INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAUNIDAD AZCAPOTZALCO
“GUÍA COMPARATIVA DE PROCESOS DE FUSIÓN CON DEPÓSITO DE MATERIAL”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO MECÁNICO
PRESENTA:
PEDRO LUCIANO GARCÍA TLASECA
ASESORES:
ING. ISMAEL JAIDAR MONTER M. EN C. ROCIO GARCÍA PEDRAZA
MEXICO, D.F. 2009
AGRADECIMIENTOS
A DIOS, a CHUCHITO, a mi LUPITA…
A mi Mamá que me dio la vida…
A mi Papá por seguir aquí a mi lado…
A mi hermana Lupis por escucharme y estar aquí…
A mi hermano Pablou por ser tan chingón…
A mi abuela que algún día volverá…
A Sony que nunca se fue…
A mis amigos presentes...
A mis amigos ausentes… donde quiera que estén…
A mi familia en general…
A los que ya no están…
A los que vendrán…
A los que odié…
A los que amé…
A los que les lloré…
A Sauron bikers…
A colectivo quebradora A el Ska jamaiquino…
A la Selección Mexicana…
A las Chivas…
A los hombres y mujeres del maíz…
Al señor futbol…
A mi tierra…
A mi vida loca…
A los que ayudaron a terminar: Ing. Ismael Jaidar y M. en C. Rocío Garcia…
A las chicas que marcaron mi vida…
Y a ti que te tomaste unos minutos para leer esta tesis…
Pero sobre todo a la ESIME Azcapotzalco por la vida que me llevo a descubrir.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
Pág.
CAPITULO 1 FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGÍA DE SOLDADURA 1 1.1. CONCEPTOS DE LA TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA 2
1.1.1 SOLDADURA POR FUSIÓN 3
1.1.2 SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO 4
1.2 LA UNIÓN POR SOLDADURA 5
1.2.1 TIPOS DE UNIONES 5
1.2.2 TIPOS DE SOLDADURAS 6
1.3 CARACTERÍSTICAS DE UNA JUNTA SOLDADA POR FUSIÓN 7
CAPITULO 2 PROCESOS DE SOLDADURA 10
2.1 SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO 10
2.2 SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO Y GAS O SOLDADURA MIG 13 2.2.1 BENEFICIOS PARA SOLDAR MIG 16
2.2.2 EQUIPO PARA SOLDAR MIG 17
2.3 SOLDADURA CON ARCO SUMERGIDO 18
2.3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 19
2.3.2 VENTAJAS DEL PROCESO 21
2.3.3 DESVENTAJAS Y LIMITACIONES DEL PROCESO 22
2.3.4 APLICACIONES 22
2.3.5 EQUIPO PARA SOLDAR CON ARCO SUMERGIDO 23 2.4 PROCESOS DE SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO QUE USAN
ELÉCTRODOS NO CONSUMIBLES
24 2.4.1 SOLDADURA DE TUNGSTENO CON ARCO ELÉCTRICO Y
GAS
24
2.4.2 SOLDADURA POR ARCO DE PLASMA 27
2.4.3 OTROS PROCESOS DE SOLDADURAS CON ARCO ELÉCTRICO Y RELACIONADOS
28
2.5 SOLDADURA POR RESISTENCIA 30
2.6 SOLDADURA CON OXIGENO Y GAS COMBUSTIBLE 32
2.6.1 SOLDADURA CON OXIACETILENO 33
2.7 TECNOLOGÍA DEL ACERO 34
2.7.1 CLASIFICACIÓN DEL ACERO 34
2.7.2 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN LAS NORMAS
MUNDIALES 36
CAPITULO 3 CLASIFICACIÓN DE ELECTRODOS Y LA SOLDADURA 41 3.1 METALES DE APORTACIÓN Y FUNDENTES PARA SOLDADURA 42 3.2 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE ELECTRODOS AWS 42 3.3 TIPO DE CORRIENTE Y REVESTIMIENTO 48 3.4 CLASIFICACIÓN AWS PARA LA SOLDADURA MIG 49 3.5 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DE ELECTRODOS 52
3.7 TIPOS DE SOLDADURA SEGÚN LA NORMA 53 3.8 DIMENSIONES EFECTIVAS DE LA SOLDADURA 53 3.9 TAMAÑO MÍNIMO DE SOLDADURAS PENETRACIÓN PARCIAL 54 3.10 TAMAÑOS MÍNIMOS DE LA SOLDADURA DE FILETE. 55
3.11 RESISTENCIA DE DISEÑO 56
CAPITULO 4 COMPARATIVA DE PROCESOS DE FUSIÓN 58
4.1 ENERGÍA GENERADA EN LOS PROCESOS 58
4.2 MATERIAL DE APORTE 59
4.3 PROTECCIÓN DEL ARCO 60
4.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS 61
4.5 APLICACIONES 69
4.6 PROCESOS RECOMENDADOS PARA LA SOLDADURA DE METALES Y ALEACIONES
71 4.7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN PROCESO SOBRE OTRO 72
CONCLUSIONES 73
BIBLIOGRAFÍA 75
SIGLAS Y ABREVIATURAS 76
ÍNDICE DE FIGURAS 89
ÍNDICE DE TABLAS 90
ANEXOS 91
INTRODUCCIÓN
Encontrar un proceso de soldadura adecuado a cualquier ámbito de la industria metal mecánica o cualquier aplicación común puede parecer algo muy complicado ya que cada proceso funciona y reacciona diferente con respecto a las características propias del material a unir.
El objetivo de este proyecto es encontrar el punto en el cual, cualquiera de los procesos puede ser aplicado en las mismas condiciones a diferentes materiales y necesidades de fabricación.
La idea principal de este proyecto es mostrar los tipos y funcionalidades de los procesos de soldadura existentes en el mercado, así como sus aplicaciones, ventajas y desventajas, además de los factores que influyen en la elección de los mismos.
CAPITULO 1
FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGÍA DE SOLDADURA
La soldadura es un proceso de manufactura en donde se realiza la unión de dos materiales, esto es logrado a través de la fusión, en la cual las piezas se unirán al ser derretidas o agregando un material de relleno derretido, este tiene un punto de fusión menor al de la pieza a soldar, para conseguir un baño de material fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fuerte.
La soldadura en un proceso de producción muy eficiente y altamente aplicable que cuenta con características benéficas como:
La soldadura proporciona una unión permanente. Las partes soldadas se vuelven una sola unidad.
• La unión soldada puede ser mas fuerte que los materiales originales siempre y cuando se use un metal de relleno que tenga propiedades de resistencia superiores a la de los materiales originales y se empleen las técnicas de soldadura adecuadas.
• En general, la soldadura es la forma mas económica de unir componentes, en términos de uso de materiales y costos de fabricación, los métodos mecánicos alternativos de ensamble requieren alteraciones mas complejas de las formas (por ejemplo, taladrado de orificios) y adición de sujetadores (remaches o tuercas). El ensamble mecánico resultante por lo general es más pesado que la soldadura correspondiente.
• La soldadura no se limita al ambiente de fábrica. Puede realizarse en campo, y en algunos casos puede ser aplicada por personal sin mucha experiencia.
Como todo proceso de manufactura siempre tendrá algunos inconvenientes como los que a continuación se mencionan:
• La mayoría de las operaciones de soldadura se realizan en forma manual y son elevadas en términos de costo de mano de obra.
• Muchas operaciones de soldadura se consideran cuestiones especializadas y no son muchas las personas que las realizan.
• Casi todos los procesos de soldadura implican el uso de mucha energía, y por consiguiente son peligrosos.
• Dado que la soldadura obtiene una unión permanente, no es posible el desensamble.
• La unión soldada puede padecer ciertos defectos de calidad que son difíciles de detectar. Los defectos pueden reducir la resistencia de la unión.
1.1 CONCEPTOS DE LA TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA
La soldadura implica la fusión o unión de dos partes metálicas en sus superficies empalmantes. Las superficies empalmantes son las superficies que están en contacto o están muy cercanas para ser unidas. Por lo general, la soldadura se realiza en partes del mismo metal, pero es posible usar algunas operaciones para unir metales diferentes.
La American Welding Society (Sociedad Norteamericana de Soldadura) ha Catalogado más de 50 tipos de operaciones distintas que utilizan diversos tipos o combinaciones de energía para proporcionar la energía requerida. Estos los podemos dividir en dos grupos principales:
a) SOLDADURA POR FUSIÓN y b) SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO
1.1.1. SOLDADURA POR FUSIÓN
Los procesos de soldadura por fusión usan calor para fundir los metales base. En muchas operaciones de soldadura por fusión, se añade un metal de aporte a la combinación fundida para facilitar el proceso de unión y aportar volumen y resistencia a la parte soldada. Una operación de soldadura por fusión en la cual no se añade un metal de aporte se denomina soldadura autógena.
Las categorías de soldadura por fusión de uso más amplio son:
• Soldadura con arco eléctrico, SAE (en inglés AW). La soldadura con arco eléctrico hace referencia a un grupo de procesos de soldadura en los cuales el calentamiento de los metales se obtiene mediante un arco eléctrico. Algunas de las operaciones de soldadura con arco eléctrico también aplican presión durante el proceso, y la mayoría utiliza un metal de aporte.
• Soldadura por resistencia, SR (en inglés RW). La soldadura por resistencia obtiene la fusión usando el calor de una resistencia eléctrica para el flujo de una corriente que pasa entre las superficies de contacto de dos partes sostenidas juntas bajo presión.
• Soldadura con oxígeno y gas combustible. SOGC (en inglés OFW). Estos procesos de unión usan un gas de oxígeno combustible, tal como una mezcla de oxígeno y acetileno, con el propósito de producir una flama caliente para fundir la base metálica y el metal de aporte en caso de que se utilice.
• Otros procesos de soldadura por fusión. Además de los tipos anteriores hay otros procesos de soldadura que producen la fusión de los metales unidos.
Los ejemplos incluyen la soldadura con haz de electrones y la soldadura con rayo láser.
1.1.2 SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO
Los procesos de soldadura de estado sólido usan presión o una combinación de calor y presión. Si se usa calor, la temperatura del proceso está por debajo del punto de fusión de los metales que se van a soldar. Generalmente no se utiliza un metal de aporte en estos procesos.
Los procesos más representativos son:
• Soldadura por difusión, SD (en inglés DFW). En la soldadura por difusión, se colocan juntas dos superficies bajo presión a una temperatura elevada y se produce la coalescencia de las partes por medio de fusión de estado sólido.
• Soldadura por fricción, SF (en inglés FRW). En este proceso, la coalescencia se obtiene mediante el calor de la fricción entre dos superficies.
• Soldadura ultrasónica, SU (en inglés USW). La soldadura ultrasónica se realiza aplicando una presión moderada entre las dos partes y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en una dirección paralela a las superficies de contacto. La combinación de las fuerzas normales y vibratorias produce intensas tensiones que remueven las películas superficiales y obtienen la unión atómica de las superficies.
Todos los procesos anteriores pueden ser aplicados en cualquier lugar además de un complejo industrial ya que la mayoría de los equipos que se utilizan para su aplicación son portátiles y fáciles de instalar.
1.2 LA UNIÓN POR SOLDADURA
La soldadura produce una unión sólida entre dos partes. Ya sea con un metal de aporte (electrodo) o sin el. A continuación se enumeran y describen los tipos de uniones y los diferentes tipos de soldaduras que se usan para unir las partes.
1.2.1 TIPOS DE UNIONES
Hay cinco tipos básicos de uniones para integrar dos partes de una junta, a continuación se describe cada una de ellas y en la figura 1 se observan sus características.
a) Unión empalmada. En este tipo de unión, las partes se encuentran en el mismo plano y se unen en sus bordes.
b) Unión de esquina. Las partes en una unión de esquina forman un ángulo recto y se unen en la esquina del ángulo.
c) Unión superpuesta. Esta unión consiste en dos partes que se sobreponen.
d) Unión de bordes. Las partes en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace en el borde común.
e) Unión en T. En la unión en T, una parte es perpendicular a la otra en una forma parecida a la letra T
FIGURA 1. TIPOS BASICOS DE UNIONES.
FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL
1.2.2 TIPOS DE SOLDADURAS
Es conveniente distinguir entre el tipo de unión y el tipo de soldadura que se aplica a la unión. Las diferencias entre los tipos de soldadura están en la geometría y el proceso de soldadura.
La figura 2 muestra los cuatro tipos más representativos de soldadura: a) unión de esquina con filete interno único, b) unión de esquina con filete externo único, c) unión sobrepuesta con filete doble, y d) unión en T con filete doble. Las líneas con guiones muestran los bordes originales de las placas.
FIGURA 2. TIPOS DE SOLDADURAS.
FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL
Se usa una soldadura de filete para rellenar los bordes de las placas creadas mediante uniones de esquina, sobrepuestas y en ‘T’. El metal de relleno (filete) forma la figura de un triangulo en su sección trasversal y es comúnmente aplicado a la soldadura con arco eléctrico y en la de oxígeno y gas combustible porque no requiere la preparación de los bordes; se usan los bordes cuadrados básicos de las partes. Las soldaduras de filete pueden ser sencillas o dobles (esto es, soldarse en uno o ambos lados) y continuas o intermitentes (esto es, soldadas a lo largo de toda la longitud de la unión, o con espacio sin soldar a lo largo de una orilla).
Las soldaduras con bisel o ranura generalmente requieren que se moldeen las orillas de las partes con un bisel para facilitar la penetración de la soldadura. Las
formas de bisel incluyen un cuadrado en un lado, bisel en “V”, en U y en J, en lados sencillos o dobles y se usa material de relleno para saturar la unión generalmente por arco eléctrico y gas combustible. Es necesario preparar los bordes más allá del cuadrado básico esto para permitir la fácil inserción del material de aporte. Esto lo podemos ver mas detalladamente en la figura 3 que muestra la descripción de los siguientes seis ejemplos: a) soldadura con bisel cuadrado en un lado; b) soldadura con bisel único; c) soldadura con bisel en V único; d) soldadura con bisel en U único; e) soldadura con bisel en J único; f) soldadura con surco en X para secciones mas gruesas.
FIGURA 3. SOLDADURAS CON BISEL.
FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL
1.3 CARACTERÍSTICAS DE UNA JUNTA SOLDADA POR FUSIÓN
La mayoría de las uniones de soldadura consideradas anteriormente son fusiones soldadas como se ilustra en la sección transversal de la figura 4; una junta soldada por fusión común a la cual se ha agregarlo un metal de aporte, consta de varias zonas: 1) zona de fusión, 2) interfase de soldadura, 3) zona afectada por el calor y 4) zona de metal base no afectada.
La zona de fusión consiste en una mezcla de metal de aporte y de metal base que se ha fundido por completo. Esta zona se caracteriza por un alto grado de homogeneidad entre los metales componentes que se han fundido durante la soldadura. La solidificación en la zona de fusión se asemeja a un proceso de fundición. La diferencia significativa entre la solidificación en fundición y la soldadura es que en esta ultima ocurre un crecimiento de grano epitaxial
FIGURA 4. SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA JUNTA SOLDADA POR FUSIÓN.
FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL
La segunda zona en la unión soldada es la interfase de soldadura, un estrecho límite que separa la zona de fusión de la zona afectada por el calor. La interfase consta de una banda completa y delgada de metal base fundido o parcialmente fundido durante el proceso de fusión (el fundido se localiza dentro de los granos), el cual se ha solidificado inmediatamente después, antes de mezclarse con el metal en la zona de fusión. Por tanto, su composición química es idéntica a la del metal base.
La tercera zona en la soldadura por fusión común es la zona afectada por el calor (en inglés HAZ). En esta zona, el metal ha experimentado temperaturas menores a su punto de fusión aunque lo suficientemente altas para producir cambios micro estructurales en el metal sólido. La composición química en la zona afectada por el calor es igual a la del metal base, pero esta zona ha sido tratada con calor debido a las temperaturas de soldadura, por lo que se han alterado sus propiedades y estructura. La cantidad de daño metalúrgico en la HAZ depende de
factores tales como la cantidad de calor que ha ingresado y la máxima temperatura alcanzada, la distancia de la zona de fusión, el intervalo de tiempo al que ha estado sujeto el metal a altas temperaturas, la velocidad de enfriamiento y las propiedades térmicas del metal. El efecto sobre las propiedades mecánicas en la zona afectada por el calor por lo general es negativo y en esta región con frecuencia ocurren fallas en la junta soldada.
Conforme aumenta la distancia de la zona de fusión, se alcanza por fin la zona de metal base no afectada, en la cual no ha ocurrido un cambio metalúrgico. No obstante, es probable que el metal base que rodea la HAZ presente un estado de alta tensión residual, producido por la contracción en la zona de fusión.
CAPITULO 2
PROCESOS DE SOLDADURA
Los procesos de soldadura se dividen en dos categorías principales; la soldadura por fusión, en la cual se obtiene una fusión derritiendo las dos superficies que se van a unir, y en algunos casos añadiendo un metal de aporte a la unión; y la soldadura de estado sólido, en la cual se usa calor o presión o ambas para obtener la fusión, pero los metales base no se funden ni se agrega un metal de aporte.
La soldadura por fusión clasifica los siguientes métodos de unión:
• la soldadura con arco eléctrico,
• la soldadura con oxígeno y gas combustible
• la soldadura por resistencia y;
• otros procesos de soldadura por fusión (los que no pueden clasificarse en alguno de los primeros tres tipos).
2.1 SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO
La soldadura con arco eléctrico, SAE (arc welding en inglés, AW), es un proceso en el cual la unión de las partes se obtiene por fusión mediante el calor de un arco eléctrico entre un electrodo y el material de trabajo.
En la figura 5 se muestra el funcionamiento de un proceso de AW. En un proceso de AW, el arco eléctrico se inicia al acercar el electrodo a la pieza de trabajo, después del contacto el electrodo se separa rápidamente de la pieza a una distancia corta. La energía eléctrica del arco eléctrico así formado produce temperaturas de 5500°C o mayores, que son lo suficientemente calientes para fundir cualquier metal. Se forma un pozo de metal fundido, que consiste en metal(es) base y metal de aporte (si se usa uno), cerca de la punta del electrodo.
En la mayoría de los procesos de soldadura con arco eléctrico, se agrega un metal de aporte durante la operación para aumentar el volumen y fortalecer la unión soldada. Conforme el electrodo se mueve a lo largo de la unión, el pozo de metal fundido se solidifica de inmediato.
FIGURA 5. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA CON ARCO ELECTRICO.
FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL
El movimiento del electrodo se consigue ya sea mediante una persona que suelda (soldadura manual) o por medios mecánicos (soldadura automática o soldadura robótica). Un aspecto problemático de la soldadura manual con arco eléctrico es que la calidad de la unión fundida depende de la habilidad y ética de trabajo del soldador.
PROTECCIÓN DEL ARCO ELÉCTRICO
En la soldadura con arco eléctrico, las altas temperaturas provocan que los metales que se unen reacciones intensamente al oxigeno, nitrógeno e hidrógeno del aire y las propiedades mecánicas de la unión soldada pueden degradarse seriamente por estas reacciones. Para proteger la operación de soldadura de este resultado no deseado, casi todos los procesos de soldadura con arco eléctrico
proporcionan algún medio para proteger el arco del aire en el ambiente. Esto se logra cubriendo la punta del electrodo, el arco eléctrico y el pozo soldadura fundida con un manto de gas o fundente o ambos, lo que inhibe la exposición del metal soldado al aire. Los gases de protección comunes incluyen el argón y el helio, pues ambos son inertes. En la soldadura de metales ferrosos con ciertos procesos de AW se usan oxigeno y dióxido de carbono, por lo general en combinación con argón o helio, para producir una atmósfera oxidante o para controlar la forma de la soldadura.
FUNDENTE
Es una sustancia usada para evitar la formación de óxidos y otros contaminantes no deseados o para disolverlos y facilitar su remoción. Durante la soldadura, el fundente se derrite y convierte en una escoria líquida, que cubre la operación y protege el metal. La escoria se endurece después del enfriamiento y debe removerse con cincel o cepillo. Por lo general un fundente está formado para cumplir con varias funciones adicionales que incluyen: proporcionar una atmósfera protectora para la soldadura, estabilizar el arco eléctrico y reducir las salpicaduras.
El método de aplicación del fundente es diferente para cada proceso. Entre las técnicas de incorporación se encuentran: vaciando el fundente granular en la operación de soldadura, usando un electrodo de varilla cubierto con material fundente, en el cual el recubrimiento se derrite durante la soldadura para cubrir la operación y usando electrodos tubulares que contienen fundente en el núcleo, el cual se libera conforme se consume el electrodo.
2.2 SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO Y GAS O SOLDADURA MIG
Los diferentes metales en los que se usa la soldadura GMAW y las propias variaciones del proceso han dado origen a diferentes nombres. La primera vez que se introdujo el proceso a fines de los años cuarenta, se aplicó a la soldadura de aluminio usando un gas inerte (argón) para protección del arco eléctrico. Este proceso recibió el nombre de soldadura metálica con gas inerte, SMGI (en inglés MIG, metal inert gas welding). Es también conocida como Gas Arco Metal o MAG.
La soldadura metálica con arco eléctrico y gas. SMAEG (en inglés gas metal arc welding, GMAW) es un proceso en el cual el electrodo es un alambre metálico desnudo consumible y la protección se proporciona inundando el arco eléctrico con un gas. El alambre desnudo se alimenta en forma continua y automática desde una bobina a través de la pistola de soldadura, esto se ilustra en la figura 6.
FIGURA 6. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA MIG.
FUENTE: WWW.GOOGLE.COM.MX/IMAGENES
Cuando este proceso de soldadura se aplicó al acero, se encontró que los gases inertes eran costosos y se usó CO2 como sustituto. Por tanto, se aplicó el término
de soldadura con CO2. Algunos refinamientos en el proceso para la soldadura del acero condujeron, al uso de mezclas de gases, incluyendo dióxido de carbono y argón, e incluso oxígeno y argón.
El proceso MIG opera en DC (corriente continua) usualmente con el alambre como electrodo positivo. Esto es conocido como "Polaridad Negativa" (reverse polarity).
La "Polaridad Positiva" (straight polarity) es raramente usada por su poca transferencia de metal de aporte desde el alambre hacia la pieza de trabajo. Las corrientes de soldadura varían desde unos 50 Amperios hasta 600 Amperios en muchos casos en voltajes de 15V hasta 32V, un arco auto-estabilizado es obtenido con el uso de un sistema de fuente de poder de potencial constante (voltaje constante) y una alimentación constante del alambre.
Continuos desarrollos al proceso de soldadura MIG lo han convertido en un proceso aplicable a todos los metales comercialmente importantes como el acero, aluminio, acero inoxidable, cobre y algunos otros. Materiales por encima de 0.76 mm de espesor pueden ser soldados en cualquier posición, incluyendo de piso, vertical y sobre cabeza.
En la GMAW se usan diámetros de alambre que van desde 0.8 a 6.4 mm, el tamaño depende del grosor de las partes que se van a unir y la velocidad de deposición deseada
Para protección se usan gases inertes como el argón y el helio y también gases activos como el bióxido de carbono. La elección de los gases (y sus mezclas) dependen del material que se va a soldar, al igual que de otros factores. Se usan gases inertes para soldar aleaciones de aluminio y aceros inoxidables, en tanto que normalmente se usa CO2 para soldar aceros al bajo y mediano carbono. La combinación del alambre de electrodo desnudo y los gases protectores eliminan el recubrimiento de escoria en la gota de soldadura y, por tanto, evitan la necesidad del esmerilado y limpieza manual de la escoria. Por tal razón, el proceso de
GMWA y gas es ideal para hacer múltiples pasadas de soldadura en la misma unión. Es muy simple escoger el equipo, el alambre o electrodo, el gas de la aplicación y las condiciones optimas para producir soldaduras de alta calidad a muy bajo costo.
El proceso básico MIG incluye tres técnicas muy distintas:
Transferencia por “Corto circuito”, transferencia “Globular” y la transferencia de
“Arco Rociado” (Spray Arc). Estas técnicas describen la manera en la cual el metal es transferido desde el alambre hasta la soldadura fundida.
• En la transferencia por corto circuito, también conocido como "Arco Corto", "Transferencia espesa" y "Micro Wire", la transferencia del metal ocurre cuando un corto circuito eléctrico es establecido, esto ocurre cuando el metal en la punta del alambre hace contacto con la soldadura fundida.
• En la transferencia globular el proceso ocurre cuando las gotas del metal fundido son lo suficientemente grandes para caer por la influencia de la fuerza de gravedad.
• En la transferencia por rociado (spray arc) diminutas gotas de metal fundido llamadas "Moltens" son arrancadas de la punta del alambre y proyectadas por la fuerza electromagnética hacia la soldadura fundida.
Los factores que determinan la manera en que los moltens son transferidos son básicamente la corriente de soldadura, el diámetro del alambre, la distancia del arco (voltaje), las características de la fuente de poder y el gas utilizado en el proceso.
CONTROL DE LA POROSIDAD
Un buen procedimiento de soldadura esta caracterizado por la poca presencia de porosidad, buena fusión, y una terminación libre de grietas o quebraduras. La Porosidad, es una de las causas mas frecuentemente citadas de una soldadura pobremente ejecutada, es causada por el exceso de oxigeno de la atmósfera, creada por el gas usado en el proceso y cualquier contaminación en el metal base, que, combinado con el carbón en el metal soldado forma diminutas burbujas de monóxido de carbono (CO). Algunas de estas burbujas de CO pueden quedar atrapadas en la soldadura fundida después que se enfría y se convierten en poros mejor conocidos como porosidad. Para minimizar la formación de monóxido de carbono CO, algunos fabricantes han desarrollado alambres que contienen elementos con los cuales el oxigeno se combina preferentemente al carbón para formar escorias inofensivas. Estos elementos, llamados desoxidantes, son manganeso (Mn), silicón (Si), titanio (Ti), aluminio (Al), y zirconio (Zr). Aluminio, titanio y zirconio son los desoxidantes mas poderosos, quizás cinco veces más efectivos que el manganeso y el silicón, no obstante estos últimos dos elementos afectan de manera especial el proceso y por eso no son utilizados.
2.2.1 BENEFICIOS PARA SOLDAR MIG
Hoy por hoy la soldadura MIG es una de las más utilizadas en la industria debido a los factores tales como:
1. No genera escoria y hay mínima salpicadura, baja generación de humos.
2. Alta velocidad y eficiencia de deposición y es aplicable a altos rangos de espesores
3. La pistola y los cables de soldadura son ligeros haciendo más fácil su manipulación.
4. Rapidez de deposición.
Para conseguir una soldadura uniforme, tanto la tensión como la longitud del arco deben mantenerse constantes. En principio, esto podemos lograrlo de dos formas; (1) Alimentando el hilo a la misma velocidad con que éste se va fundiendo; o (2), fundiendo el hilo a la misma velocidad con que se produce la alimentación.
2.2.2 EQUIPO PARA SOLDAR MIG
En el mercado actual existen varios tipos de maquinas soldadoras para la aplicación de la soldadura MIG. El equipo para soldar MIG está integrado por:
1. Una máquina soldadora.
2. Un alimentador que controla el avance del alambre a la velocidad requerida.
3. Una pistola de soldar para dirigir directamente el alambre al área de soldadura.
4. Un gas protector para evitar la contaminación del baño de fusión.
5. Un carrete de alambre del tipo y diámetro especificado.
En la figura se observan más claramente estos componentes.
FIGURA 7. EQUIPO PARA SOLDAR MIG.
FUENTE: WWW.GOOGLE.COM.MX/IMAGENES
2.3 SOLDADURA CON ARCO SUMERGIDO
De los métodos de soldadura que emplean electrodo continuo, el proceso de arco sumergido desarrollado simultáneamente en EE.UU. y Rusia a mediados de la década de los 30´s, es uno de los más difundidos universalmente. La soldadora con arco sumergido. SAS (en inglés submerged arc welding, SAW), es un proceso que usa un electrodo de alambre desnudo consumible continuo, el arco eléctrico se protege mediante una cobertura de fundente granular.
El alambre del electrodo se alimenta automáticamente desde un rollo hacia dentro del arco eléctrico. El fundente se introduce a la unión ligeramente adelante del arco de soldadura, mediante gravedad, desde un tanque alimentador. El manto de fundente granular cubre por completo la operación de soldadura con arco eléctrico, evitando chispas, salpicaduras y radiaciones que son muy peligrosas en otros procesos de soldadura con arco eléctrico. Por tanto, el operador de la soldadura no necesita usar la molesta máscara protectora que se requiere en otras operaciones (pero los anteojos de seguridad y guantes protectores son necesarios).
FIGURA 8. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO.
FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL
La parte del fundente más cercano al arco se derrite y se mezcla con el metal de soldadura fundido, que después se solidifican en la parte superior de la unión soldada y forman una escoria con aspecto de vidrio. La escoria y los granos de fundente no derretidos en la parte superior proporcionan una buena protección de la atmósfera y un buen aislamiento térmico para el área de soldadura. Esto produce un enfriamiento relativamente bajo y una unión de soldadura de alta calidad cuyos parámetros de resistencia y ductilidad son notables.
2.3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
La corriente eléctrica se conduce entre el electrodo y la pileta fundida a través de un plasma gaseoso inmerso en el fundente. La potencia la suministra un generador, un transformador-rectificador o un transformador y se conduce al alambre (electrodo) a través del tubo de contacto, produciéndose el arco entre aquel y el metal base. El calor del arco funde el electrodo, el fundente y parte del metal base, formando la pileta de soldadura que conforma la junta. En todos los equipos de este tipo existe un mecanismo que fracciona el alambre y lo conduce a través del tubo de contacto y de la capa de fundente hasta el metal base. Los alambres utilizados son generalmente aceros de bajo carbono y de composición química perfectamente controlada; el alambre se encuentra usualmente enrollado en una bobina. El fundente se va depositando delante del arco a medida que avanza la soldadura. Cuando se solidifica, se extrae el exceso para utilizarlo nuevamente y el fundido se elimina mediante un piqueteado. En los equipos modernos existe una aspiradora que absorbe el excedente de fundente y lo envía nuevamente a la tolva de alimentación.
FUNDENTES
Los fundentes para la soldadura por arco sumergido están granulados a un tamaño controlado y pueden ser de tipo fundido, aglomerado ó sinterizado.
Originalmente se utilizaban fundentes fundidos, machacados y calibrados;
atribuyéndoseles las ventajas de estar totalmente libres de humedad y no ser higroscópicos. Tanto la composición química como el estado de división de los fundentes tienen una importante influencia sobre la forma de comportarse en la soldadura. Los fundentes aglomerados se hacen mezclando los constituyentes, finamente pulverizados, con una solución acuosa de un aglomerante tal como silicato sódico; la finalidad es producir partículas de unos pocos milímetros de diámetro formados por una masa de partículas más finas de los componentes minerales. Después de la aglomeración el fundente se seca a temperatura de hasta 800°C. Los fundentes sinterizados se hacen calentando pellets componentes pulverizados a temperaturas justo por debajo del punto de fusión de algunos de los componentes. Las temperaturas alcanzadas durante la fabricación limitan los componentes de los fundentes. Para fundir un fundente las temperaturas deben ser tan altas que los carbonatos y muchos otros minerales se descompongan, por lo cual los fundentes básicos que llevan carbonatos deben hacerse por alguno de los otros procedimientos, tales como aglomeración. Se ha sabido durante años que la baja tenacidad se favorece con el uso de fundentes ácidos y que los fundentes de elevado contenido en silicio tienden a comunicar oxígeno al metal soldado. Inversamente los fundentes básicos dan un metal soldado limpio, con pocas inclusiones no metálicas, y, consecuentemente, de elevada tenacidad.
CONTROL DE LA POROSIDAD
Tanto la composición del fundente como su estado de división influyen en el control de la porosidad. El proceso de arco sumergido es generalmente más susceptible a la porosidad causada por superficies herrumbrosas y sucias que el proceso de arco abierto. Ello es debido a que con el proceso de arco abierto el vapor de agua y los productos gaseosos, que abandonan la plancha por el calor de la soldadura, pueden escapar; mientras que en el arco sumergido tienden a ser
retenidos bajo el cojín de fundente. Por esta razón es por lo que los fundentes que tienen la mayor tolerancia a la oxidación y suciedad son también los que tienen mayor permeabilidad, lograda usando un grano grueso de gran regularidad. Sin embargo, cuando es necesario soldar utilizando intensidades elevadas se requiere un fundente que cubra más estrechamente para dar un buen cierre al arco; esto se logra utilizando un tamaño de partículas lo más fino posible y una mayor variedad en tamaños, para aumentar el cierre de recubrimiento.
En la tabla 1 se describen los componentes de algunos de los fundentes mayormente utilizados:
.
TABLA 1. COMPONENTES DE LOS FUNDENTES MATERIALES UTILIZADOS COMO COMPONENTES DE LOS FUNDENTES
MINERAL FÓRMULA
Calcita CaCO3
Corindón Al2O3
Criolita Na3AlF6
Dolomita CaMg(CO3)2
Ferosilicio FeSi2
Fluorita CaF2
Hausmanita Mn3O4
Hierro Fe
Óxido cálcico CaO
Magnesita MgCO3
Periclasa MgO
Cuarzo SiO2
Rhodenita MnSiO3
Rutilo TiO2
Wellastonita CaSiO3
Circón ZrSiO4
Zirconio Zro2
FUENTE www.wikipedia.com
2.3.2 VENTAJAS DEL PROCESO
El arco sumergido, respecto de los otros procesos de soldadura, ofrece las siguientes ventajas:
• Las juntas pueden ser preparadas en “V” con poca profundidad debido a la elevada penetración del proceso, obteniéndose con esto un menor consumo de alambre y fundente.
• Los procesos de soldadura pueden realizarse a altas velocidades debido a la elevada intensidad con que se opera en la mayoría de las aplicaciones.
• No es necesario proteger al operador de la máquina de la emisión de radiación, ya que el arco se encuentra sumergido en el fundente, evitándose además las salpicaduras del metal fundido.
• El fundente actúa como un desoxidante protegiendo el arco y aportando elementos de aleación al cordón en el caso de emplear fundentes aleados.
2.3.3 DESVENTAJAS Y LIMITACIONES DEL PROCESO
A pesar de contar con puntos a favor también hay otros casos en los que no es tan recomendable este método como a continuación se describe:
Muchas soldaduras requieren algún tipo de respaldo para evitar la perforación del metal base, este respaldo puede ser del mismo material o de un material mucho más resistente que el anterior.
Este proceso conlleva un tiempo de preparación mayor que otros.
Con este sistema generalmente se sueldan piezas a partir de los 5 mm de espesor.
2.3.4 APLICACIONES
Su principal aplicación son los aceros suaves de baja aleación, pero si se utiliza el fundente adecuado se puede aplicar a cobre, aleaciones a base de aluminio y titanio, aceros de alta resistencia, templados y revenidos y en aceros inoxidables.
Se aplica para recubrimientos duros y reconstrucción de piezas. Utilizado
principalmente para soldaduras horizontales de espesores mayores a 5mm, en los que las soldaduras sean largas y rectas. Pueden soldarse espesores hasta doce milímetros sin preparación de bordes mientras que, con preparación el espesor máximo a unir es prácticamente ilimitado. Es ampliamente utilizado, tanto para soldaduras a tope como en rincón, en construcción naval e industrias de recipientes a presión, estructuras metálicas, tubos y tanques de almacenaje.
2.3.5 EQUIPO PARA SOLDAR CON ARCO SUMERGIDO
En la figura 9 se observan los principales componentes del equipo de soldadura por arco sumergido. Como se observa en la figura el equipo es compacto y de fácil trasporte lo que añade una ventaja más a este proceso.
FIGURA 9. EQUIPO PARA SOLDAR CON ARCO SUMERGIDO.
FUENTE: WWW.GOOGLE.COM.MX/IMAGENES
2.4 PROCESOS DE SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO QUE USAN ELECTRODOS NO CONSUMIBLES
Todos los procesos AW analizados hasta aquí usan electrodos consumibles, existen procesos en los cuales se pueden utilizar electrodos no consumibles. A continuación se describen algunos de ellos.
2.4.1 SOLDADURA DE TUNGSTENO CON ARCO ELÉCTRICO Y GAS.
La soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas, STAEG (en inglés gas tungsten arc welding, GTAW), es un proceso que usa un electrodo de tungsteno no consumible y un gas inerte para proteger el arco eléctrico. Con frecuencia, este proceso se denomina soldadura de tungsteno con gas inerte (en inglés tungsten ínert gas welding, TIG welding); en Europa se le denomina wolframio con gas inerte (WIG welding). El proceso de GTAW puede realizarse con o sin un metal de relleno.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Cuando se usa un metal de aporte, éste se agrega al pozo de soldadura desde una varilla separada, la cual se funde mediante el calor del arco eléctrico. El tungsteno es un buen material para electrodo debido a su alto punto de fusión de 3410 °C. Los gases protectores que se usan normalmente incluyen argón, helio o una mezcla de ellos.
En la figura 10 se muestra de manera grafica el proceso de funcionamiento de este proceso.
FIGURA 10. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA TIG.
FUENTE: GOOGLE.COM.MX/IMAGENES
El sistema TIG es aplicable a casi todos los metales en un rango amplio de espesores. También se usa para unir diferentes combinaciones de metales distintos. La alta calidad obtenida se debe a que no hay salpicaduras de soldadura esto debido a que no se transfiere un metal de aporte a través del arco eléctrico y no se requiere limpieza o ésta es muy reducida porque no se usa fundente. La Soldadura TIG fue desarrollada inicialmente con el propósito de soldar metales anticorrosivos y otros metales difíciles de soldar, no obstante al pasar del tiempo, su aplicación se ha expandido incluyendo tanto soldaduras como revestimientos endurecedores (hardfacing) en prácticamente todos los metales usados comercialmente. En cualquier tipo de proceso de soldadura la mejor soldadura, que se puede obtener, es aquella donde la soldadura y el metal base comparten las mismas propiedades químicas, metalúrgicas y físicas, para lograr esas condiciones la soldadura fundida debe estar protegida de la atmósfera durante la operación de la soldadura, de otra forma, el oxigeno y nitrógeno de la atmósfera se combinarían, literalmente, con el metal fundido resultando en una soldadura débil y con porosidad. En la soldadura TIG la zona de soldadura es resguardada de la atmósfera por un gas inerte que es alimentado a través de la antorcha, Argon y Helio pueden ser usados con éxito en este proceso, el Argón es principalmente utilizado por su gran versatilidad en la aplicación exitosa de una gran variedad de metales, además de su alto rendimiento permitiendo soldaduras con un bajo flujo para ejecutar al proceso.
El Helio genera un arco mas caliente, permitiendo una elevación del voltaje en el arco del 50-60%. Este calor extra es útil especialmente cuando la soldadura es aplicada en secciones muy pesadas. La mezcla de estos dos gases es posible y se usa para aprovechar los beneficios de ambos, pero la selección del gas o mezcla de gases dependerá de los materiales a soldar. Dado que la atmósfera esta aislada 100% del área de soldadura y un control muy fino y preciso de la aplicación de calor, las soldaduras TIG, son más fuertes, más dúctiles y más resistentes a la corrosión que las soldaduras hechas con el proceso ordinario de arco manual (electrodo cubierto). Además del hecho de que no se necesita ningún fundente, hace a este tipo de soldaduras aplicable a una amplia gama de diferentes procedimientos de unión de metales. Es imposible que ocurra una corrosión debido a restos de fundente atrapados en la soldadura y los procedimientos de limpieza en la post-soldadura son eliminados, el proceso entero se ejecuta sin salpicaduras o chispas, la soldadura de fusión puede ser ejecutada en casi todos los metales usados industrialmente, incluyendo las aleaciones de Aluminio, Acero Inoxidable, aleaciones de Magnesio, Níquel y las aleaciones con base de Níquel, Cobre, Cobre-Silicón, Cobre-Níquel, Plata, Bronce fosfórico, las aleaciones de acero de alto carbón y bajo carbón, Hierro Colado (cast iron) y otros. El proceso también es ampliamente conocido por su versatilidad para soldar materiales no similares y aplicar capas de endurecimiento de diferentes materiales al acero. La fuente de poder para TIG puede ser AC o DC, sin embargo, algunas características sobresalientes obtenidas con cada tipo, hacen a cada tipo de corriente mejor adaptable para ciertas aplicaciones específicas.
2.4.2 SOLDADURA POR ARCO DE PLASMA
La soldadura por arco de plasma, SPA (en inglés Plasma Arc Welding, PAW), es una forma especial de la soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas en la cual se dirige un arco de plasma controlado al área de soldadura. En la PAW, se coloca un electrodo de tungsteno dentro de una boquilla especialmente diseñada, la cual concentra una corriente de gas inerte a alta velocidad (por ejemplo, argón o mezclas de argón e hidrógeno) dentro de la región del arco eléctrico, para formar una corriente de arco de plasma intensamente caliente a alta velocidad.
También se usan el argón, el argón-hidrógeno y el helio como gases protectores del arco eléctrico.
Las temperaturas en la soldadura de plasma de arco eléctrico son de 2800°C o mayores, y lo suficientemente altas para fundir cualquier metal conocido. La razón de estas altas temperaturas en PAW (mucho mayores que las de TIG) derivan de la estrechez del arco eléctrico. Aunque los niveles de energía normales usados en la soldadura de plasma de arco son menores que los usados en la soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas, la energía se concentra mucho para producir un chorro de plasma de un diámetro pequeño y una densidad de energía muy alta. En la figura 11 se demuestra el principio de funcionamiento.
FIGURA 11. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO DE PLASMA.
FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL
La soldadura de plasma de arco se introdujo alrededor de 1960, pero tardó en popularizarse. En años recientes se usa cada vez mas como sustituto de la TIG en aplicaciones tales como sub ensambles de automóviles, gabinetes metálicos, marcos para puertas y ventanas y aparatos para el hogar. Debido a las características especiales de la PAW, sus ventajas en estas aplicaciones incluyen una buena estabilidad de arco eléctrico, un control de penetración mejor que en la mayoría de los otros procesos de soldadura con arco eléctrico, altas velocidades de viaje y una excelente calidad de soldadura. El proceso se usa para soldar casi cualquier metal, incluyendo el tungsteno. Sin embargo, hay metales difíciles de soldar con la PAW, entre estos se incluyen el bronce, el hierro colado, el plomo y el magnesio. Otras limitaciones son el equipo costoso y un tamaño de soplete mas grande que para las otras operaciones de soldadura con arco eléctrico, lo cual tiende a limitar el acceso en algunas configuraciones de unión.
2.4.3 OTROS PROCESOS DE SOLDADURAS CON ARCO ELÉCTRICO Y RELACIONADOS
Los procesos anteriores de soldadura con arco eléctrico son los más importantes en el aspecto comercial. Deben mencionarse varios más, que son casos especiales o variantes de los principales procesos de AW (arc welding).
LA SOLDADURA CON ELECTRODO DE CARBONO (SEC)
En inglés Carbón Arc Welding, CAW, se define como un proceso de soldadura con arco eléctrico que utiliza un electrodo de carbono (grafito) no consumible. Su importancia histórica radica en que fue el primer proceso de soldadura con arco eléctrico en desarrollarse, pero su importancia comercial actual es prácticamente nula. El proceso con arco eléctrico de carbono se usa como una
fuente de calor para soldadura fuerte y para reparar coladores de acero. También se aplica algunas veces para depositar materiales resistentes al desgaste sobre superficies. Sin embargo, el tungsteno ha sustituido casi por completo a los electrodos de grafito (en la TIG y en la PÁW).
LA SOLDADURA DE ESPÁRRAGOS, (SE)
En inglés Stud Welding, SW, es un proceso especializado de soldadura con arco eléctrico para unir pernos o componentes similares a partes básicas. Las aplicaciones incluyen sujetadores roscados para fijar manijas en utensilios de cocina, aletas de radiación de calor en maquinaria y situaciones de ensamble similares. En operaciones de alta producción, la soldadura de espárragos generalmente tiene ventajas sobre los remaches, las uniones soldadas con arco eléctrico en forma manual y las aberturas taladradas y enroscadas. Para empezar el espárrago o tocón se sujeta en una pistola de soldadura especial que controla automáticamente los parámetros de tiempo y potencia de los pasos mostrados en la secuencia. El trabajador sólo debe colocar la pistola en la posición correcta en contra de la parte de trabajo base, a la cual se unirá el espárrago, y jalar del gatillo. En la figura 12 se ilustra el funcionamiento de este proceso de soldadura.
FIGURA 12. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA DE ESPÁRRAGOS.
FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL
2.5 SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura por resistencia, SR (en inglés Resistance Welding, RW), es un grupo de procesos de soldadura por fusión que utiliza una combinación de calor y presión para obtener una coalescencia, el calor se genera mediante una resistencia eléctrica dirigida hacia el flujo de corriente en la unión que se va a soldar.
Los componentes incluyen las partes de trabajo que se van a soldar (por lo general partes de lámina metálica), dos electrodos opuestos, un medio para aplicar presión destinado a apretar las partes entre los electrodos y un transformador de corriente alterna desde el cual se aplica una corriente controlada. La RW se clasifica como un proceso de soldadura por fusión porque el calor aplicado provoca la fusión de las superficies empalmantes. Sin embargo, hay excepciones. Algunas operaciones de soldadura basadas en el calentamiento de una resistencia usan temperaturas abajo del punto de fusión de los metales base, por lo que no ocurre una fusión
PROCESOS DE SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura de puntos por resistencia, SPR (en inglés Resístanse Spot Welding, RSW), es un proceso en el cual se obtiene la fusión en una posición de las superficies empalmantes de una unión superpuesta, mediante electrodos opuestos. El proceso se usa para unir partes de láminas metálicas con un grosor de 3 mm o menos, usando una serie de soldaduras de puntos en situaciones en donde no se requiere un ensamble hermético. El tamaño y la forma del punto de soldadura se determina por medio de la punta de electrodo, la forma de electrodo más común es redonda; pero también se usan formas hexagonales, cuadradas y otras. La pepita de soldadura resultante tiene normalmente un diámetro de 5 a 10 mm, con una zona afectada por el calor que se extiende un poco más allá de la pepita dentro de los metales base.
En la figura 13 se observa el funcionamiento en 5 pasos de la soldadura por resistencia. La secuencia es: (1) partes insertadas entre los electrodos abiertos, (2) los electrodos se cierran y se aplica una fuerza, (3) tiempo de soldadura (se activa la corriente), (4) se desactiva la corriente, pero se mantiene o se aumenta la fuerza (en ocasiones se aumenta una corriente reducida cerca del final de este paso para liberar la tensión en la región de la soldadura) y (5) se abren los electrodos y se remueve el ensamble soldado.
El la grafica contenida en la figura 13 se observa la relación de la fuerza de presión y la corriente durante el proceso.
FIGURA 13. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA DE PUNTOS.
FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL
La soldadura de puntos es por mucho el proceso predominante entre la soldadura por resistencia. Se usa ampliamente en la producción masiva de automóviles,
aparatos domésticos, muebles metálicos y otros productos hechos a partir de láminas metálicas. Si se considera que la carrocería de un automóvil normal tiene aproximadamente 10000 soldaduras de puntos individuales y que la producción anual de automóviles en todo el mundo se mide en decenas de millones de unidades, es posible apreciar la importancia económica de la soldadura de puntos.
Los materiales usados para los electrodos en la SPR consisten en dos grupos principales:
Aleaciones basadas en cobre. Los electrodos son usados de cobre, porque, comparado con la mayoría de los metales, el cobre tiene una resistencia eléctrica más baja y una conductividad térmica más alta, esto asegura que el calor será generado en la pieza de trabajo y no en los electrodos,
Compuestos de metales refractarios, tales como combinaciones de cobre y tungsteno. El segundo grupo tiene una mayor resistencia al desgaste. Igual que en la mayoría de los procesos de manufactura, las herramientas para la soldadura de puntos se desgastan gradualmente con el uso. Cuando, es posible llevarlo a cabo, los electrodos se diseñan con canales internos para enfriamiento con agua.
2.6 SOLDADURA CON OXIGENO Y GAS COMBUSTIBLE
La soldadura con oxígeno y gas combustible, SOGC (en inglés Oxyfuel Gas Welding, OFW); Los procesos de soldadura con oxígeno y gas combustible emplean varios tipos de gases, los cuales representan la principal diferencia entre los procesos de este grupo. El oxígeno y el gas combustible también se usan normalmente en sopletes de corte para separar placas metálicas y otras partes. El proceso más importante de soldadura con oxígeno y gas combustible es la soldadura con oxiacetileno.
2.6.1 SOLDADURA CON OXIACETILENO
La soldadura con oxiacetileno, OAW (en inglés Oxyacetylene Welding, OAW), es un proceso de soldadura por fusión realizado mediante una flama de alta temperatura a partir de la combustión del acetileno y el oxígeno. La flama se dirige mediante un soplete de soldadura. En ocasiones se agrega un metal de aporte. Cuando se usa metal de aporte, normalmente está en forma de varillas de 90 cm de longitud con diámetros que van desde 1.6 mm hasta 9.5 mm. La composición del aporte debe ser similar a la de los metales base. Con frecuencia se recubre el aporte con un fundente, lo cual ayuda a limpiar las superficies, evita la oxidación y se produce una mejor unión soldada.
El acetileno (C2H2) es el combustible más popular entre el grupo de OFW porque soporta temperaturas más altas que cualquiera de los otros, hasta de 3480º C. La flama en la soldadura con oxiacetileno se produce mediante la reacción química del acetileno y el oxígeno en dos etapas. En la figura 14 se observa el funcionamiento de este proceso.
FIGURA 14. FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO DE SOLDADURA CON OXIACETILENO.
FUENTE: FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. MIKELL P. GROOVER PRENTICE HALL
2.7 TECNOLOGÍA DEL ACERO
Ya que la soldadura va ligada directamente a los aceros y metales ferrosos es necesario tener claras las tecnologías que nos llevan a la obtención y fabricación de los metales así como las aleaciones existentes en el mercado.
Ahora veamos la tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en especial las que contienen un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los diferentes tipos de acero. A veces, las diferencias entre las distintas clases de hierro y acero resultan confusas por la nomenclatura empleada.
En general, el acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse otros elementos. Algunas aleaciones denominadas ‘hierros’ contienen más carbono que algunos aceros comerciales. El hierro de crisol abierto y el hierro forjado contienen un porcentaje de carbono de sólo unas centésimas. Los distintos tipos de acero contienen entre el 0,04 y el 2,25% de carbono. El hierro colado, el hierro colado maleable y el arrabio contienen entre un 2 y un 4% de carbono. Hay una forma especial de hierro maleable que no contiene casi carbono alguno. Para fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de hierro denominadas ferró aleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del elemento de aleación, que puede ser manganeso, silicio o cromo.
2.7.1 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
ACEROS AL CARBONO
Más del 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1.65% de manganeso, el 0.60% de silicio y el 0.60% de cobre. Entre los productos fabricados figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.
ACEROS ALEADOS
Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.
ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRA RESISTENTES
Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.
ACEROS INOXIDABLES
Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas,
para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.
ACEROS PARA HERRAMIENTAS
Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación. Contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleación, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad.
2.7.2 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN LAS NORMAS MUNDIALES
En cada país existe una norma que define a los distintos tipos de aceros. Los aceros que se obtienen por los porcentajes de carbono y sus aleaciones con elementos como el cromo, níquel, molibdeno, vanadio, etc., ha provocado la clasificación mediante nomenclaturas especiales, que difieren según la norma o casa que los produce para facilitar su conocimiento y designación. Por ejemplo la ASTM, DIN, BS, NF AENOR, SAE etc. A continuación se describen algunas de ellas.
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA NORMA UNE 36010
Esta es una norma de origen español que permite la clasificación de los aceros para que sea posible conocer las propiedades de los mismos. Esta Norma indica la cantidad mínima o máxima de cada componente y las propiedades mecánicas que tiene el acero resultante.
