a las corrientes inducidas llamadas corrientes de Foucault. En una pieza de trabajo ferromagnética, el calentamiento es causado principalmente por histéresis, ya que el campo electromagnético distorsiona repetidamente los dominios magnéticos del material ferromagnético. En la práctica, la mayoría de los materiales experimentan una combinación de estos dos efectos. Los materiales no magnéticos y los aisladores eléctricos, como los plásticos, pueden soldarse por inducción implantándolos con compuestos metálicos o ferromagnéticos, llamados susceptores, que absorben la energía electromagnética de la bobina de inducción, se calientan y pierden su calor al material circundante por la conducción térmica. El plástico también puede soldarse por inducción insertando el plástico con fibras eléctricamente conductoras, como metales o fibra de carbono. Las corrientes de Foucault inducidas calientan resistivamente las fibras incrustadas que pierden su calor al plástico circundante por conducción. La soldadura por inducción de plásticos reforzados con fibra de carbono se usa comúnmente en la industria aeroespacial. La soldadura por inducción se utiliza para largos recorridos de producción y es un proceso altamente automatizado, generalmente utilizado para soldar las uniones de tuberías. Puede ser un proceso muy rápido, ya que se puede transferir una gran cantidad de energía a un área localizada, por

lo que las superficies de contacto se funden muy rápidamente y se pueden presionar juntas para formar una soldadura de laminación continua. Puede utilizarse para soldar casi todos los termoplásticos, cristalinos y amorfos, y puede soldar resinas de alto rendimiento y difíciles de soldar. La soldadura por inducción proporciona soldaduras estructurales y herméticas a la presión con

la mayoría de los termoplásticos. Puede producir soldaduras sin estrés de alta calidad en termoplásticos muy cargados. El implante agrega resina en el área de la articulación para garantizar un buen enlace polímero a polímero, incluso en casos de irregularidades de la superficie o amplias tolerancias entre las partes. La soldadura por inducción se utiliza para soldar piezas grandes o de forma irregular que han sido moldeadas por inyección, moldeadas por soplado, extruidas, moldeadas por rotación o termoformadas o para termoplásticos que son difíciles de soldar. La profundidad a la que penetran las corrientes, y por lo tanto el calentamiento, desde la superficie es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia. Este proceso es muy similar a la soldadura por resistencia, excepto que, en el caso de la soldadura por resistencia, la corriente se suministra mediante contactos a la pieza de trabajo en lugar de utilizar la inducción.

Ilustración 35 Procedimiento de Soldadura por inducción.

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Soldadura Dieléctrica/RF(Radiofrecuencia)

También conocido como soldadura de alta frecuencia o sellado dieléctrico, este proceso de soldadura utiliza energía electromagnética y presión para soldar y unir permanentemente telas termoplásticas, de vinilo y revestidas para crear un producto dimensional. El proceso de sellado de RF se suele denominar soldadura por radiofrecuencia debido a la forma en que se utilizan la energía y la presión electrostática para realinear las moléculas para formar un nuevo y fuerte enlace de los materiales que se fusionan. Al utilizar este servicio de sello de RF, se crea una nueva unión permanente de una pieza que es impenetrable y resistente al desgarro. Cómo funciona la soldadura RF El proceso de soldadura por radiofrecuencia mezcla las moléculas en materiales poliméricos flexibles para unirlos para los requisitos dimensionales y la funcionalidad del producto. La soldadura por radiofrecuencia es un proceso de tres pasos que implica la preparación y el posicionamiento de los componentes, la adición de energía electromagnética y presión para combinar molecularmente los materiales y, finalmente, el enfriamiento de los materiales. Cuando se enfría, la costura recién formada es tan fuerte o incluso potencialmente más fuerte que el material original. El proceso de soldadura por RF solo se puede usar con materiales de construcción molecular polar, el más común es el PVC y el poliuretano, aunque muchos otros materiales recubiertos como el nylon son factibles. El sellado por radiofrecuencia funciona mucho mejor con materiales de película estirable no compatible, como los materiales de tipo TPU y TPE. Otros materiales comúnmente soldados son EVA, PET y PETG. Durante el proceso de soldadura de RF se excitan las moléculas de plástico. Las moléculas comienzan a moverse exponencialmente más rápido, lo que genera calor y fusiona el plástico. El proceso de fusión está dirigido por troqueles mantenidos en una platina superior e inferior. La presión

se aplica a la superficie del material plástico que se está soldando a medida que las matrices se juntan, mientras que las ondas de radiofrecuencia (a 27,12 MHz) se envían a través de las matrices. Esto hace que el plástico se funda y se fusione a medida que se enfría. Una vez completamente sellado al calor, el material plástico se adhiere en la forma de las matrices utilizadas.

Ilustración 36 equipos RF.

Ilustración 37 Equipo Radiofrecuencia.

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Para sellos robustos a prueba de fugas, la soldadura por RF es un recurso de referencia para coser o pegar. Debido a su eficiencia de proceso y soldaduras consistentes de alta calidad, el sellado térmico por RF se utiliza a menudo para la fabricación de dispositivos médicos para artículos tales como dispositivos para el cuidado de heridas, bolsas / bolsas de fluidos y productos para el calentamiento del paciente.

Soldadura Microondas

La soldadura por microondas es una forma de soldadura electromagnética que utiliza una frecuencia de radiación de 2,45 GHz. La mayoría de los termoplásticos no experimentan un aumento de temperatura inmediato cuando se irradian con esta frecuencia de radiación. Esta técnica normalmente funciona colocando un material absorbente de energía de microondas, en forma de junta, en la interfaz de la junta. El calor generado en este implante luego funde el termoplástico circundante, produciendo una soldadura al enfriarse. La soldadura por microondas es un proceso relativamente nuevo entre las técnicas de soldadura. El método ofrece una serie de ventajas potenciales que incluyen: cortos tiempos de calentamiento debido al calentamiento volumétrico, que es independiente de la conducción térmica, la posibilidad de geometrías de juntas tridimensionales y complejas, una reducción en el costo de capital del equipo, particularmente para componentes complejos de soldadura, muy bajo consumo de energía, y facilidad de desmontaje. La mayor frecuencia utilizada resulta en un calentamiento más rápido que en la soldadura por radiofrecuencia. Las desventajas de la soldadura por microondas incluyen: normalmente se requiere un material susceptible a microondas consumible en la interfaz de la junta, que requiere una etapa adicional en el ciclo de soldadura y tiene problemas de reciclaje; y los materiales que contienen grupos moleculares polares pueden calentarse rápidamente, causando una degradación del material si la velocidad de calentamiento y el nivel de potencia no se controlan adecuadamente. El calentamiento en un campo de microondas se realiza esencialmente mediante los siguientes

procesos físicos:

• Calentamiento por polarización (materiales polares)

• Calentamiento por resistencia eléctrica (materiales eléctricamente conductores)

• Calentamiento a través del efecto Maxwell-Wagner (materiales multifase)

• Polarización de iones (electrolitos, cerámicas a alta temperatura)

• Polarización de electrones.

En el caso de calentamiento por microondas, se produce una interacción electromagnética entre la radiación de microondas incidente y el material objetivo. El tipo de interacción se rige en gran medida por las propiedades dieléctricas del material. La soldadura con radiación de microondas se puede dividir esencialmente en dos variantes, es decir, soldadura con y sin materiales auxiliares. La soldadura sin materiales auxiliares (calentamiento directo) solo es posible unir piezas hechas de materiales que se calentarán en un campo de microondas. La soldadura con materiales auxiliares (calentamiento indirecto) es factible para todos los termoplásticos, pero es adecuada para plásticos inactivos para microondas que no pueden calentarse directamente. En este proceso, se inserta un material entre las partes a unir que se calienta bajo las radiaciones de microondas y pasa este calor a las partes que se unen a través de la conducción térmica. Después de la fase de calentamiento, la mayoría de estos materiales auxiliares se desplazan hacia el cordón de soldadura. Una de las ventajas especiales de este segundo proceso son las zonas de soldadura demasiado selectivas que están dentro cuando se juntan las piezas. Una soldadura de este tipo se puede separar fundiendo este material auxiliar a través del calentamiento por microondas.

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Mecánicos

Soldadura por Fricción.

En realidad, una superficie aparentemente lisa consta de muchas proyecciones microscópicas, llamadas asperezas. Cuando una superficie se mueve en relación con otra, estas asperezas interactúan (Ilustración 38), generando fricción, la fuerza que resiste el movimiento entre dos o más superficies que interactúan. La interacción de estas asperezas a través del elástico y el rendimiento plástico genera calor. La soldadura por fricción utiliza este fenómeno para unir aplicaciones. El movimiento mecánico inducido de la soldadura por fricción genera calor, lo que hace que los materiales se unan para suavizarse y volverse viscosos. Mientras se encuentra en estado suavizado, el movimiento mecánico del proceso mezcla los materiales para crear una unión. La forma en que se produce la mezcla de

calor y material por fricción depende en gran medida del proceso de soldadura por fricción utilizado, de los cuales existen cuatro procesos principales:

• SOLDADURA POR FRICCIÓN POR AGITACIÓN (FSW)

• SOLDADURA POR FRICCIÓN POR PUNTO DE AGITACIÓN (FSSW)

• SOLDADURA POR FRICCIÓN LINEAL (LFW)

• SOLDADURA POR FRICCIÓN ROTATIVA (RFW)

FSW y FSSW utilizan una herramienta dedicada para

generar el calor de fricción y la mezcla mecánica. FSW funciona

utilizando una herramienta no consumible, que se gira y se

hunde en la interfaz de dos piezas. La herramienta se mueve a

través de la interfaz y el calor de fricción hace que el material

se caliente y se ablande. La herramienta giratoria luego mezcla

mecánicamente el material ablandado para producir una

unión;

FSSW es una variante de FSW y funciona al

rotar, hundir y retraer una herramienta no

consumible en dos piezas en una configuración de

junta de solape para hacer una soldadura

"puntual". Durante FSSW no hay desplazamiento

de la herramienta a través de las piezas de trabajo.

Ilustración 38 Contacto de aspereza.

Ilustración 39 Principio de la soldadura de

fricción tipo FSW.

Ilustración 40 Principio de la soldadura por fricción tipo FSSW.

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LFW y RFW no requieren una herramienta no consumible, es decir, las piezas individuales que

se unen se usan para generar el calor de fricción y la mezcla mecánica. LFW funciona al oscilar

linealmente una pieza de trabajo en relación con otra mientras está bajo una fuerza de compresión.

La fricción entre las superficies oscilantes produce calor, lo que hace que el material de la interfaz se

ablande y se mezcle mecánicamente. RFW es similar a LFW, excepto que las piezas a menudo son

redondas y se giran entre sí, durante LFW y RFW, las piezas de trabajo generalmente se acortan

("quemado") en la dirección de la fuerza de compresión, formando el flash.

Soldadura por Vibración/ Ultrasónica

La soldadura ultrasónica es una técnica industrial mediante la cual las vibraciones acústicas ultrasónicas de alta frecuencia se aplican localmente a las piezas de trabajo que se mantienen juntas bajo presión para crear una soldadura de estado sólido. Se usa comúnmente para plásticos, y especialmente para unir materiales diferentes. En la soldadura ultrasónica, no hay pernos de conexión, materiales de soldadura o adhesivos necesarios para unir los materiales. Ocasionalmente, las personas confundirán la soldadura por vibración y la soldadura ultrasónica porque ambos procesos utilizan energía vibratoria para soldar conjuntos de plástico. Sin embargo, ambos procesos son muy diferentes entre sí. Veamos las diferencias entre los dos procesos y cómo puede usarlos en su beneficio. Tanto la soldadura por vibración como la soldadura ultrasónica utilizan la vibración para crear fricción y generar calor para soldar plásticos.

Dirección de vibración El proceso de soldadura por vibración vibra un componente en relación con otro en un movimiento lineal de lado a lado. Tómate un segundo para frotar las manos como si estuvieras tratando de calentar el frío. Usted está haciendo el mismo movimiento que hace un soldador de vibración con dos partes. La fricción entre los dos objetos genera el calor utilizado para la soldadura. A la inversa, el proceso de soldadura ultrasónica vibra un componente perpendicularmente a otro como un martillo neumático en el pavimento. Esto puede parecer contrario a la vibración en esta dirección, pero la soldadura ultrasónica vibra increíblemente rápida, lo que causa fricción molecular y genera calor.

Frecuencia de vibración La frecuencia es la medida de cuántas oscilaciones vibratorias se completan en un segundo. El proceso de soldadura por vibración vibra aproximadamente 120-240 veces por segundo, o 120-240 Hz, dependiendo del tamaño de las piezas que se sueldan. Esta frecuencia se encuentra dentro del rango de audición humana, por lo que el equipo de vibración utiliza recintos de amortiguación de sonido para proteger a los operadores de la máquina del sonido ensordecedor similar a una bocina de niebla. La soldadura ultrasónica vibra a frecuencias ultrasónicas, que es de donde viene el nombre. Entonces, ¿qué son las frecuencias ultrasónicas? Son frecuencias por encima de las cuales el oído humano puede oír, típicamente 20,000 Hz o 20 kHz. La mayoría de los procesos ultrasónicos operan entre 20 y 40 kHz. Algunos funcionan a 15 kHz, lo que técnicamente no está en el rango ultrasónico, pero aún se considera soldadura ultrasónica.

Puntos de Soldadura

Soldadura por Vibración Soldadura Ultrasónica

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Las aplicaciones de 20-40 kHz son más silenciosas que las vibraciones, pero producen algunos sonidos de chillido agudos debido a las bajas frecuencias resonantes de las piezas de plástico.

Amplitud de vibración

La amplitud es la distancia entre los dos puntos más alejados del movimiento vibratorio. En la soldadura por vibración, la amplitud suele ser entre 0,4 y 1,8 mm en máquinas de alta frecuencia y 1,8 y 4,0 mm en máquinas de baja frecuencia. Cuanto menor sea la amplitud, mayor será la frecuencia. La soldadura ultrasónica, por el contrario, utiliza amplitudes mucho más pequeñas. Muchas aplicaciones utilizan entre 25 y 125 micrones o 0.025-0.125 mm. Al igual que en la soldadura por vibración, cuanto menor es la amplitud, mayor es la frecuencia.

Ventajas de la soldadura por vibración

→ Tiempos de soldadura rápidos (20 segundos parte a parte).

→ Potencia eficiente (máquina verde).

→ Recurso reutilizable (12 a 16 años de uso).

→ Herramientas de cambio rápido (puede ejecutar varias partes)

→ Sin marcado de las superficies.

→ Precisión de parte a parte dimensional.

→ Soldaduras fuertes.

→ Sellos herméticos.

→ Planos de soldadura 2D alcanzables.

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Diseño de la Soldadura

Existen muchas diferentes geometrías de unión; las más comunes se presentan a

continuación. Para llevar a cabo la soldadura siempre es recomendable utilizar perfil de un diámetro

menor ya que es más fácil y rápido de controlar en el proceso de soldadura; sin embargo, su mayor

desventaja es que son necesarias varias capas de perfil para soldar piezas con mucho espacio entre

ellas. Esto podría causar daños al plástico por exceso de ciclos de calentamiento y enfriamiento.

Soldadura en V: para conseguir el ángulo con

forma de V característico de la costura en V, las

piezas se achaflanan de forma adecuada o se

colocan en perpendicular formando un ángulo.

Soldadura en X: La doble costura en V

también se conoce como costura en X.

Pertenece al tipo de soldadura a tope y

consiste en una combinación de dos

costuras en V en los dos lados de las

piezas que se van a unir.

Soldadura de esquina exterior: Se denomina costura de esquina exterior a una costura de ángulo en

la que la costura de soldadura discurre por el canto de las piezas que se encuentran colocadas en

perpendicular. De esa manera la soldadura se produce a lo largo del lado longitudinal exterior (canto)

Soldadura de esquina interior: Las costuras de esquina interiores se utilizan sobre todo en los puntos

de difícil acceso. Las geometrías de costura de soldadura con forma libre o estriada se sueldan así con

la mayor eficacia posible.

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Soldadura tipo T: Justamente las que les pertenecen a las uniones perpendiculares, y aunque no

tienen tanto nivel de preparación, le recomendamos que la pieza vertical tenga su base bien

perfeccionada, ya que esto será esencial para una soldadura rápida y con los resultados que usted

espera.

Soldadura solapada: Las costuras solapadas se utilizan sobre todo en las membranas de plástico. Las

láminas se colocan una sobre otra y la costura de soldadura se aplica sobre el canto superior del

material que queda libre.

Tipos de zapatas y usos

En el caso de tener grosores de aprox. 6 mm o superiores, la soldadura de extrusión con gas

caliente es preferible a la soldadura de arrastre con gas caliente. En comparación con la soldadura

manual, la soldadura de extrusión se caracteriza por unos tiempos de trabajo más cortos, una mayor

resistencia y una menor tensión residual. Esto proporciona una elevada seguridad del proceso y una

mayor eficiencia. Para llevarla a cabo, necesita un patín de soldadura con la geometría de soldadura

adecuada y un consumible para soldadura que sea del mismo material que el material de base y que

se plastifique en la extrusora.

Para empezar, lleve las superficies que se van a unir a un estado termoplástico con ayuda del aire

caliente. Presione el resultado de la extrusión inmediatamente después con el patín de soldadura

sobre las superficies o la junta. Dependiendo de la posición de trabajo, deberán utilizarse diferentes

niveles de presión. La velocidad de soldadura depende de la cantidad de extruido obtenido y de las

dimensiones de la costura de soldadura. Además, debe corresponderse con el precalentamiento del

material de base.

Soldadura

Interna

Soldadura en V

y en X

Soldadura de

Traslape

Soldadura

Externa

Soldadura de Angulo

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Partes de la zapata de extrusora:

Pruebas de soldadura

Para efectos de calidad se generan pruebas en las soldaduras elaboradas, dichas pruebas se realizan

bajo la reglamentaria DVS, la validación de la soldadura se hace mediante la elaboración de pruebas

destructivas y no destructivas, a continuación, veremos algunas de las pruebas que se pueden aplicar

dependiendo al tipo o método de soldadura:

Ultrasonido Industrial

Verificación de sanidad de elementos de máquinas, así como el control de la calidad e

inspección de materiales en diferentes ramas de la industria.

Líquidos penetrantes

Inspección fisicoquímica para detectar y exponer discontinuidades presentes en la superficie

de los materiales.

Termografía

Esta técnica permite medir y visualizar temperaturas de superficie con precisión, minimizar el

riesgo de una falla de equipos y también es una herramienta para el control de calidad.

Prueba de fuga

Garantiza la hermeticidad, confiabilidad y el buen servicio de los componentes y evita fallas

prematuras de los sistemas que se encuentren al vacío, atmosféricamente y a presión contenida. Estos

métodos de prueba de fuga se clasifican en vacío, neumático e hidrostática.

Análisis de vibraciones

Identifica el estado de deterioro del producto, mediante la técnica de medición de vibraciones

mecánicas.

Análisis de aceite

Análisis de elementos, partículas, compuestos y viscosidad, bajo las normas ASTM D 6595,

ASTM E 2412, ASTM D 445, así como la caracterización de 20 elementos de desgaste Análisis químicos

Ultrasonido por onda guiada

Esta tecnología determina rápidamente defectos en tubería de gran longitud, mediante un

sistema de barrido ultrasónico. Inspecciona y monitorea el 100% de la estructura, desde el punto de

prueba en un rango de hasta 100 m de longitud en tubería.

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Inspección de soldadura

Se efectúa para controlar y asegurar efectivamente la calidad de los trabajos de fabricación,

construcción, montaje y reparación, estructuras e instalaciones en las que intervienen operaciones de

soldadura de plásticos.

Medición de Dureza

La medición de dureza determina la resistencia de un material a la penetración, al desgaste o

a la formación de huellas localizadas en la superficie. Da a conocer la posibilidad de mecanización de

los materiales.

Inspección visual

Consiste en la observación cuidadosa de la superficie de una parte o componente para

determinar su estado de integridad general, ya sea con o sin la ayuda de instrumentos de medición,

lupas, baroscopios y otros accesorios.

Las pruebas se dividen en 2 familias Destructivas y No Destructivas donde la certificación reguladora

más efectiva es la DVS:

Pruebas DESTRUCTIVAS:

Un ensayo destructivo es aquel que deteriora la pieza que inspecciona, pero dependiendo del tipo de

ensayo, la pieza experimentara desde una leve marca, a una deformación permanente o incluso su

rotura parcial o total. Entre los ensayos destructivos más comunes se encuentran los siguientes:

• Ensayo de tracción

• Ensayo de cizallamiento

• Ensayo de torsión

• Ensayo de flexión

• Ensayo de resiliencia

• Ensayo de fatiga de materiales

• Ensayo de fluencia en caliente (creep)

• Ensayo de plegado libre

Dentro de las normas DVS tenemos los siguientes apartados:

✓ DVS 2201-2. Prueba para verificar la compatibilidad de soldadura para materiales termoplásticos. Esta prueba proporciona una metodología estándar para la verificación de los materiales a soldar, incluyendo perfil, placa, tubería, coples y secciones.

✓ DVS 2203-2. Prueba de tensión sobre uniones de soldadura plástica. Este tipo de prueba se realiza de acuerdo con la norma DIN EN ISO 527, sobre muestras de tamaño estándar, con o sin costura de soldadura.

✓ DVS 2203-4. Ensayo de fluencia. Es un método que aplica bajo la norma DIN 53 444, y se utiliza para determinar el comportamiento de fluencia o de relajación de esfuerzos. Para determinar las propiedades de fluencia, el material se somete a una tensión constante prolongada o a una carga de compresión a temperatura constante.

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✓ DVS 2203-5. Prueba de doblez. Conocida como prueba tecnológica de doblez, se rige bajo la norma DIN 50 121, aplicando una presión constante en el centro de la probeta a una velocidad específica para cada termoplástico, y manteniendo los extremos de esta en una posición fija.

Ensayos de tipo destructivo para soldaduras a tope en tuberías La industria no ha sido capaz de establecer un método de ensayo que sea no destructivo y que nos indique cuál será el comportamiento de las soldaduras a tope a largo plazo para tubos de polietileno (PE). Al no poder realizar pruebas no-destructivas en tubería, debemos realizar siempre en un exhaustivo control de los parámetros de soldadura, la limpieza de las dos partes a unir, la temperatura de la placa y los tiempos para tener una mayor seguridad del trabajo que estamos realizando. Además, esta limitación hace que resulte más que oportuno recordar cuáles son los ensayos destructivos que se pueden realizar sobre soldaduras a tope y electro soldables. Las tuberías de plástico tienen en una vida larga y son muy empleadas para el transporte de agua potable, para recubrir cables o para sistemas de calefacción. Realizar soldaduras en ellas requiere de cierta formación y de las herramientas adecuadas. Pero tan importante es eso como efectuar un control de calidad de garantías sobre esas uniones, una vez realizadas. Los factores que pueden influir en la calidad de la soldadura de las tuberías de PE son diversos y abundantes, pero podemos controlarlos si tenemos en cuenta una serie de factores. – Limpieza. Los extremos de los tubos deben mantenerse siempre limpios y la placa calefactora debe encontrarse sin polvo, arena, arcilla u otros materiales. Un trapo limpio es suficiente para eliminar la suciedad, que puede reducir mucho la vida útil. – Condiciones climáticas. El viento puede causar problemas en la calidad de la soldadura. Se pueden enfriar zonas de la placa y causar desigual distribución de temperatura en la misma. Es recomendable proteger la unión del sol, del viento y del polvo, poniendo una tienda en el lugar de trabajo. – Alineación. La resistencia y la vida útil de la soldadura pueden verse afectadas si en los extremos de los tubos se produce alguna desalineación. Esto puede suceder o porque los extremos estén mal cortados o enfrentados, o porque haya un alineamiento incorrecto del tubo en las abrazaderas de la máquina. Cuanto más pequeña sea la desalineación mejores garantías tendremos, y por norma general éste no debe exceder del 10% del espesor que tenga el tubo. – Índice de fluidez. Es lo que nos señala lo compatible que resulta la soldadura. Entre tubos de PE 80 y/o PE 100 no hay problemas de incompatibilidad siempre que tengan un Índice de Fluidez correcto. – Diferencia de espesores. Si el método de soldadura de tuberías de polietileno es el a tope, se recomienda unir tubos del mismo material y con el mismo espesor de pared.

¿Qué ensayos se realizan en las soldaduras a tope?

En primer lugar, hay que señalar que es la normativa UNE-EN 12814 la que rige los ensayos destructivos de soldaduras a tope en productos termoplásticos semiacabados. De acuerdo con ella, distinguimos los siguientes tipos:

✓ Ensayo de curvatura ✓ Ensayo de tracción ✓ Ensayo de fluencia en tracción.

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ENSAYO DE CURVATURA En el ensayo de curvatura, una sección de la tubería de polietileno, cortada en sentido transversal y con un espesor mayor de 3 milímetros, unida por soldadura a tope, es sometida a flexión. De ésta se deriva un ángulo de curvatura a la rotura que resulta ser de entre 151.26 y 153.88 grados, con fuerzas que van desde 12552 N hasta 14999 N y sin que se produzca una rotura. Tanto el ángulo de curvatura como la fuerza máxima se registran y las superficies en las que se logran resultados similares pasan a ser posteriormente examinadas con el objeto de detectar zonas frágiles.

ENSAYO DE TRACCIÓN En el ensayo de tracción, según la norma ISO 13953, se aplica una velocidad de cinco milímetros al minuto en tubos de PE 100 DN 500 x 45.4 SDR 11 PN 16 bar. Las probetas extraídas de la unión, en la dirección longitudinal de la tubería, nos señalan si la rotura es dúctil (sufre arranque de material en la rotura) o frágil (no hay rotura). En la rotura dúctil, la soldadura conserva cierto alargamiento y resistencia a la rotura.

ENSAYO DE FLUENCIA EN TRACCIÓN El ensayo de fluencia en tracción de uniones soldadas somete a una probeta a una carga que se aplica de forma constante hasta que se dé la rotura. Cuando ésta llega se registra el tiempo que ha tardado en llegar y se mide su tamaño. Este método ayuda a comparar la diferencia entre diferentes soldaduras en función de si, bajo los mismos parámetros, la rotura llega antes o después. Para que la prueba no se extienda demasiado en el tiempo, en ocasiones se emplean en las probetas soldadas sustancias como tensoactivos como medio de contacto.

La resistencia de las probetas soldadas a presión hidráulica es también una comprobación cada vez más común. Se suelen usar agentes químicos o temperaturas altas para testar la resistencia a la rotura de las soldaduras, un método muy útil y que detecta rápidamente si una soldadura a tope no se ha realizado con todas las garantías.

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Pruebas NO DESTRUCTIVAS:

Las PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS son técnicas de ensayo aplicadas a materiales o componentes de ingeniería, basadas en propiedades físicas y/o químicas de otros materiales. Normalmente se definen como PRUEBA NO DESTRUCTIVA al proceso de inspección, exámenes o evaluación de materiales para la verificación de la existencia de discontinuidades sin destruir o poner fuera de servicio el componente o sistema del cual forma parte dicho material, cuando el ensayo no destructivo es completado, la parte ensayada puede continuar su uso.

Las pruebas no destructivas se clasifican en tres grupos distintos, de acuerdo con la posición en la que se localizan las discontinuidades que pueden ser detectadas:

→ SUPERFICIALES

→ VOLUMÉTRICAS

→ HERMETICIDAD

Dentro de las normas DVS tenemos los siguientes apartados:

✓ DVS 2202-1. Imperfecciones en uniones de soldadura plástica. Evaluar las imperfecciones de soldadura plástica por medio de un método de calidad estandarizado. Esta prueba está respaldada con la norma DIN 32502, y debe ser realizada solo por expertos certificados por la DVS en soldadura plástica.

Para la caracterización de cada uno de los productos plásticos tenemos otras pruebas que nos ayudan a catalogarlas, algunas de estas técnicas solo están disponibles en un laboratorio de pruebas, dichas pruebas nos ayudan a tener una expectativa mas concreta del producto que se genera a partir de la unión de plásticos.

‣ Densidad por desplazamiento de líquido. ‣ Identificación de estructura química por FTIR. ‣ Peso molecular y distribución del peso molecular. ‣ Índice de fluidez. ‣ Reología capilar. ‣ Propiedades en tensión (Modulo en tensión, resistencia a la tensión, elongación a ruptura,

etc.). ‣ Resistencia al impacto caída libre. ‣ Dureza shore A y D. ‣ Resistencia de plásticos a rayas. ‣ Temperaturas de transición (temperatura de fusión y temperatura de transición vítrea). ‣ Grado de cristalinidad. ‣ Calor específico. ‣ Coeficiente de expansión térmica lineal, porcentaje de carga o reforzamiento ‣ Temperatura de degradación. ‣ Tiempo de inducción de oxidación (OIT). ‣ Exposición a Xenón. ‣ Permeabilidad a oxigeno (O2TR). ‣ Permeabilidad a vapor de agua (WVTR).

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Errores más comunes en la soldadura de plásticos

Estos son los errores más comunes en la soldadura de plásticos. Se pueden producir en cualquier

tipo de plástico y con cualquier método de soldadura.

• Grietas: longitudinales, transversales, con ramificaciones, etc.

• Cavidades y burbujas: Son porosidades provocadas por aire, como agujeros de gusano,

porosidad lineal, etc.

• Añadidos y contaminantes: Añadidos sólidos, óxido, etc.

• Fallos en la propia unión: Debido a incompatibilidad de materiales, defectos en la fusión,

etc.

• Fallos de forma: Alineamiento erróneo, excesivo o escaso material de unión entre las

partes, etc.

Para evitarlos, debemos conocer los siguientes puntos fundamentales como son las etapas de soldadura paso a paso, y los métodos de comprobación. Hay cuatro reglas fundamentales de la soldadura de plásticos que debes tener siempre en

cuenta:

1. Siempre se debe soldar materiales afines

Por ejemplo: si queremos soldar PP deberemos hacerlo con u a varilla u otro material que esté

hecho de PP. Si tienes dudas sobre qué material te encuentras a punto de soldar siempre puedes

recurrir a una de las múltiples pruebas de soldadura que hemos visto en el manual.

2. La temperatura correcta

Debes calentar el plástico hasta que adopte una consistencia pastosa. Las tablas o

especificaciones del producto o la maquinaria te ayudarán a conseguir la temperatura adecuada para

cada material, ya que no todos funden a la misma temperatura.

3. Presión

Cuando se suelda con varillas de soldadura, la presión se aplica presionando la propia varilla.

Cuando se trata de otro tipo de superficies o materiales puedes ayudarte de un rodillo para aplicar la

presión necesaria.

4. Velocidad constante de soldadura

Para conseguir que una soldadura llegue a buen puerto se debe mantener un ritmo que

consiga que toda la superficie se una sin fisuras y de manera uniforme, sobre todo cuando estamos

utilizando maquinaria de aire caliente.

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Etapas de soldadura y problemas relacionados

Planificación del trabajo

Antes de comenzar será necesario tener en cuenta varios puntos:

Material con el que vamos a trabajar. Se trata de un aspecto clave, como se enunció con anterioridad

debemos estar seguros de que nuestro plástico es un termoplástico, puesto que de lo contrario no

lograremos soldarlo en ningún caso. Y dentro del grupo de los termoplásticos, deberán ser plásticos

afines, es decir, que pertenezcan al mismo subtipo.

Como nota cabe añadir que, dentro de cada subtipo, si se tratase de un material con distintas

graduaciones, como los poliuretanos y las poliamidas –nylon–, hemos de ser cautos eligiendo grados

compatibles para evitar problemas posteriores.

También puede suceder que la pieza haya sido manipulada con anterioridad, por ejemplo, con

un taladro, lo que inevitablemente conlleva una alteración de los parámetros de tensión interna,

dotándola de mayor vulnerabilidad al estrés. Debemos manipular este material con cuidado, evitando

golpes o el contacto con agresiones externas de cualquier tipo (rayos UV, etc.) que puedan degradarlo.

Método de soldadura que vamos a utilizar. Dependiendo de las características del material, de las

dimensiones, de los usos de éste y de la accesibilidad a la maquinaria necesaria, elegiremos el método

que más se adapte a nuestras necesidades.

Es importante añadir que siempre debemos utilizar la maquinaria adecuada, en ocasiones las

máquinas que manejamos son antiguas y/o el hidráulico pierde presión o la presión indicada en el

manómetro no es la correcta, este defecto en la máquina ocasiona que la presión de soldadura no es

la apropiada lo que dependiendo del termoplástico con el que trabajemos, se traduciría en la aparición

de las temidas grietas.

Preparación superficial

La preparación superficial es un proceso delicado, donde retiraremos impurezas y otros restos

de la superficie a soldar, como polvo, restos de lijado de plástico, grasa, óxido, etc., que pueden causar

una unión defectuosa, de mínima eficacia, lo que puede reducir la vida de la pieza en su totalidad.

Especial mención merecen los materiales reutilizados, con los que hay que ser muy minucioso

en su preparación.

Si existieran restos de aceite en la superficie, se puede utilizar papel absorbente desechable.

En determinados casos los abrasivos químicos, como algunos disolventes, no serán

recomendables, ya que podrían dejar depósitos dañinos en la zona de la unión. El único que se

contempla como seguro en prácticamente todos los casos sería el alcohol. En ocasiones también

debemos realizar un secado concienzudo posterior, por ejemplo, si trabajamos con ABS o

policarbonatos, debido a que son materiales higroscópicos y absorben la humedad ambiente.

Un ejemplo de oxidación superficial es el que podremos encontrarnos al trabajar con un

soldador de aire caliente, algo que podremos solucionar utilizando gas nitrógeno. También podremos

tener problemas si el flujo de aire no es limpio, seco y libre de aceites, lo que dificultaría la soldadura

al precipitarse en esta unión.

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Calentamiento

Calor de fusión.

Cada plástico tiene una temperatura óptima para su fusión, que debemos consultar antes de

iniciar nuestro trabajo. Esta es la diferencia fundamental entre los diferentes tipos de plásticos, que

debemos conocer y respetar, puesto que temperaturas inferiores a la indicada no lograrán finalizar el

proceso de soldadura y, si son superiores, podemos producir estrés térmico que derivaría en

degradación del plástico; existe un margen de variación en esta temperatura que estaría muy

relacionado con la experiencia del operario, en ocasiones se puede elevar la temperatura para poder

trabajar a mayor velocidad, y viceversa.

Calibración de termómetros.

Debemos asegurarnos de que los termómetros con los que trabajemos estén calibrados, un

dato tan obvio como fundamental. Podemos utilizar indicadores de barra de lápiz o un pirómetro de

superficie.

Precalentamiento.

Algunos tipos de plástico, como el polimetilmetacrilato, necesitan ser precalentados antes de

empezar a manipularlos. No es lo habitual, pero será necesario conocer esta propiedad a la hora de

trabajar con determinados plásticos.

Tiempo de calentamiento.

Este tiempo variará dependiendo no solo del plástico utilizado, sino también de la maquinaria.

Se deben consultar las tablas de soldadura recogidas en las instrucciones del fabricante del equipo.

Espesor de la pieza a soldar.

Dato importante a tener en cuenta, dependiendo del espesor de la pieza, de la densidad,

ajustaremos esta temperatura.

Temperatura ambiente.

De gran relevancia cuando se trabaja en exteriores. Los factores climáticos pueden producir

variaciones en cualquier etapa de la soldadura y, lógicamente, el rango de temperatura de fusión

también puede verse alterado, sobre todo en condiciones climáticas extremas.

Velocidad de fusión.

Debe ser constante a lo largo de toda la superficie a soldar, de esta forma evitaremos las

fisuras o la heterogeneidad en esta unión, si se realiza más rápido de lo debido se pueden dejar zonas

sin alcanzar la temperatura óptima y que no lleguen a soldarse, y si se realiza más lentamente se puede

llegar a quemar el plástico.

Consolidación

Los puntos clave en esta etapa serían:

1. Alineación del área a unir.

Debemos emplear el tiempo necesario para este paso. Los extremos deben estar bien alineados, con

gran precisión. Los motivos son los mismos que en el resto de los casos, de no conseguirse

obtendremos una unión ineficaz, heterogénea, que acortará la vida de la soldadura.

Un consejo para evitarlo es, por ejemplo, en el caso de soldadura de tubería, asegurarnos de una

colocación adecuada de las mordazas de sujeción, el tiempo que sea preciso.

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2. Presión de fusión.

Viene indicada en las especificaciones de la maquinaria que vamos a utilizar, debemos consultarla

siempre antes de iniciar el proceso, ya que, si es demasiado elevada o baja, las moléculas de los

plásticos no interaccionarán adecuadamente, lo que dará lugar a fallos.

3. Espesor de la pieza a soldar.

Punto clave en cualquier etapa de la soldadura, la presión que debemos aplicar variará

considerablemente en función del grosor, tamaño y densidad de los plásticos de la unión.

Enfriamiento

Puntos para tener en cuenta de esta etapa para minimizar fallos:

Tiempo de enfriamiento.

Es uno de los parámetros más importantes del proceso, de él dependerá la estabilidad final

de la soldadura, existen tablas con recomendaciones que debemos revisar y respetar, puesto que un

tiempo reducido provocará la aparición de tensiones internas que debilitarían la unión. Debemos

asegurarnos de que la soldadura no está sometida a variaciones en las constantes físicas, sobre todo

en la presión, hasta que la fusión se haya completado.

Presión de enfriamiento.

Durante esta etapa resulta fundamental comprender las fuerzas que se deben ejercer sobre

la unión, es decir, la fricción que apliquemos debe exceder la retracción que se produce en la propia

pieza, para compensar así la presión final de soldadura; Si la fricción aplicada no es suficiente para

esta compensación, la presión final sería negativa, lo que ocasionaría grandes tensiones residuales

que podrían dar lugar a poros e incluso oquedades, fallos que debilitarían la estructura interna y, por

tanto, la vida de la soldadura.

Esto parte del comportamiento natural del plástico al ser calentado, al enfriarse tenderá a

doblarse hacia el lado donde se aplicó la soldadura, la mejor manera de prevenir esta retracción sería

soldando la pieza por ambos lados. Esto no es siempre posible, por lo que se suele recomendar fijar

bien las estructuras con accesorios específicos o gatos, debemos medir estas fuerzas, y una vez

alcanzada la unión, descender la presión.

Tiempo de cambio.

Debe reducirse al mínimo posible, no resulta difícil de comprender que los extremos de la

soldadura están expuestos al aire, y por tanto se produce el enfriamiento superficial de los mismos, lo

que directamente influye en la calidad de la unión; lógicamente, al igual que en las etapas anteriores,

el espesor de la unión a soldar y la densidad de la misma afectarán de manera especial a este tiempo

de cambio, que podremos reducir con mayor dificultad si trabajamos con áreas más gruesas.

Condiciones climáticas.

Como se ha comentado en cada punto, resulta de gran trascendencia en cualquier etapa del

proceso de soldadura, siendo en esta última donde alcanza su mayor influencia, sobre todo si

trabajamos en exteriores.

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Especial mención tienen las temperaturas extremas, así como el viento, la lluvia, etc. Por

ejemplo, si trabajamos en un ambiente con alta concentración de humedad se podrían crear burbujas

que debilitarían la soldadura, lo aconsejable es disponer de estructuras que puedan aislar nuestro

trabajo del exterior.

Métodos de Comprobación Siguiendo los pasos descritos anteriormente y dedicando el tiempo necesario a cada uno de

ellos, es muy probable que la soldadura resulte exitosa. Aun así, siempre se debe comprobar la

estabilidad de la unión una vez finalizado el trabajo.

Existen diversos métodos de comprobación, en función del tipo de soldadura que utilicemos.

Métodos de comprobación en soldadura de tuberías

a) Comprobación del cordón de soldadura.

Este método suele ser el primero en realizarse, no es de alta

precisión, pero es muy orientativo, con una herramienta especial

extraeremos el cordón exterior que se ha formado al unir dos

tuberías. De forma manual intentaremos romperlo, si no lo

conseguimos es buena señal, la soldadura será válida.

b) Comprobación de soldadura de tubería por rotura

Método más preciso que el anterior. Existen

máquinas especiales para este tipo de comprobación. Se

extrae una pequeña muestra del área de soldadura, que

previamente habrá sido perforada en unos puntos

concretos. En estos orificios introduciremos unos tubos de

acero y ejerceremos presión con un sistema hidráulico, con

lo que fraccionaremos la muestra. Si se rompiese por la

zona soldada, esta soldadura no es válida, y si lo hace por

otra zona, estamos ante una soldadura correcta.

Ilustración 41 extractor de rebaba de soldadura.

Ilustración 42 Cortador de muestras de tubería.

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Métodos de comprobación en soldadura de láminas

a) Chispómetro o comprobación por alta frecuencia.

Se realiza con un comprobador especial de alta frecuencia, que

medirá si existe flujo de corriente a través de la soldadura, flujo que no

debería hallarse por la nula conductividad eléctrica de los plásticos. Si

existiera este flujo, aparecería marcado con un ‘rayo’. Se deberá a la

existencia de grietas o poros en la soldadura, concluyendo con un

resultado no válido. Este método también se utiliza en la soldadura por

extrusión. Para utilizar este método es imprescindible que al otro lado de

la soldadura haya un elemento conductor.

b) Comprobación de lámina por rotura.

Similar al método empleado para la soldadura de tuberías, pero en este caso no hay que

perforar la pieza. Utilizaremos una máquina específica que estirará los bordes de la pieza hasta llegar

a su rotura, con la misma interpretación: si se produce en la zona de soldadura, no será válida.

c) Comprobación por agujas comprobadoras y aire a presión.

Se emplea en los trabajos sobre láminas en embalses por ser un método muy apropiado

debido a su sencillez y eficacia. La máquina deja un canal en la zona media de la soldadura, donde se

colocará una aguja comprobadora y al otro lado un tapón, que evitará pérdidas de aire. Aplicamos una

presión para comprobar si existen fugas en algún punto de esta soldadura.

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d) Comprobación por vacío.

Se utiliza para confirmar una sospecha de fallo. Se revisa por partes la zona soldada mediante

una campana y una bomba de vacío, donde previamente se habrá vertido agua con jabón. Si aparecen

burbujas estaremos confirmando la fuga, por lo que la soldadura no será válida.

Fallos comunes en Soldadura Según Método

Existen más de 10 métodos de soldadura (por placa caliente, por aire caliente, por calor, por

extrusión, por inyección, por ultrasonido, por alta frecuencia, por láser, por vibración, por fricción,

etc.). Sin embargo, en este apartado nos concentraremos en tres ampliamente utilizados y conocidos,

para repasar los principales puntos donde debemos enfocar toda nuestra atención, puesto que es en

ellos donde se producen la mayoría de los fallos.

Nota: Estos puntos se desarrollaron con amplitud en apartados anteriores, el objetivo de esta última

parte será remarcar de forma muy esquemática qué debemos revisar dependiendo del método

elegido.

Fallos en la soldadura de tubo

Error en la elección del material.

Error en la elección del método de soldadura.

Contaminación de las piezas y no reparar en su correcta preparación superficial.

Condiciones ambientales del lugar de trabajo adversas, sea en exterior o en interior, especial

atención sobre temperaturas extremas y humedad elevada.

Temperatura de fusión inadecuada.

Tiempo de fusión y de enfriamiento incorrectos.

Presión distinta a la indicada, debemos revisar las tablas para estos tres últimos puntos.

Error de empate a la hora de realizar la fusión.

Error en el careo de piezas.

Fallos en la soldadura por extrusión

Defectuosa preparación superficial.

Alineación errónea en las piezas a soldar.

Utilizar la tobera equivocada.

Mal estado del teflón (principalmente desgaste).

Mantener una velocidad muy variable.

No aplicar fijación a la hora de generar el cordón de soldadura.

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Fallos en la soldadura de electrofusión

Insuficiente preparación superficial.

Excesivo lijado superficial que debilitará la zona a soldar.

Tensión incorrecta del grupo electrógeno.

Mayor espacio del recomendado entre el tubo y el accesorio.

Desplazamiento de la pieza durante la fusión o interrupción del ciclo de fusión.

Error al manejar el biselador o el redondeador.

Error al introducir los parámetros de soldadura en la máquina.

No respetar el tiempo de enfriamiento.

Fallos en la soldadura de lámina de pe

Falta o exceso de presión.

Falta o exceso de temperatura.

Velocidad demasiado alta con relación a la temperatura.

Que el punto “0” de presión esté mal calculado.

Fallos en la soldadura de lámina de PVC

Velocidad demasiado alta.

Temperatura inadecuada.

“Un fallo general que puede ocurrir en cualquier tipo de soldadura es el mal estado de la máquina que está soldando. Para ello se recomienda que las máquinas tengan un

buen mantenimiento que garantice su buen uso.”

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