REYES MIRANDA VICTOR

PROCESOS DE MANUFACTURA

JOSE CRUZ MOLINA ZENTENO

JUEVES 28 DE NOVIEMBRE DEL 2013

AGOSTO DICIEMBRE

FUNDAMENTOS DE LA SOLDADURA.

La soldadura es un proceso de unin de materiales en el cual se funden las superficies de contacto de dos o ms piezas mediante la aplicacin conveniente de calor y/o presin. Muchos procesos de soldadura se obtienen solamente por calor, sin aplicar presin; otros mediante una combinacin de calor y presin; y otros ms, nicamente por presin, sin suministrar calor externo. En algunos procesos de soldadura se agrega un material de relleno para facilitar la fusin. El ensamblaje de partes que se unen mediante soldadura se denomina ensamblaje soldado. La soldadura se asocia por lo regular con piezas metlicas, pero el proceso tambin se usa para unir plsticos.

PERSPECTIVA DE LA TECNOLOGA DE LA SOLDADURA

La soldadura implica la fusin o unin localizada de dos piezas metlicas en sus superficies de empalme. stas son las superficies de la pieza que estn en contacto o muy cercanas para ser unidas. Por lo general, la soldadura se realiza sobre piezas hechas del mismo metal, pero es posible usar algunas operaciones para unir metales diferentes.

Tipos de procesos de soldadura

La American Welding Society ha catalogado ms de 50 tipos diferentes de operaciones de soldadura que utilizan diversos tipos o combinaciones de energa para proporcionar la energa requerida. Los procesos de soldadura pueden dividirse en dos grupos principales: 1) soldadura por fusin y 2) soldadura de estado slido.

Soldadura por fusin Los procesos de soldadura por fusin usan calor para fundir los metales base; en muchas de las operaciones se agrega un metal de relleno a la combinacin fundida para facilitar el proceso y proporcionar volumen y resistencia a la unin soldada.Una operacin de soldadura por fusin en la cual no se agrega un metal de relleno se denomina soldadura autgena. La categora por fusin incluye los procesos de soldadura de uso ms amplio, los cuales pueden organizarse en los siguientes grupos generales (las iniciales entre parntesis son designaciones en ingls, de la American Welding Society):

Soldadura con arco (AW). Se refiere a un grupo de procesos de soldadura en los cuales el calentamiento de los metales se obtiene mediante un arco elctrico, como se muestra en la figura 30.1. Algunas de las operaciones de soldadura con arco tambin aplican presin durante el proceso, y la mayora utiliza un metal de relleno.

Soldadura por resistencia (RW). Se obtiene la fusin usando el calor de una resistencia elctrica para el flujo de una corriente que pasa entre las superficies de empalme de dos piezas sostenidas juntas bajo presin.

Soldadura con oxgeno y gas combustible (OFW). Estos procesos de unin usan un gas de oxgeno combustible, tal como una mezcla de oxgeno y acetileno, para producir una flama caliente para fundir la base metlica y el metal de relleno, en caso de que se utilice alguno.

Otros procesos de soldadura por fusin. Adems de los tipos anteriores, hay otros procesos de soldadura que producen la fusin de los metales unidos; como ejemplo pueden mencionarse la soldadura con haz de electrones y la soldadura con rayo lser.

Soldadura de estado slido La soldadura de estado slido se refiere a los procesos de unin en los cuales la fusin proviene slo de la aplicacin de presin o de una combinacin de calor y presin. Si se usa calor, la temperatura del proceso est por debajo del punto de fusin de los metales que se van a soldar. En los procesos de estado slido no se utiliza un metal de relleno. Algunos procesos representativos de soldadura en este grupo son los siguientes:

Soldadura por difusin (DFW). Se colocan juntas dos superficies bajo presin a una temperatura elevada y las piezas se sueldan por medio de fusin de estado slido.

Soldadura por friccin (FRW). En este proceso, la coalescencia se obtiene mediante el calor de la friccin entre dos superficies.

Soldadura ultrasnica (USW). Se realiza aplicando una presin moderada entre las dos piezas y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasnicas en una direccin paralela a las superficies de contacto. La combinacin de las fuerzas normales y vibratorias produce intensas tensiones que remueven las pelculas superficiales y obtienen la unin atmica de las superficies.

La soldadura como una operacin comercial

Las principales aplicaciones de la soldadura son: 1) la construccin, por ejemplo, edificios y puentes; 2) la produccin de tuberas, recipientes a presin, calderas y tanques de almacenamiento; 3) la construccin naval; 4) las industrias aeronutica y espacial; y 5) los automviles y los ferrocarriles.

El aspecto de seguridad La soldadura es inherentemente peligrosa para los trabajadores. Quienes ejecutan estas operaciones deben tomar estrictas medidas de seguridad. Las altas temperaturas de los metales fundidos en la soldadura son un peligro obvio.

Automatizacin en la soldadura Debido a los riesgos de la soldadura manual y a los esfuerzos de aumentar la productividad y mejorar la calidad de los productos, se han creado diversas formas de mecanizacin y automatizacin. Las categoras incluyen la soldadura con mquina, la soldadura automtica y la soldadura robtica.

La soldadura con mquina puede definirse como una soldadura mecanizada con equipo que realiza la operacin bajo la supervisin continua de un operador. Normalmente se realiza mediante una cabeza para soldadura que se mueve por medios mecnicos en relacin con el trabajo estacionario, o moviendo el trabajo en relacin con la cabeza de soldadura estacionaria. El trabajador humano debe observar continuamente e interactuar con el equipo para controlar la operacin.

Si el equipo es capaz de realizar la operacin sin el ajuste de los controles por parte de un operador humano, se denomina soldadura automtica. Un trabajador casi siempre est presente para vigilar el proceso y detectar variaciones de las condiciones normales.

En la soldadura robtica se usa un robot industrial o un manipulador programable que controla en forma automtica el movimiento de la cabeza para soldar con respecto al trabajo.

Tipos de uniones

Existen cinco tipos bsicos de uniones para pegar dos piezas de una junta. Los cinco tipos de unin no estn limitados a la soldadura; tambin se aplican a otras tcnicas de unin y sujecin. De acuerdo con la figura 30.2, los cinco tipos de unin pueden definirse como sigue:

a) Unin empalmada. En este tipo de unin, las piezas se encuentran en el mismo plano y se unen en sus bordes.b) Unin de esquina. Las piezas en una unin de esquina forman un ngulo recto y se unen en la esquina del ngulo.

c) Unin superpuesta. Esta unin consiste en dos piezas que se sobreponen.

d) Unin en te. En la unin en te, una pieza es perpendicular a la otra en una forma parecida a la letra T.

e) Unin de bordes. Las piezas en una unin de bordes estn paralelas con al menos uno de sus bordes en comn y la unin se hace en el(los) borde(s) comn(es).

Tipos de soldaduras

Se usa soldadura de filete para rellenar los bordes de las placas creadas mediante uniones de esquina, sobrepuestas y en te, como en la figura 30.3. Se usa un metal de relleno para proporcionar una seccin transversal con una forma aproximada a la de un tringulo recto.

Las soldaduras con surco por lo general requieren que se moldeen las orillas de las piezas en un surco para facilitar la penetracin de la soldadura. Las formas con surco incluyen un cuadrado, un bisel, la V, la U y la J, en lados sencillos o dobles, como se muestra en la figura 30.4.

Las soldaduras con insertos y las soldaduras ranuradas se usan para unir placas planas, como se muestra en la figura 30.5, usando uno o ms huecos o ranuras en la pieza superior, que despus se rellenan con metal para fundir las dos piezas.

En la figura 30.6 se muestran la soldadura de puntos y la soldadura de costura, usadas para uniones sobrepuestas. Una soldadura de puntos es una pequea seccin fundida entre las superficies de dos lminas o placas. Normalmente se requieren varias soldaduras de puntos para unir las piezas. Se asocia ms estrechamente con la soldadura por resistencia.Una soldadura de costura es similar a una de puntos, excepto que consiste en una seccin fundida ms o menos continua entre las dos lminas o placas.

En la figura 30.7 se muestran soldaduras en rebordes y soldaduras en superficies. Una soldadura en rebordes se hace en los bordes de dos (o ms) piezas, por lo general, lminas metlicas o placas delgadas, en donde al menos una de las piezas est en un reborde, como en la figura 30.7a). Una soldadura en superficie no se usa para unir piezas, sino para depositar metal de relleno sobre la superficie de una pieza base en una o ms gotas de soldadura.

PROCESOS DE SOLDADURA

SOLDADURA CON ARCO

La soldadura con arco elctrico (AW, por sus siglas en ingls) es un proceso de soldadura por fusin en el cual la coalescencia de los metales se obtiene mediante el calor de un arco elctrico entre un electrodo y el trabajo. Se usa el mismo proceso bsico en el corte con arco elctrico (seccin 26.3.4). En la figura 31.1 se muestra un proceso genrico de AW. Un arco elctrico es una descarga de corriente elctrica a travs de una separacin en un circuito. Se sustenta por la presencia de una columna de gas trmicamente ionizada (llamada plasma) a travs de la cual fluye la corriente. Para iniciar el arco en un proceso de AW, se acerca el electrodo a la pieza de trabajo; despus del contacto el electrodo se separa rpidamente de la pieza a una distancia corta. La energa elctrica del arco as formado produce temperaturas de 5 500 C (10 000 F) o mayores, que son lo suficientemente calientes para fundir cualquier metal. Se forma un pozo de metal fundido, que consiste en el (los) metal(es) base y metal de relleno (si se usa alguno), cerca de la punta del electrodo.En la mayora de los procesos de soldadura con arco, se agrega un metal de relleno durante la operacin para aumentar el volumen y fortalecer la unin soldada. Conforme el electrodo se mueve a lo largo de la unin, el pozo de metal fundido se solidifica de inmediato.

Tecnologa general de la soldadura con arco

Electrodos Los electrodos que se usan en los procesos de AW se clasifican como consumibles y no consumibles.

Los electrodos consumibles proporcionan el metal de relleno en la soldadura con arco. Estos electrodos estn disponibles en dos formas principales: varillas (tambin llamados bastones) y alambres. Las varillas para soldadura normalmente tienen una longitud de 225 a 450 mm (9 a 18 in) y un dimetro de 9.5 mm (3/8 in) o menos. El problema con las varillas de soldadura consumibles, al menos en las operaciones de soldadura en produccin, es que deben cambiarse de manera peridica, lo que reduce el tiempo de arco del soldador.

Los electrodos no consumibles estn hechos de tungsteno (o en raras ocasiones de carbono), los cuales resisten la fusin mediante el arco. A pesar de su nombre, un electrodo no consumible se desgasta en forma gradual durante el proceso de soldadura (la vaporizacin es el mecanismo principal) y ocurre en forma similar al desgaste gradual de una herramienta de corte en una operacin de maquinado. Para los procesos de AW que utilizan electrodos no consumibles, cualquier metal de relleno usado en la operacin debe proporcionarse mediante un alambre separado que se alimenta dentro del pozo soldado.

Un fundente es una sustancia usada para evitar la formacin de xidos y otros contaminantes no deseados o para disolverlos y facilitar su remocin. Durante la soldadura, el fundente se derrite y se convierte en una escoria lquida que cubre la operacin y protege el metal de soldadura fundido. La escoria se endurece despus del enfriamiento y debe removerse con cincel o cepillo. Por lo general, un fundente est formulado para cumplir con varias funciones adicionales que incluyen: 1) proporcionar una atmsfera protectora para la soldadura, 2) estabilizar el arco y 3) reducir las salpicaduras.Procesos de AW, electrodos consumibles

Soldadura con arco de metal protegido La soldadura con arco de metal protegido (SMAW, por sus siglas en ingls) es un proceso de AW que usa un electrodo consumible y consiste en una varilla de metal de relleno recubierta con materiales qumicos que proporcionan un fundente y proteccin. El proceso se ilustra en las figuras 31.2 y 31.3. La varilla de soldadura (en ocasiones, la SMAW se denomina soldadura de varilla) tiene de manera tpica una longitud entre 225 y 450 mm (9 y 18 in) y un dimetro de 2.5 a 9.5 mm (3/32 a 3/8 in).El metal de relleno usado en la varilla debe ser compatible con el metal que se va a soldar y, por lo tanto, la composicin debe ser muy parecida a la del metal base.

Soldadura con arco de metal y gas La soldadura con arco de metal y gas (GMAW, por sus siglas en ingls) es un proceso de AW en el cual el electrodo es un alambre metlico desnudo consumible y la proteccin se proporciona inundando el arco elctrico con un gas. El alambre desnudo se alimenta en forma continua y automtica desde un rollo a travs de la pistola de soldadura, como se ilustra en la figura 31.4.

Soldadura con arco de ncleo fundente (FCAW, por sus siglas en ingls) es un proceso en el cual el electrodo es un tubo consumible continuo que contiene fundente y otros ingredientes en su ncleo. Tales ingredientes incluyen elementos desoxidantes y aleantes. El alambre tubular con ncleo de fundente es flexible y, por ende, puede suministrarse en forma de rollos para que sea alimentado de manera continua a travs de la pistola para soldadura con arco. Existen dos versiones de la FCAW: 1) autoprotegida y 2) protegida con gas.

Soldadura electrogaseosa La soldadura electrogaseosa (EGW, por sus siglas en ingls) es un proceso de AW que usa un electrodo consumible continuo, ya sea de alambre con ncleo de fundente o alambre desnudo con gases protectores que se suministran en forma externa y zapatas de moldeo para contener el metal fundido. El proceso se aplica primordialmente a la soldadura empalmada vertical, como se muestra en la figura 31.7

Soldadura con arco sumergido Este proceso, creado durante la dcada de 1930, fue uno de los primeros de AW que se automatizaron. La soldadura con arco sumergido (SAW, por sus siglas en ingls) es un proceso que usa un electrodo de alambre desnudo consumible continuo y el arco se protege mediante una cobertura de fundente granular. El alambre del electrodo se alimenta en forma automtica desde un rollo hacia dentro del arco. El fundente se introduce a la unin ligeramente adelante del arco de soldadura, por gravedad, desde un tanque alimentador, como se muestra en la figura 31.8.

Procesos de AW, electrodos no consumibles

Soldadura con arco de tungsteno y gas La soldadura con arco de tungsteno y gas (GTAW, por sus siglas en ingls) es un proceso que usa un electrodo de tungsteno no consumible y un gas inerte para proteger el arco. Con frecuencia, este proceso se denomina soldadura TIG El proceso de GTAW puede implementarse con o sin un metal de relleno. En la figura 31.9 se ilustra este ltimo caso. Cuando se usa un metal de relleno, ste se agrega al pozo soldado desde una varilla o alambre separado, la cual se funde mediante el calor del arco en lugar de transferirse a travs de ste como en un proceso de AW con electrodo consumible. El tungsteno es un buen material para electrodo debido a su alto punto de fusin de 3 410 C (6 170 F). Los gases protectores tpicos incluyen el argn, el helio o una mezcla de estos gases.

Soldadura por arco de plasma La soldadura por arco de plasma (PAW, por sus siglas en ingls) es una forma especial de la soldadura con arco de tungsteno y gas, en la cual un arco de plasma controlado se dirige hacia el rea de soldadura. En la PAW, se coloca un electrodo de tungsteno dentro de una boquilla especialmente diseada, la cual enfoca una corriente de gas inerte a alta velocidad (por ejemplo, argn o mezclas de argn e hidrgeno) hacia la regin del arco para formar una corriente de arco de plasma intensamente caliente a alta velocidad, como en la figura 31.10.

La soldadura con arco de carbono (CAW, por sus siglas en ingls) es un proceso de soldadura con arco que utiliza un electrodo de carbono (grafito) no consumible. Tiene importancia histrica debido a que fue el primer proceso de soldadura con arco elctrico en desarrollarse, pero su importancia comercial actual es prcticamente nula. El proceso con arco de carbono se usa como una fuente de calor para soldadura dura y para reparar fundiciones de hierro. Tambin puede usarse en algunas aplicaciones para depositar materiales resistentes al desgaste sobre superficies. Los electrodos de grafito para soldadura han sido sustituidos casi por completo con electrodos de tungsteno (en la GTAW y la PAW).

La soldadura de pernos (SW, por sus siglas en ingls) es un proceso especializado de AW para unir pernos o componentes similares a piezas bsicas. En la figura 31.11 se ilustra una operacin tpica de SW, en la cual se obtiene proteccin por medio del uso de una frula cermica. Para comenzar, el perno se sujeta en una pistola de soldadura especial que controla automticamente los parmetros de tiempo y potencia de los pasos mostrados en la secuencia.SOLDADURA POR RESISTENCIA

La soldadura por resistencia (RW, por sus siglas en ingls) es un grupo de procesos de soldadura por fusin que utiliza una combinacin de calor y presin para obtener la coalescencia; el calor se genera mediante una resistencia elctrica dirigida hacia el flujo de corriente en la unin que se va a soldar. Los principales componentes en la soldadura por resistencia se muestran en la figura 31.12 para una operacin de soldadura de puntos por resistencia; ste es el proceso de uso ms difundido en el grupo.

Procesos de soldadura por resistencia

La soldadura de puntos por resistencia (RSW, por sus siglas en ingls) es un proceso de RW en el cual se obtiene la fusin en una ubicacin de las superficies de empalme de una unin superpuesta, mediante electrodos opuestos. El proceso se usa para unir piezas de lminas metlicas con un espesor de 3 mm (0.125 in) o menos, usando una serie de soldaduras de puntos en situaciones donde no se requiere un ensamble hermtico. El tamao y la forma del punto de soldadura estn determinados por la punta de electrodo; la forma de electrodo ms comn es redonda, pero tambin se usan formas hexagonales, cuadradas y otras. La pepita de soldadura resultante tiene un dimetro tpico de 5 a 10 mm (0.2 a 0.4 in), con una zona afectada por el calor que se extiende un poco ms all de la pepita en los metales base. Si la soldadura se hace correctamente, su resistencia es comparable con la del metal circundante. Los pasos de un ciclo de soldadura de puntos se muestran en la figura 31.13.

Los soldadores de punto con balancn, que se muestran en la figura 31.14, tienen un electrodo inferior estacionario y un electrodo superior mvil que sube y baja para cargar y descargar el trabajo. El electrodo superior se monta en un balancn (de ah el nombre), cuyo movimiento es controlado mediante un pedal operado por el trabajador. Las mquinas modernas pueden programarse para controlar la fuerza y la corriente durante el ciclo de soldadura.

Los soldadores de puntos tipo prensa estn diseados para un trabajo ms grande. El electrodo superior tiene un movimiento en lnea recta proporcionado por una prensa vertical, que se opera en forma neumtica o hidrulica. La accin de la prensa permite que se apliquen fuerzas ms grandes, y los controles generalmente hacen posible la programacin de ciclos de soldadura complejos.

Soldadura de costura por resistencia En la soldadura de costura por resistencia (RSEW, por sus siglas en ingls), los electrodos con forma de varilla de la soldadura de puntos se sustituyen con ruedas giratorias, como las que se muestran en la figura 31.15, y se hace una serie de soldaduras de puntos sobrepuestas a lo largo de la unin. El proceso produce uniones hermticas y sus aplicaciones industriales incluyen la produccin de tanques de gasolina, silenciadores de automviles y otros contenedores fabricados con lminas de metal.

Soldadura de proyeccin por resistencia La soldadura de proyeccin por resistencia (RPW, por sus siglas en ingls) es un proceso de soldadura por resistencia en el cual ocurre la coalescencia en uno o ms puntos de contacto relativamente pequeos sobre las piezas. Estos puntos de contacto estn determinados por el diseo de las piezas que se van a unir y pueden consistir en proyecciones, grabados o intersecciones localizadas de las piezas. Un caso tpico en el que se sueldan dos piezas de lmina metlica se describe en la figura 31.17. La pieza superior se ha fabricado con dos puntos grabados para entrar en contacto con la otra pieza al principio del proceso. Puede argumentarse que la operacin de grabado aumenta el costo de la pieza, pero este incremento puede ms que compensarse por los ahorros en el costo de la soldadura.

En la soldadura instantnea (FW, por sus siglas en ingls), que se usa normalmente para uniones empalmadas, se ponen en contacto o se acercan las dos superficies que se van a unir y se aplica una corriente elctrica para calentar las superficies hasta su punto de fusin, despus de lo cual las superficies se oprimen juntas para formar la soldadura. Los dos pasos se detallan en la figura 31.19.

La soldadura con recalcado (UW, por sus siglas en ingls) es similar a la soldadura instantnea, excepto porque en la UW las superficies de empalme se aprietan una contra la otra durante el calentamiento y se recalcan.

La soldadura por percusin (PEW, por sus siglas en ingls) tambin es similar a la soldadura instantnea, excepto porque la duracin del ciclo de soldadura es extremadamente breve; en forma tpica slo transcurren de 1 a 10 milisegundos. El calentamiento rpido se obtiene mediante las rpidas descargas de energa elctrica entre las dos superficies que se van a unir, para continuar con la percusin inmediata de una pieza contra la otra a fin de formar la soldadura.

La soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW, por sus siglas en ingls) es un proceso en el cual se usa una corriente alterna de alta frecuencia para el calentamiento, seguido de la aplicacin rpida de una fuerza de recalcado para producir coalescencia, como en la figura 31.20a. Las frecuencias estn entre 10 y 500 kHz y los electrodos hacen contacto con el trabajo en la vecindad inmediata de la unin soldada. En una variacin del proceso, llamada soldadura por induccin de alta frecuencia (HFIW, por sus siglas en ingls), la corriente de calentamiento se induce en las piezas mediante una bobina de induccin de alta frecuencia, como en la figura 31.20b. La bobina no hace contacto fsico con el trabajo. Las aplicaciones principales de la HFRW y de la HFIW son la soldadura empalmada continua de costuras longitudinales en tuberas metlicas.

SOLDADURA CON OXGENO Y GAS COMBUSTIBLE

La soldadura con oxgeno y gas combustible (OFW, por sus siglas en ingls) es el trmino que se usa para describir el grupo de operaciones de fusin durante las cuales se queman diferentes combustibles mezclados con oxgeno para ejecutar la soldadura. Los procesos de OFW emplean varios tipos de gases, los cuales representan la principal diferencia entre los integrantes de este grupo. El oxgeno y el gas combustible tambin se usan normalmente en sopletes de corte para cortar y separar placas metlicas y otras piezas (seccin 27.3.5). El proceso ms importante de OFW es la soldadura con oxiacetileno.

Soldadura con oxiacetileno

La soldadura con oxiacetileno (OAW, por sus siglas en ingls) es un proceso de soldadura por fusin realizado mediante una flama de alta temperatura a partir de la combustin del acetileno y el oxgeno. La flama se dirige mediante un soplete de soldadura. En ocasiones se agrega un metal de relleno y a veces se aplica presin entre las superficies de las piezas que hacen contacto. En la figura 31.21 se muestra una operacin tpica de soldadura con oxiacetileno. Cuando se usa metal de relleno, normalmente est en forma de varillas con dimetros que van de 1.6 a 9.5 mm (1/16 a 3/8 in). La composicin del relleno debe ser similar a la de los metales base. Con frecuencia, el relleno se recubre con un fundente que ayuda a limpiar las superficies y a evitar la oxidacin, con lo que se produce una mejor unin soldada.

Gases alternativos para la soldadura con oxgeno y gas combustible

Varios elementos del grupo de la OFW se basan en gases diferentes al acetileno. La mayora de los combustibles alternativos se enlistan en la tabla 31.2, junto con las temperaturas a las que arden y los calores de combustin. Con propsitos de comparacin, se incluye el acetileno en la lista. Aunque el oxiacetileno es el combustible ms comn para la OFW, todos los otros gases pueden usarse en ciertas aplicaciones, tpicamente limitadas a la soldadura de lminas metlicas y metales con bajas temperaturas de fusin y soldadura dura

Soldadura por gas a presin ste es un proceso especial de la OFW; se distingue ms por el tipo de aplicacin que por el gas combustible. La soldadura por gas a presin (PGW, por sus siglas en ingls) es un proceso de soldadura por fusin, mediante el cual se obtiene la coalescencia sobre todas las superficies de contacto de las dos piezas, calentndolas con una mezcla de combustible apropiada (por lo general gas oxiacetileno) y despus aplicando presin para unir las superficies. En la figura 31.23 se muestra una aplicacin tpica.

SOLDADURA POR FRICCION

La soldadura por friccin es un proceso comercial ampliamente usado y es conveniente para los mtodos de produccin automatizada. El proceso fue creado en la antigua Unin Sovitica, y fue introducido en Estados Unidos alrededor de 1960. La soldadura por friccin (FRW, por sus siglas en ingls) es un proceso en estado slido en el cual se obtiene la coalescencia mediante una combinacin de calor por friccin y presin. La friccin se induce mediante el frotamiento mecnico entre las dos superficies, generalmente por la rotacin de una pieza respecto a la otra, con el propsito de elevar la temperatura en la interfaz de unin hasta un rango de trabajo caliente para los metales involucrados. Despus, las piezas se dirigen una hacia otra con suficiente fuerza para formar una unin metalrgica. La secuencia se ilustra en la figura 31.28 para soldar dos piezas cilndricas, la aplicacin tpica del proceso. La fuerza de compresin axial recalca las piezas y se produce un reborde por el material desplazado. Cualquier pelcula superficial que se encuentre sobre las superficies de contacto es expulsada durante el proceso. Despus debe emparejarse el reborde (por ejemplo, por torneado) para proporcionar una superficie lisa en la regin soldada. Cuando se realiza en forma correcta, no ocurre una fusin en las superficies de empalme. Normalmente no se usa metal de relleno, ni fundentes o gases protectores.

ENSAMBLE MECNICO

En el ensamble mecnico se usan diferentes mtodos de sujecin para sostener juntas en forma mecnica dos (o ms) piezas. En la mayora de los casos, los mtodos de sujecin implican el uso de componentes de hardware separados, llamados sujetadores, que se agregan a las piezas durante la operacin de ensamblado. En otros casos, el mecanismo de sujecin implica el formado o reformado de uno de los componentes que se van a ensamblar y no se requieren sujetadores separados. Muchos productos para el consumidor se ensamblan principalmente mediante mtodos de sujecin mecnica: automviles, aparatos elctricos grandes y pequeos, telfonos, muebles, utensilios, incluso vestidos se ensamblan por medios mecnicos. Adems, productos industriales como aviones, herramientas de mquina y equipo de construccin casi siempre implican ensamble mecnico.Los mtodos de sujecin mecnica pueden dividirse en dos clases principales: 1) los que permiten el desensamble y 2) los que crean una unin permanente. Los sujetadores roscados (por ejemplo, tornillos, pernos y tuercas) son ejemplos de la primera clase y los remaches ilustran la segunda. Existen buenas razones por las que con frecuencia se prefiere el ensamble mecnico sobre otros procesos de unin analizados en captulos anteriores. Las razones principales son 1) la facilidad de ensamble y 2) la facilidad de desensamble (para los mtodos de sujecin que lo permiten).

SUJETADORES ROSCADOS

Tornillos, pernos y tuercas

Los tornillos y los pernos son sujetadores con roscas externas. Existe una diferencia tcnica entre un tornillo y un perno, que con frecuencia se confunde en el uso popular. Un tornillo es un sujetador con rosca externa que, por lo general, se ensambla en un orificio roscado ciego. Algunos tipos llamados tornillos autorroscantes poseen formas que les permiten formar o cortar las roscas correspondientes en el orificio. Un perno es un sujetador con rosca externa que se inserta a travs de orificios en las piezas y se atornilla con una tuerca en el lado opuesto. Una tuerca es un sujetador de rosca interna que coincide con la del perno del mismo dimetro, paso y forma de rosca. Los ensambles tpicos que se producen con el uso de tornillos y pernos se ilustran en la figura 33.1.

Los tornillos y los pernos vienen en diversos tamaos, roscas y formas, todas ellas estandarizadas. En la tabla 33.1 se proporciona una seleccin de los tamaos de sujetadores roscados comunes en unidades mtricas (norma ISO) y unidades de uso comn en Estados Unidos (norma ANSI)

Los tornillos para mquina son del tipo general, diseados para ensamble en huecos roscados. En ocasiones se ensamblan a tuercas, y en este uso coinciden con los pernos.Los tornillos de cabeza cuadrada tienen la misma forma que los tornillos para mquina, pero estn hechos de metales con mayor resistencia y tolerancias ms estrechas.Los tornillos prisioneros se endurecen y disean para funciones de ensamble como collarines de sujecin, engranes y poleas para flechas, como se muestra en la figura 33.3 a). Se fabrican en diversas formas, algunas de las cuales se ilustran en la figura 33.3 b).Un tornillo autorroscante (tambin llamado tornillo roscante) est diseado para formar o cortar las roscas en un orificio que ya existe, dentro del cual se hace girar.

En la figura 33.4 se muestran dos de las formas de rosca comunes para los tornillos autorroscantes.

REMACHES Y OJILLOS

REMACHE

Un remache es una punta con cabeza y sin rosca que se usa para unir dos (o ms) piezas al pasar el pasador a travs de orificios en las piezas y despus formar (recalcar) una segunda cabeza en la punta del lado opuesto. La operacin de deformacin se ejecuta en caliente o en fro (trabajo en caliente o trabajo en fro), y utiliza el martilleo o presin estable.Una vez deformado, el remache no puede removerse, a menos que una de las cabezas se rompa. Los remaches se especifican por su longitud, dimetro, cabeza y tipo. El tipo de remache se refiere a las cinco configuraciones geomtricas bsicas que afectan la manera en que ste se recalcar para formar la segunda cabeza. Los cinco tipos bsicos son: a) slido,b) tubular, c) semi tubular, d) bifurcado y e) de compresin, y se ilustran en la figura33.10. Adems, existen remaches especiales para aplicaciones especficas.

LOS OJILLOS

Los ojillos son sujetadores tubulares de pared delgada con un reborde en un extremo, y generalmente estn hechos de lmina metlica, como en la figura 33.11 a). Se usan para producir una unin empalmada permanente entre dos (o ms) piezas planas. Los ojillos se sustituyen con remaches en aplicaciones de baja tensin para ahorrar material, peso y costos. Durante la sujecin, el ojillo se inserta a travs de orificios en las piezas y el extremo recto se dobla para asegurar el ensamble. La operacin de formado se denomina calcado y se ejecuta mediante herramientas opuestas que sostienen al ojillo en posicin y doblan la pieza que sobresale de su can. En la figura 33.11 b) se ilustra la secuencia para el diseo de un ojillo tpico. Las aplicaciones de este mtodo de sujecin incluyen los subensambles automotrices, componentes elctricos, juguetes y ropa.

Ajustes automticos y anillos de retencin Los ajustes automticos son una modificacin de los ajustes por interferencia. Un ajuste automtico implica la unin de dos piezas, en las cuales los elementos que coinciden poseen una interferencia temporal mientras se presionan juntos, pero una vez que se ensamblan se entrelazan para conservar el ensamble.En la figura 33.13 se muestra un ejemplo tpico: a medida que las piezas se presionan juntas, los elementos que coinciden se deforman elsticamente para alojar la interferencia y despus permiten que las piezas se ajusten de manera automtica; una vez en posicin, los elementos se conectan mecnicamente de modo que no se desensamblan con facilidad. Por lo general, las piezas se disean para que slo exista una ligera interferencia despus del ensamble.

Sujetadores integrales Los sujetadores integrales implican la deformacin de partes de los componentes para que stos se entrelacen y as crear una unin sujeta en forma mecnica. Este mtodo de ensamble es ms comn para piezas de lmina metlica. Las posibilidades que muestra la figura 33.18 incluyen: a) lengetas perforadas para conectar alambres o flechas a piezas de lmina metlica; b) protuberancias estampadas, en las cuales se forman protuberancias en una pieza y se aplanan sobre la pieza ensamblada correspondiente; c) costuras, donde los bordes de dos piezas de lminas metlicas separadas, o los bordes opuestos de la misma pieza, se doblan para formar la costura de sujecin; el metal debe ser dctil para que sea factible el doblado; d) formacin de molduras, en la cual una pieza con forma de tubo se conecta a una flecha ms pequea (u otra pieza redonda), y el dimetro exterior se deforma para producir una interferencia alrededor de toda la circunferencia, y e) la formacin de depresiones, formacin de simples indentaciones redondas en una pieza externa para que retenga una pieza interna.