soldadura

49 

Texto completo

(1)

10.

10. SoldadurSoldaduraa

Publicado el 23 julio, 2012

Publicado el 23 julio, 2012 por estudiantesmetalografpor estudiantesmetalografiaia

 10. SOLDADURA 

 10. SOLDADURA 

INDICE INDICE 10.1. 10.1. La La soldadurasoldadura 10.2.

10.2. Historia Historia de de la la soldadurasoldadura 10.3.

10.3. FundenFundentes tes para para la la soldadurasoldadura 10.4.

10.4. Elementos Elementos para para la la soldadurasoldadura 10.5. Soldabilidad

10.5. Soldabilidad

10.6.

10.6. EnsayoEnsayos s de de soldabilidadsoldabilidad 10.7.

10.7. Posiciones Posiciones en en soldadurasoldadura 10.8.

10.8. Tipos Tipos de de soldadurasoldadura 10.8.1.

10.8.1. Soldadura Soldadura (MIG/MAG)(MIG/MAG) 10.8.2.

10.8.2. Soldadura Soldadura TIGTIG 10.8.3.

10.8.3. Soldadura Soldadura por por arco arco plasmaplasma 10.8.4.

10.8.4. Soldadura Soldadura por por arcoarco 10.8.5.

10.8.5. Soldadura Soldadura por por arco arco manual manual con con electrodo electrodo revestidorevestido 10.8.6.

10.8.6. Soldadura Soldadura por por electrodo electrodo no no consumibleconsumible 10.8.7.

10.8.7. Soldadura Soldadura por por electrodo electrodo consumible consumible protegidoprotegido 10.8.8.

10.8.8. Soldadura Soldadura por por arco arco sumergidosumergido 10.8.9.

10.8.9. Soldadura Soldadura por por electro-gaselectro-gas 10.8.10.

10.8.10. Soldadura Soldadura a a gasgas 10.8.11.

10.8.11. Soldadura Soldadura oxciacetioxciacetilenicalenica 10.8.12.

10.8.12. Soldadura Soldadura por por resistenciaresistencia 10.8.12.1.

10.8.12.1. Soldadura Soldadura por por puntopunto 10.8.12.2.

10.8.12.2. Soldadura Soldadura por por roldanasroldanas 10.8.12.3.

10.8.12.3. Soldadura Soldadura a a topetope 10.8.12.4.

10.8.12.4. Soldadura Soldadura a a tope tope simplesimple 10.8.12.5.

10.8.12.5. Soldadura Soldadura por por centello centello directodirecto 10.8.13.

10.8.13. Soldadura Soldadura por por rayos rayos laserlaser 10.8.14.

10.8.14. Soldadura Soldadura con con rayo rayo de de electroneselectrones 10.8.15.

10.8.15. Soldadura Soldadura de de ultrasonidoultrasonido 10.8.16.

10.8.16. Soldadura Soldadura explosivaexplosiva 10.8.17.

10.8.17. Soldadura Soldadura a a friofrio 10.8.18.

10.8.18. Soldadura Soldadura por por fricciónfricción 10.8.19.

10.8.19. Soldadura Soldadura por por fricción fricción agitaagitaciónción 10.8.20.

10.8.20. Soldadura Soldadura por por difusióndifusión 10.9. Tipos de

10.9. Tipos de ensayoensayos para s para la soldadurala soldadura 10.9.1. Ensayos no destructivos 10.9.1. Ensayos no destructivos 10.9.2. Ensayos destructivos 10.9.2. Ensayos destructivos 10.10.

10.10. Seguridad Seguridad en en soldadurasoldadura

METALOGRAFÍA – UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA METALOGRAFÍA – UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA  Metalografí

(2)

10.1 La soldadura. 10.1 La soldadura.

Soldar es el proceso de unir o juntar metales, ya sea que se calientan las piezas de metal hasta que se fundan y  Soldar es el proceso de unir o juntar metales, ya sea que se calientan las piezas de metal hasta que se fundan y  se unan entre sí o que se calienten a una temperatura inferior a su punto de fusión y se unan o liguen con un se unan entre sí o que se calienten a una temperatura inferior a su punto de fusión y se unan o liguen con un metal fundido c

metal fundido como relleno.omo relleno.

Otro método es calentarlas hasta que se ablanden lo suficiente para poder unirlas con un martillo a presión. Otro método es calentarlas hasta que se ablanden lo suficiente para poder unirlas con un martillo a presión. 10. 2. HISTORIA DE LA SOLDADURA.

10. 2. HISTORIA DE LA SOLDADURA.

Es difícil obtener una relación exacta del perfeccionamiento de la soldadura y de las personas que Es difícil obtener una relación exacta del perfeccionamiento de la soldadura y de las personas que participaron, porque se estaban efectuando muchos experimentos y técnicas de soldadura en diferentes países participaron, porque se estaban efectuando muchos experimentos y técnicas de soldadura en diferentes países  y al mismo tiemp

 y al mismo tiempo.o.  Aunque el traba

 Aunque el trabajo de los metajo de los metales y la unión de los mismos datles y la unión de los mismos datan de hace an de hace siglos, tal parece siglos, tal parece que la soldadura, tque la soldadura, talal c

como laomo la c conoonocemos en la actualidad, hizo su aportación alrededor del año 1900.cemos en la actualidad, hizo su aportación alrededor del año 1900.

La historia de la soldadura no estaría completa sin mencionar las contribuciones realizadas por los antiguos La historia de la soldadura no estaría completa sin mencionar las contribuciones realizadas por los antiguos metalúrgicos.

metalúrgicos.

En el tiempo del Imperio Romano ya se habían desarrollado algunos procesos, los principales eran soldering En el tiempo del Imperio Romano ya se habían desarrollado algunos procesos, los principales eran soldering  brazing y la forja.

 brazing y la forja.

10.3. FUNDENTES PARA LA SOLDADURA. 10.3. FUNDENTES PARA LA SOLDADURA. 10.3.1. Tipos y usos de fundentes:

10.3.1. Tipos y usos de fundentes: Clasificación según sus efectos

Clasificación según sus efectos operacionales:operacionales: Los fund

Los fundentes también entes también se clasifican según su efecto se clasifican según su efecto en los resulen los resultados finales de la operactados finales de la operación de soldadura,ión de soldadura, existen dos cat

existen dos categorías en este sentido y son los Actiegorías en este sentido y son los Activos y los Neutros:vos y los Neutros:  Activos:

 Activos:Los fundentes activos son aquellos que causan un cambio sustancial en la composición química finalLos fundentes activos son aquellos que causan un cambio sustancial en la composición química final del metal de soldadura cuando el voltaje de soldadura (y por consiguiente la cantidad de Fundente) es del metal de soldadura cuando el voltaje de soldadura (y por consiguiente la cantidad de Fundente) es cambiado. Los fundentes fundidos generalmente aportan grandes cantidades de Magnesio y Silicio al material cambiado. Los fundentes fundidos generalmente aportan grandes cantidades de Magnesio y Silicio al material de aporte, incrementando la resistencia, pero cuando se usa fundente activo para hacer soldaduras de de aporte, incrementando la resistencia, pero cuando se usa fundente activo para hacer soldaduras de multifases, puede ocurrir una excesiva acumulación de estos componentes resultando en una soldadura muy  multifases, puede ocurrir una excesiva acumulación de estos componentes resultando en una soldadura muy   vulne

 vulnerable a rable a las grietas las grietas y las fracty las fracturas, los fundentes activos deben ser usados limiuras, los fundentes activos deben ser usados limitadamente tadamente en las soldadurasen las soldaduras con pasos múltiples, especialmente sobre oxido y escamas metálicas, un cuidado especial en la regulación del con pasos múltiples, especialmente sobre oxido y escamas metálicas, un cuidado especial en la regulación del  voltaje

 voltaje es es recomendado recomendado cuando cuando se se usa usa este este tipo tipo de de fundentes fundentes en en el el procedimiento procedimiento de de soldadura soldadura con con pasospasos múltiples para evitar la saturación de Magnesio y Silicio, en líneas generales, no es recomendado el uso de múltiples para evitar la saturación de Magnesio y Silicio, en líneas generales, no es recomendado el uso de fundentes activos en soldaduras de pasos múltiples en laminas de un diámetro superior a los 25 Mm. (1″). fundentes activos en soldaduras de pasos múltiples en laminas de un diámetro superior a los 25 Mm. (1″). Neutros:

Neutros: Como su clasificación misma lo dice este tipo de fundentes no causan cambios significativos en laComo su clasificación misma lo dice este tipo de fundentes no causan cambios significativos en la composición química

composición química del metal de del metal de aporte, ni siquiera con vaporte, ni siquiera con variaciariaciones ones de vode voltaje.ltaje.

Los fundentes neutros no afectan la fuerza de la soldadura indiferentemente al voltaje o numero de pases de Los fundentes neutros no afectan la fuerza de la soldadura indiferentemente al voltaje o numero de pases de soldadura que se apliquen. Como regla

soldadura que se apliquen. Como regla general, los fundengeneral, los fundentes neutros deben ser parttes neutros deben ser parte de las especificae de las especificaciones deciones de las soldaduras con pases múlti

las soldaduras con pases múltiples.ples. El fundente:

El fundente: Entre las principales funciones del fundente para la soldadura de arco sumergido podríamosEntre las principales funciones del fundente para la soldadura de arco sumergido podríamos enumerar las siguientes:

(3)

10.1 La soldadura. 10.1 La soldadura.

Soldar es el proceso de unir o juntar metales, ya sea que se calientan las piezas de metal hasta que se fundan y  Soldar es el proceso de unir o juntar metales, ya sea que se calientan las piezas de metal hasta que se fundan y  se unan entre sí o que se calienten a una temperatura inferior a su punto de fusión y se unan o liguen con un se unan entre sí o que se calienten a una temperatura inferior a su punto de fusión y se unan o liguen con un metal fundido c

metal fundido como relleno.omo relleno.

Otro método es calentarlas hasta que se ablanden lo suficiente para poder unirlas con un martillo a presión. Otro método es calentarlas hasta que se ablanden lo suficiente para poder unirlas con un martillo a presión. 10. 2. HISTORIA DE LA SOLDADURA.

10. 2. HISTORIA DE LA SOLDADURA.

Es difícil obtener una relación exacta del perfeccionamiento de la soldadura y de las personas que Es difícil obtener una relación exacta del perfeccionamiento de la soldadura y de las personas que participaron, porque se estaban efectuando muchos experimentos y técnicas de soldadura en diferentes países participaron, porque se estaban efectuando muchos experimentos y técnicas de soldadura en diferentes países  y al mismo tiemp

 y al mismo tiempo.o.  Aunque el traba

 Aunque el trabajo de los metajo de los metales y la unión de los mismos datles y la unión de los mismos datan de hace an de hace siglos, tal parece siglos, tal parece que la soldadura, tque la soldadura, talal c

como laomo la c conoonocemos en la actualidad, hizo su aportación alrededor del año 1900.cemos en la actualidad, hizo su aportación alrededor del año 1900.

La historia de la soldadura no estaría completa sin mencionar las contribuciones realizadas por los antiguos La historia de la soldadura no estaría completa sin mencionar las contribuciones realizadas por los antiguos metalúrgicos.

metalúrgicos.

En el tiempo del Imperio Romano ya se habían desarrollado algunos procesos, los principales eran soldering En el tiempo del Imperio Romano ya se habían desarrollado algunos procesos, los principales eran soldering  brazing y la forja.

 brazing y la forja.

10.3. FUNDENTES PARA LA SOLDADURA. 10.3. FUNDENTES PARA LA SOLDADURA. 10.3.1. Tipos y usos de fundentes:

10.3.1. Tipos y usos de fundentes: Clasificación según sus efectos

Clasificación según sus efectos operacionales:operacionales: Los fund

Los fundentes también entes también se clasifican según su efecto se clasifican según su efecto en los resulen los resultados finales de la operactados finales de la operación de soldadura,ión de soldadura, existen dos cat

existen dos categorías en este sentido y son los Actiegorías en este sentido y son los Activos y los Neutros:vos y los Neutros:  Activos:

 Activos:Los fundentes activos son aquellos que causan un cambio sustancial en la composición química finalLos fundentes activos son aquellos que causan un cambio sustancial en la composición química final del metal de soldadura cuando el voltaje de soldadura (y por consiguiente la cantidad de Fundente) es del metal de soldadura cuando el voltaje de soldadura (y por consiguiente la cantidad de Fundente) es cambiado. Los fundentes fundidos generalmente aportan grandes cantidades de Magnesio y Silicio al material cambiado. Los fundentes fundidos generalmente aportan grandes cantidades de Magnesio y Silicio al material de aporte, incrementando la resistencia, pero cuando se usa fundente activo para hacer soldaduras de de aporte, incrementando la resistencia, pero cuando se usa fundente activo para hacer soldaduras de multifases, puede ocurrir una excesiva acumulación de estos componentes resultando en una soldadura muy  multifases, puede ocurrir una excesiva acumulación de estos componentes resultando en una soldadura muy   vulne

 vulnerable a rable a las grietas las grietas y las fracty las fracturas, los fundentes activos deben ser usados limiuras, los fundentes activos deben ser usados limitadamente tadamente en las soldadurasen las soldaduras con pasos múltiples, especialmente sobre oxido y escamas metálicas, un cuidado especial en la regulación del con pasos múltiples, especialmente sobre oxido y escamas metálicas, un cuidado especial en la regulación del  voltaje

 voltaje es es recomendado recomendado cuando cuando se se usa usa este este tipo tipo de de fundentes fundentes en en el el procedimiento procedimiento de de soldadura soldadura con con pasospasos múltiples para evitar la saturación de Magnesio y Silicio, en líneas generales, no es recomendado el uso de múltiples para evitar la saturación de Magnesio y Silicio, en líneas generales, no es recomendado el uso de fundentes activos en soldaduras de pasos múltiples en laminas de un diámetro superior a los 25 Mm. (1″). fundentes activos en soldaduras de pasos múltiples en laminas de un diámetro superior a los 25 Mm. (1″). Neutros:

Neutros: Como su clasificación misma lo dice este tipo de fundentes no causan cambios significativos en laComo su clasificación misma lo dice este tipo de fundentes no causan cambios significativos en la composición química

composición química del metal de del metal de aporte, ni siquiera con vaporte, ni siquiera con variaciariaciones ones de vode voltaje.ltaje.

Los fundentes neutros no afectan la fuerza de la soldadura indiferentemente al voltaje o numero de pases de Los fundentes neutros no afectan la fuerza de la soldadura indiferentemente al voltaje o numero de pases de soldadura que se apliquen. Como regla

soldadura que se apliquen. Como regla general, los fundengeneral, los fundentes neutros deben ser parttes neutros deben ser parte de las especificae de las especificaciones deciones de las soldaduras con pases múlti

las soldaduras con pases múltiples.ples. El fundente:

El fundente: Entre las principales funciones del fundente para la soldadura de arco sumergido podríamosEntre las principales funciones del fundente para la soldadura de arco sumergido podríamos enumerar las siguientes:

(4)

Protege la soldadura fundida de la interacción con la atmósfera. Protege la soldadura fundida de la interacción con la atmósfera. - Limpia y desoxida la soldadura fundida

- Limpia y desoxida la soldadura fundida

-Ayuda a controlar las propiedades químicas y mecánicas del metal de aporte en la soldadura. -Ayuda a controlar las propiedades químicas y mecánicas del metal de aporte en la soldadura. - Existen dos métodos imp

- Existen dos métodos importantes para ortantes para elaborar los fundentes, Granulados y funelaborar los fundentes, Granulados y fundido.dido. Uso de los fundentes:

Uso de los fundentes:

El uso de estos es para fundir diferentes metales, entre ellos el plomo, el cobre, es muy utilizado en los sistemas El uso de estos es para fundir diferentes metales, entre ellos el plomo, el cobre, es muy utilizado en los sistemas de soldaduras, El éxito de la soldadura depende en gran parte del fundente. El mismo evita la oxidación de soldaduras, El éxito de la soldadura depende en gran parte del fundente. El mismo evita la oxidación durante el proceso de sol

durante el proceso de soldadura, reduce los óxidos ya formados dadura, reduce los óxidos ya formados y disminuye la tensión y disminuye la tensión superficial del materialsuperficial del material de aporte.

de aporte.

TABLA DE MATERIALES UTILIZADOS COMO COMPONENTES DE LOS FUNDENTES: TABLA DE MATERIALES UTILIZADOS COMO COMPONENTES DE LOS FUNDENTES:

N NOOMMBBRREE FFOORRMMUULLAA NNOOMMBBRREE FFOORRMMUULLA  A   C Caallcciittaa CCaaCCOO33 HHiieerrrroo  Fe Fe C Coorrddiinnddóónn AAll22OO33 ÓÓxxiiddo o ccáállcciiccoo CaOCaO C Crriioolliittaa NNaa33AAllFF66 MMaaggnneessiittaa MMggCCOO33 D Doolloommiittaa CCaaMMgg((CCOO33))22 PPeerriiccllaassaa  MgO MgO F Feerroossiilliicciioo FFeeSSii22 CCuuaarrzzoo SSiiOO22 F Flluuoorriittaa CCaaFF22 RRhhooddeenniittaa MMnnSSiiOO33 H Haauussmmaanniittaa MMnn33OO44

Hay diferentes tipos de fundente cada uno para la diferente clase de soldadura Hay diferentes tipos de fundente cada uno para la diferente clase de soldadura Fundente líquido para la soldadura blanda a:

Fundente líquido para la soldadura blanda a: Base de cloruro de Zinc.

Base de cloruro de Zinc. Fundente

Fundente en pasta para la en pasta para la soldadura:soldadura: Blanda a base de cloruro de Zinc. Blanda a base de cloruro de Zinc.

10.4. ELEMENTOS PARA LA SOLDADURA: 10.4. ELEMENTOS PARA LA SOLDADURA: -Soplete:

-Soplete:Es un aparato tubular en el que se inyecta por uno de sus extremos una mezcla de oxígeno y un gasEs un aparato tubular en el que se inyecta por uno de sus extremos una mezcla de oxígeno y un gas combustible, acetileno, hidrógeno, etc., que al salir por la boquilla del extremo opuesto produce una llama de combustible, acetileno, hidrógeno, etc., que al salir por la boquilla del extremo opuesto produce una llama de alto potencial calórico, utilizada para soldar o cortar metales. El operario que maneja el soplete lleva la cara y  alto potencial calórico, utilizada para soldar o cortar metales. El operario que maneja el soplete lleva la cara y  las manos protegidas.

las manos protegidas. Su uso:

Su uso: Es utilizado con regularidad en este oficio para soldar y calentar piezas, aunque también es requeridoEs utilizado con regularidad en este oficio para soldar y calentar piezas, aunque también es requerido a la hora de cortar.

a la hora de cortar. Su función:

Su función: La función de un soplete es mezclar y controlar el flujo de gases necesarios para producir unaLa función de un soplete es mezclar y controlar el flujo de gases necesarios para producir una llama Oxigas. Un soplete consiste de un cuerpo con dos válvulas de entrada, un mezclador, y una boquilla de llama Oxigas. Un soplete consiste de un cuerpo con dos válvulas de entrada, un mezclador, y una boquilla de salida. Mejorando la versatilidad puede disponer de un equipo de soldadura, y corte solo con el cambio de salida. Mejorando la versatilidad puede disponer de un equipo de soldadura, y corte solo con el cambio de

(5)

algunos elementos sobre un rango común. algunos elementos sobre un rango común.

También el soplete tiene la función de dosificar los gases, mezclarlos y dar a la llama una forma adecuada para También el soplete tiene la función de dosificar los gases, mezclarlos y dar a la llama una forma adecuada para soldar.

soldar.

Tipos de sopletes: Tipos de sopletes:

 Soplete de Soldadura: Estos se clasifican, en dos tipos, conforme a la forma de mezcla de los gases.  Soplete de Soldadura: Estos se clasifican, en dos tipos, conforme a la forma de mezcla de los gases.

Soplete tipo mezclador Soplete tipo mezclador Soplete tipo inyector Soplete tipo inyector -Soplete mezclador:

-Soplete mezclador:Este tipo también llamado de presión media, requiere que los gases sean suministradosEste tipo también llamado de presión media, requiere que los gases sean suministrados a presiones, generalmente superiores a 1 psi (0.07 kg/cm2). En el caso del acetileno, la presión a emplear, a presiones, generalmente superiores a 1 psi (0.07 kg/cm2). En el caso del acetileno, la presión a emplear, queda restringida entre 1 a 5 psi (0.07 a 1.05 kg/cm2) por razones de seguridad. El oxígeno, generalmente, se queda restringida entre 1 a 5 psi (0.07 a 1.05 kg/cm2) por razones de seguridad. El oxígeno, generalmente, se emplea a la misma presión pre ajustada para el combustible.

emplea a la misma presión pre ajustada para el combustible. -Soplete tipo inyector:

-Soplete tipo inyector: Este tipo de soplete trabaja a una presión muy baja de Acetileno, inferior en algunosEste tipo de soplete trabaja a una presión muy baja de Acetileno, inferior en algunos casos a 1 psi (0.07 kg/cm2). Sin embargo, el oxígeno des suministrado en un rango de presión desde 10 a 40 casos a 1 psi (0.07 kg/cm2). Sin embargo, el oxígeno des suministrado en un rango de presión desde 10 a 40 psi (0.7 a 2.8 kg/cm2), aumentándose necesariamente en la medida que el tamaño de la boquilla sea mayor. psi (0.7 a 2.8 kg/cm2), aumentándose necesariamente en la medida que el tamaño de la boquilla sea mayor. Su funcionamiento se basa en que el oxigeno aspira el acetileno y lo mezcla, antes de que ambos gases pasen a Su funcionamiento se basa en que el oxigeno aspira el acetileno y lo mezcla, antes de que ambos gases pasen a la boquilla.

la boquilla. [1][1]

10.5. SOLDABILIDAD 10.5. SOLDABILIDAD

La soldabilidad puede definirse como la mayor o menor facilidad que presenta un metal para ser soldado; La soldabilidad puede definirse como la mayor o menor facilidad que presenta un metal para ser soldado; permitiendo la obtención de soldaduras sanas, homogéneas, que respondan a las necesidades para las que permitiendo la obtención de soldaduras sanas, homogéneas, que respondan a las necesidades para las que fueron realizadas, incluyend

fueron realizadas, incluyendo los requisitos de fabrio los requisitos de fabricación.cación.

Por su parte la definición establecida por el Instituto Internacional de Soldadura (International Institute of  Por su parte la definición establecida por el Instituto Internacional de Soldadura (International Institute of   Welding,

 Welding, IIW) dice IIW) dice que: que: “un m“un material aterial metálico metálico es ces considerado soldable, en onsiderado soldable, en un gun grado rado dado, pdado, para ara un pun proceso y roceso y  para una aplicación específica, cuando una continuidad metálica puede ser obtenida mediante el uso de un para una aplicación específica, cuando una continuidad metálica puede ser obtenida mediante el uso de un proceso adecuado, tal que la junta cumpla completamente con los requerimientos especificados tanto en las proceso adecuado, tal que la junta cumpla completamente con los requerimientos especificados tanto en las propiedades locales como en su influencia en la construcción de la cuál forma parte”.

propiedades locales como en su influencia en la construcción de la cuál forma parte”.

En el caso particular de la soldadura de aceros también la soldabilidad puede ser definida, simplemente, como En el caso particular de la soldadura de aceros también la soldabilidad puede ser definida, simplemente, como la mayor o menor facilidad que presentan los aceros para ser unidos mediante soldadura. De esta forma la mayor o menor facilidad que presentan los aceros para ser unidos mediante soldadura. De esta forma podemos decir que la soldadabilidad de un acero depende en gran medida de su composición química, tanto podemos decir que la soldadabilidad de un acero depende en gran medida de su composición química, tanto por el contenido de carbono como de otros elementos de composición que actúan de manera análoga. Cuanto por el contenido de carbono como de otros elementos de composición que actúan de manera análoga. Cuanto mayor sea el porcentaje en peso de carbono y otros elementos de composición mayor será la tendencia al mayor sea el porcentaje en peso de carbono y otros elementos de composición mayor será la tendencia al aumento de templabilidad del acero y consecuentemente menor su soldabilidad. La templabilidad indica la aumento de templabilidad del acero y consecuentemente menor su soldabilidad. La templabilidad indica la tendencia a la formación de microestructuras de temple, martensíta, cuya susceptibilidad a la fisuración bajo tendencia a la formación de microestructuras de temple, martensíta, cuya susceptibilidad a la fisuración bajo determinadas condiciones de soldadura es muy importante. En los aceros las características de temple se determinadas condiciones de soldadura es muy importante. En los aceros las características de temple se evalúan a través de las curvas denominadas temperatura- tiempo- transformación (TTT) [1,7], figura 4, que evalúan a través de las curvas denominadas temperatura- tiempo- transformación (TTT) [1,7], figura 4, que permiten medir la proporción de la transformación a temperatura constante (curvas isotérmicas).

(6)

image6

En soldadura para evaluar las transformaciones del acero, en relación con las características de soldabilidad que posea, se aplican curvas de enfriamiento continuo (CCT) [9], figura 5. Dichas curvas miden la proporción de la transformación en función del tiempo para una disminución continua de la temperatura. En las técnicas de tratamientos térmicos las curvas CCT son normalmente utilizadas para analizar las transformaciones en el acero que permitan establecer un camino para relacionar proceso con microestructura y propiedades mecánicas resultantes. Considerando que en las uniones soldadas se produce un proceso de enfriamiento relativamente rápido y continuo, de forma similar al tratamiento térmico del acero por aplicación de un medio de enfriamiento(agua, aceite, aire, sales, etc), se puede extender la aplicación de las curvas CCT para evaluar, en determinadas condiciones de soldadura y composición química del acero, la aparición de microestructuras con fases frágiles (martensita) o las denominadas zonas locales frágiles (ZLF o LBZ en nomenclatura inglesa) [10-11].

image7

Una forma práctica de evaluar la soldabilidad es por medio de un parámetro denominado carbono equivalente(CE), el cual se expresa en un número dado como % de peso, que vincula al carbono y otras elementos de aleación que inducen la templabilidad del acero. Se han desarrollado una gran cantidad de fórmulas de CE [12], pero las más utilizadas o tomadas como referencias son las siguientes:

image3

Cuanto mayor sea el valor del CE (%) menor será la soldabilidad del acero y deberán tomarse medidas de precaución para la soldadura de manera de evitar el riesgo a la aparición de fisuras. Con valores de CE (%), según la fórmula del IIW menores que 0,30 tendríamos una muy buena soldabilidad del acero para diferentes  y variadas condiciones de soldadura.

La definición de soldabilidad en aceros se encuentra íntimamente asociada con la integridad estructural de la unión soldada de un material en relación con el riesgo a fisuración en frío asistida por hidrógeno. Este tipo de

(7)

fisura implica la interacción de numerosas variables tales como: proceso de soldadura, materiales de aporte y   base, nivel de hidrógeno, tensiones, velocidades de enfriamiento y temperat ura.

Una forma de visualizar este problema es utilizando el denominado Diagrama de Graville [13]. El mismo permite una clasificación de los aceros en base a su soldabilidad asociada a problemas de fisuración en frío, en función del porcentaje de carbono y de elementos de aleación medidos a través del carbono equivalente del IIW. El diagrama agrupa a los aceros de acuerdo al tipo de curva de templabilidad (Ensayo de Jominy). La figura 6 muestra el diagrama de Graville en el cual se distinguen tres zonas: I; II y III. En la zona I los aceros tienen bajo carbono, consecuentemente aún bajo las condiciones más exigidas que puedan generarse durante la soldadura (elevado nivel de hidrógeno y alta restricción) no son muy susceptibles a fisuración. En la Zona II los aceros tienen altos contenidos de carbono y bajos elementos de aleación. Las curvas de templabilidad indican un amplio rango de durezas, con lo cual para evitar microestructuras sensibles a la fisuración deberá considerarse una disminución de la velocidad de enfriamiento de la ZAC, a través de un control en el aporte térmico y empleo de precalentamiento al conjunto soldado. En la zona III los aceros poseen elevado carbono y  elementos de aleación, lo que les confiere un alto endurecimiento, por lo que la soldadura produciría microestructuras susceptibles a fisuración bajo cualquier condición. Por lo tanto, para evitar la fisuración en frío asistida por hidrógeno en los aceros ubicados en la zona III deberían emplearse procesos de soldadura y  consumibles de bajo hidrógeno, precalentamiento y eventualmente tratamientos térmicos post-soldadura. 10.6. ENSAYOS DE SOLDABILIDAD

El fenómeno de fisuración en frío es de tal importancia práctica que se han desarrollado numerosos ensayos para estudiar la susceptibilidad de un material a la misma, permitiendo establecer una temperatura de precalentamiento adecuada que garantice una soldadura libre de fisuras [7, 8, 13, 15]. Es por ello que puede recurrirse a un análisis experimental mediante ensayos de soldabilidad a fin de establecer la temperatura de precalentamiento y el aporte térmico más adecuados para evitar la aparición de fisuras y de esta forma asegurar la integridad estructural de la unión soldada. Se han desarrollado diversos ensayos que permiten evaluar la soldabilidad y particularmente el riesgo a la fisuración en frío entre los que podemos mencionar:

 Lehigh Tekken o JIS   Slot  WIC  CTS  TWI  G-BOP  Cruciforme  Ranura circular

Los ensayos en todos los casos consisten en realizar soldaduras con las características, materiales y variables del proceso que se está analizando, pero bajo condiciones extremas de restricción física y térmica, que hacen propicia la aparición de fisuras y otros defectos.

(8)

image9

Normalmente se utilizan varias probetas que serán ensayadas a diferentes temperaturas de precalentamiento para determinar cual será el valor mínimo de la misma que verifique la no aparición de fisuras tanto para la ZAC como para el metal de soldadura. En la figura 7 (a) podemos observar un esquema del ensayo CTS donde se trabaja con un ángulo de 45° y bajo la restricción mecánica de un tornillo central y dos soldaduras laterales, previo a aplicar la soldadura de ensayo. Esta configuración impide la libre dilatación generando tensiones, que en caso de no ser óptimas las condiciones de soldabilidad, provocarán fisuras que luego serán detectadas mediante métodos visuales o ensayos no destructivos. Por su parte la figura 7 (b) muestra un ensayo similar pero con la placa en posición vertical y parcialmente sumergida en un baño de agua, agregando condiciones térmicas desfavorables.

La figura 8 muestra la probeta para ensayo Tekken [19] donde la junta con bisel en Y inclinada provee una importante restricción; una vez aplicada la soldadura de ensayo se observa la presencia de fisuras por medio de ensayos no destructivos y exámenes metalográficos.

image10

(9)

10.8. TIPOS DE SOLDADURA:

10.8.1. Soldadura (MIG/MAG ó GMAW).

Este procedimiento, conocido también como soldadura MIG/MAG, consiste en mantener un arco entre un electrodo de hilo sólido continuo y la pieza a soldar. Tanto el arco como el baño de soldadura se protegen mediante un gas que puede ser activo o inerte. El procedimiento es adecuado para unir la mayoría de materiales, disponiéndose de una amplia variedad de metales de aportación.

(10)

La soldadura por arco bajo gas protector con electrodo consumible es un proceso en el que el Arco se establece entre un electrodo de hilo continuo y la pieza a soldar, estando protegido de la atmósfera circundante por un gas inerte (proceso MIG) o por un gas activo (proceso MAG).

En la siguiente figura se indican los elementos más importantes que intervienen en el proceso: El proceso puede ser:

Fig. 1. Soldadura MIG. [2]

SEMIAUTOMÁTICO: La tensión de arco, la velocidad de alimentación del hilo, la intensidad de soldadura y  el caudal de gas se regulan previamente. El avance de la antorcha de soldadura se realiza manualmente.

 AUTOMÁTICO: Todos los parámetros, incluso la velocidad de soldadura, se regulan previamente, y su aplicación en el proceso es de forma automática.

ROBOTIZADO: Todos los parámetros de soldeo, así como las coordenadas de localización de la junta a soldar, se programan mediante una unidad específica para este fin. La soldadura la efectúa un robot al ejecutar esta programación.

Este tipo de soldadura se utiliza principalmente para soldar aceros de bajo y medio contenido de carbono, así como para soldar acero inoxidable, aluminio y otros metales no férricos y tratamientos de recargue.

(11)

Fig.2. Proceso: 1. Dirección de la soldadura 2. Tubo de contacto 3. Hilo 4. Gas protector 5. Soldadura 6 y 7. Piezas a unir. [3]

 Ventajas de soldadura MIG/MAG:

Las principales ventajas que ofrece el proceso MIG/MAG son: Se puede soldar en todas las posiciones

 Ausencia de escoria para retirar

Buena apariencia o acabado (pocos salpicados) Poca formación de gases contaminantes y tóxicos Soldadura de buena calidad radiográfica

Soladura de espesores desde 0,7 a 6 mm sin preparación de bordes

Proceso semiautomático o automático (menos dependiente de la habilidad de operador)  Alta productividad o alta tasa de metal adicionado (principal ventaja)

Las principales bondades de este proceso son la alta productividad y excelente calidad; en otras palabras, se puede depositar grandes cantidades de metal (tres veces más que con el proceso de electrodo revestido), con una buena calidad.

Polaridad: Lo más normal es que en las máquinas de hoy en día se trabaje con polaridad inversa o positiva (la pieza al negativo y el hilo de soldadura al positivo. En algunos casos concretos en los que se requiera mayor temperatura en la pieza que en el hilo se utilizan la polaridad directa o negativa ya que los electrones siempre  van de polo negativo al positivo produciéndose un mayor aumento de temperatura en este último.

Constitución equipo de soldadura MIG/MAG: Las máquinas del tipo estándar están formadas por diferentes elementos para poder llevar a cabo la soldadura MIG/MAG.

(12)

 Fig. 3. Maquina de soldadura MIG/MAG. [4]

Un proceso relacionado, la SOLDADURA DE ARCO DE NÚCLEO FUNDENTE (FCAW), usa un equipo similar al MIG pero utiliza un alambre que consiste en un electrodo de acero rodeando un material de relleno en polvo. Este alambre nucleado es más costoso que el alambre sólido estándar y puede generar humos y/o escoria, pero permite incluso una velocidad más alta de soldadura y mayor penetración del metal.

Fig. 4. Soldadura de arco de núcleo fundente. [5]

Hilos o alambres de soldadura: En la soldadura MIG/MAG, el electrodo consiste en un hilo macizo o tubular continuo de diámetro que oscila entre 0,8 y 1,6 mm. Los diámetros comerciales son 0,8; 1,0; 1,2; y  1,6 mm, aunque no es extraño encontrarse en grandes empresas con el empleo de diámetros diferentes a estos, y que han sido hechos fabricar a requerimiento expreso. En ciertos casos de soldeo con fuerte intensidad, se emplea hilo de 2,4 mm de diámetro.

Debido a la potencia relativamente elevada empleada en la soldadura bajo gas protector, la penetración del material en el metal de base es también alta. La penetración está pues, en relación directa con el espesor del material de base y con el diámetro del hilo utilizado. El efecto de la elección de un diámetro de hilo muy grande, es decir, que exija para su fusión una potencia también elevada, producirá una penetración excesivamente grande, y por esta causa se puede llegar a atravesar o perforar la pieza a soldar. Por contra, un hilo de diámetro demasiado pequeño, que no admite más que una potencia limitada, dará una penetración poco profunda, y en muchos casos una resistencia mecánica insuficiente.

Se presenta enrrollado por capas en bobinas de diversos tamaños. El hilo suele estar recubierto de cobre para favorecer el contacto eléctrico con la boquilla, disminuir rozamientos y protegerlo de la oxidación.

(13)

elección, debe tenerse en cuenta la naturaleza del gas protector, por lo que se debe seleccionar la pareja hilo-gas a conciencia.

Los hilos tubulares van rellenos normalmente con un polvo metálico o con flux, o incluso con ambos. El relleno con polvo metálico, aparte de que puede aportar algún elemento de aleación, mejora el rendimiento gravimétrico del hilo.

Gases de protección: En la soldadura MIG (Metal Inert Gas), el gas que actúa como protección es inerte, es decir, que no actúa de manera activa en el propio proceso, y por tanto, muy estable. En contrapartida, en la soldadura MAG (Metal Activ Gas), el gas de protección se comporta como un gas inerte a efectos de contaminación de la soldadura, pero, sin embargo, interviene termodinámicamente en ella. [6] En efecto, en las zonas de alta temperatura del arco, el gas se descompone absorbiendo calor, y se recompone inmediatamente en la base del arco devolviendo esta energía en forma de calor.

10.8.2. SOLDADURA TIG.

La soldadura de arco, tungsteno y gas (GTAW), o la soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en porcentajes no superiores a un 2%. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos.

Se utiliza gas de protección cuyo objetivo es desplazar el aire, para eliminar la posibilidad de contaminación de la soldadura por el oxígeno y nitrógeno presente en la atmósfera

Características y ventajas del sistema TIG:

No se requiere de fundente y no hay necesidad de limpieza posterior en la soldadura

No hay salpicadura, chispas ni emanaciones, al no circular metal de aporte a través del arco Brinda soldaduras de alta calidad en todas las posiciones, sin distorsión

 Al igual que todos los sistemas de soldadura con protección gaseosa, el área de soldadura es claramente  visible

El sistema puede ser automatizado, controlando mecánicamente la pistola y/o el metal de aporte

Las soldaduras hechas con sistema TIG son más fuertes, más resistentes a la corrosión y más dúctiles que las realizadas con electrodos convencionales.

Equipo:

El equipo para sistema TIG consta básicamente de: Fuente de poder

Unidad de alta frecuencia Pistola

Suministro gas de protección Suministro agua de enfriamiento

La pistola asegura el electrodo de tungsteno que conduce la corriente, el que está rodeado por una boquilla de cerámica que hace fluir concéntricamente el gas protector.

La pistola normalmente se refrigera por aire. Para intensidades de corriente superiores a 200 A. Se utiliza refrigeración por agua, para evitar recalentamiento del mango.

 Aplicaciones típicas:

(14)

Soldeo de equipos de Al, Ti y aleaciones de Ni.

Soldeo de tubos a la placa de los intercambiadores de calor Soldeo interno de reactores de urea en acero inoxidable y Ti.

 Fig. 5. Soldadura TIG. [7]

10.8.3. SOLDADURA POR ARCO PLASMA.

Es conocida técnicamente como PAW (Plasma Arc Welding), y utiliza los mismos principios que la soldadura TIG, por lo que puede considerarse como un desarrollo de este último proceso. Sin embargo, tanto la densidad energética como las temperaturas son en este proceso mucho más elevadas ya que el estado plasmático se alcanza cuando un gas es calentado a una temperatura suficiente para conseguir su ionización, separando así el elemento en iones y electrones. La mayor ventaja del proceso PAW es que su zona de impacto es dos o tres  veces inferior en comparación a la soldadura TIG, por lo que se convierte en una técnica óptima para soldar

metal de espesores pequeños.

En la soldadura por plasma la energía necesaria para conseguir la ionización la proporciona el arco eléctrico que se establece entre un electrodo de tungsteno y el metal base a soldar. Como soporte del arco se emplea un gas, generalmente argón puro o en ciertos casos helio con pequeñas proporciones de hidrógeno, que pasa a estado plasmático a través del orificio de la boquilla que estrangula el arco, dirigiéndose al metal base un chorro concentrado que puede alcanzar los 28.000 ºC. El flujo de gas de plasma no suele ser suficiente para proteger de la atmósfera al arco, el baño de fusión y al material expuesto al calentamiento. Por ello a través de la envoltura de la pistola se aporta un segundo gas de protección, que envuelve al conjunto.

(15)

1. Soldadura micro plasma, con corrientes de soldadura desde 0.1 A. Hasta 20 A.

2. Soldadura por fusión metal a metal, con corrientes de soldadura desde 20 A. Hasta 100 Amp.

3.  Soldadura Keyhole, por encima de los 100 Amp. En el cual el arco plasma penetra todo el espesor del material a soldar.

Principalmente, se utiliza en uniones de alta calidad tales como en construcción aeroespacial, plantas de procesos químicos e industrias petroleras.

Fig. 6. Boquilla de la soldadura por plasma. [8]

Fig. 7. Representacion de la soldarura por Plasma . [9] Fuentes:

 ASM HANDBOOK VOLUME. WELDING BRAZERING AND SOLDERING 10.8.4. SOLDADURA POR ARCO.

Fundamentos:

El sistema de soldadura eléctrica con electrodo recubierto se caracteriza, por la creación y mantenimiento de un arco eléctrico entre una varilla metálica llamada electrodo, y la pieza a soldar. El electrodo recubierto está constituido por una varilla metálica a la que se le da el nombre de alma o núcleo, generalmente de forma cilíndrica, recubierta de un revestimiento de sustancias no metálicas, cuya composición química puede ser muy variada, según las características que se requieran en el uso. El revestimiento puede ser básico, butílico y  celulósico. Para realizar una soldadura por arco eléctrico se induce una diferencia de potencial entre el electrodo y la pieza a soldar, con lo cual se ioniza el aire entre ellos y pasa a ser conductor, de modo que se cierra el circuito. El calor del arco funde parcialmente el material de base y funde el material de aporte, el cual se deposita y crea el cordón de soldadura.

La soldadura por arco eléctrico es utilizada comúnmente debido a la facilidad de transporte y a la economía de dicho proceso.

(16)

Fig. 8. Soldadura Por Arco. [10]

-Plasma: Está compuesto por electrones que transportan la corriente y que van del polo negativo al positivo, de iones metálicos que van del polo positivo al negativo, de átomos gaseosos que se van ionizando y  estabilizándose conforme pierden o ganan electrones, y de productos de la fusión tales como vapores que ayudarán a la formación de una atmósfera protectora. Esta misma alcanza la mayor temperatura del proceso. -Llama: Es la zona que envuelve al plasma y presenta menor temperatura que éste, formada por átomos que se disocian y recombinan desprendiendo calor por la combustión del revestimiento del electrodo. Otorga al arco eléctrico su forma cónica.

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

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

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

-Electrodo:  Son varillas metálicas preparadas para servir como polo del circuito; en su extremo se genera el arco eléctrico. En algunos casos, sirven también como material fundente. La varilla metálica a menudo va recubierta por una combinación de materiales que varían de un electrodo a otro. El recubrimiento en los electrodos tiene diversa funciones, éstas pueden resumirse en las siguientes:

 -Función eléctrica del recubrimiento  -Función física de la escoria

 -Función metalúrgica del recubrimiento

10.8.5. SOLDADURA POR ARCO MANUAL CON ELECTRODOS REVESTIDOS.

La característica más importante de la soldadura con electrodos revestidos, en inglés Shield Metal Arc  Welding (SMAW) o Manual Metal Arc Welding (MMAW), es que el arco eléctrico se produce entre la pieza y 

un electrodo metálico recubierto. El recubrimiento protege el interior del electrodo hasta el momento de la fusión. Con el calor del arco, el extremo del electrodo funde y se quema el recubrimiento, de modo que se obtiene la atmósfera adecuada para que se produzca la transferencia de metal fundido desde el núcleo del electrodo hasta el baño de fusión en el material base. Además los aceros AWS en soldadura sirven para soldaduras de baja resistencia y muy fuertes. Estas gotas de metal fundido caen recubiertas de escoria fundida

(17)

procedente de la fusión del recubrimiento del arco. La escoria flota en la superficie y forma, por encima del cordón de soldadura, una capa protectora del metal fundido.

Como son los propios electrodos los que aportan el flujo de metal fundido, será necesario reponerlos cuando se desgasten. Los electrodos están compuestos de dos piezas: el alma y el revestimiento.

El alma o varilla es alambre (de diámetro original 5.5 mm) que se comercializa en rollos continuos. Tras obtener el material, el fabricante lo decapa mecánicamente (a fin de eliminar el óxido y aumentar la pureza) y  posteriormente lo trefila para reducir su diámetro.

El revestimiento se produce mediante la combinación de una gran variedad de elementos (minerales varios, celulosa, mármol, aleaciones, etc.) convenientemente seleccionados y probados por los fabricantes, que mantienen el proceso, cantidades y dosificaciones en riguroso secreto.

La composición y clasificación de cada tipo de electrodo está regulada por AWS (American Welding Society), organismo de referencia mundial en el ámbito de la soldadura.

Este tipo de soldaduras pueden ser efectuados bajo corriente tanto continua como alterna. En corriente continua el arco es más estable y fácil de encender y las salpicaduras son poco frecuentes; en cambio, el método es poco eficaz con soldaduras de piezas gruesas. La corriente alterna posibilita el uso de electrodos de mayor diámetro, con lo que el rendimiento a mayor escala también aumenta. En cualquier caso, las intensidades de corriente oscilan entre 10 y 500 amperios.

El procedimiento es excelente para trabajos, reparación, fabricación y construcción. Además, la soldadura SMAW es muy versátil. Su campo de aplicaciones es enorme: casi todos los trabajos de pequeña y mediana soldadura de taller se efectúan con electrodo revestido; se puede soldar metal de casi cualquier espesor y se pueden hacer uniones de cualquier tipo.

Sin embargo, el procedimiento de soldadura con electrodo revestido no se presta para su automatización o semi-automatización; su aplicación es esencialmente manual. La longitud de los electrodos es relativamente corta: de 230 a 700 mm. Por tanto, es un proceso principalmente para soldadura a pequeña escala.

(18)
(19)

10.8.6. SOLDADURA POR ELECTRODO NO CONSUMIBLE PROTEGIDO.

En este tipo de soldadura se utiliza como medio de protección un chorro de gas que impide la contaminación de la junta. Tanto este como el siguiente proceso de soldeo tienen en común la protección del electrodo por medio de dicho gas. La soldadura por electrodo no consumible, también llamada Soldadura (siglas de Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente que normalmente, como indica el nombre, es de tungsteno.

 A diferencia que en las soldaduras de electrodo consumible, en este caso el metal que formará el cordón de soldadura debe ser añadido externamente, a no ser que las piezas a soldar sean específicamente delgadas y no sea necesario. El metal de aportación debe ser de la misma composición o similar que el metal base; incluso, en algunos casos, puede utilizarse satisfactoriamente como material de aportación una tira obtenida de las propias chapas a soldar.

La inyección del gas a la zona de soldeo se consigue mediante una canalización que llega directamente a la punta del electrodo, rodeándolo. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Es conveniente, eso sí, repasar la terminación en punta, ya que una geometría poco adecuada perjudicaría en gran medida la calidad del soldado. Respecto al gas, los más utilizados son el argón, el helio, y mezclas de ambos. El helio, gas noble (inerte, de ahí el nombre de soldadura por gas inerte) es más usado en los Estados Unidos, dado que allí se obtiene de forma económica en yacimientos de gas natural. Este gas deja un cordón de soldadura más achatado y menos profundo que el argón. Este último, más utilizado en Europa por su bajo precio en comparación con el helio, deja un cordón más triangular y que se infiltra en la soldadura. Una mezcla de ambos gases proporcionará un cordón de soldadura con características intermedias entre los dos.

La soldadura TIG se trabaja con corrientes continua y alterna. En corriente continua y polaridad directa, las intensidades de corriente son del orden de 50 a 500 amperios. Con esta polarización se consigue mayor penetración y un aumento en la duración del electrodo. Con polarización inversa, el baño de fusión es mayor pero hay menor penetración; las intensidades oscilan entre 5 y 60 A. La corriente alterna combina las ventajas de las dos anteriores, pero en contra da un arco poco estable y difícil de cebar.

La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto de procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre la atmósfera y el baño de fusión. Además, dicho gas simplifica notablemente el soldeo de metales no ferrosos, por no requerir el empleo de desoxidantes, con las deformaciones o inclusiones de escoria que pueden implicar. Otra ventaja de la soldadura por arco con protección gaseosa es la que permite obtener soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de humos y proyecciones; la movilidad del gas que rodea al arco transparente permite al soldador ver claramente lo que está haciendo en todo momento, lo que repercute favorablemente en la calidad de la soldadura. El cordón obtenido es por tanto de un buen acabado superficial, que puede mejorarse con sencillas operaciones de acabado, lo que incide favorablemente en los costes de producción. Además, la deformación que se produce en las inmediaciones del cordón de soldadura es menor. Como inconvenientes está la necesidad de proporcionar un flujo continuo de gas, con la subsiguiente instalación de tuberías, bombonas, etc., y el encarecimiento que supone. Además, este método de soldadura requiere una mano de obra muy especializada, lo que también aumenta los costes. Por tanto, no es uno de los métodos más utilizados sino que se reserva para uniones con necesidades especiales de acabado superficial y  precisión.

10.8.7. SOLDADURA POR ELECTRODO CONSUMIBLE PROTEGIDO.

(20)

consumible protegido, MIG (Metal Inert Gas) y MAG (Metal Active Gas), es este electrodo el alimento del cordón de soldadura. El arco eléctrico está protegido, como en el caso anterior, por un flujo continuo de gas que garantiza una unión limpia y en buenas condiciones.

En la soldadura MIG, como su nombre indica, el gas es inerte; no participa en modo alguno en la reacción de soldadura. Su función es proteger la zona crítica de la soldadura de oxidaciones e impurezas exteriores. Se emplean usualmente los mismos gases que en el caso de electrodo no consumible, argón, menos frecuentemente helio, y mezcla de ambos.

En la soldadura MAG, en cambio, el gas utilizado participa de forma activa en la soldadura. Su zona de influencia puede ser oxidante o reductora, ya se utilicen gases como el dióxido o el argón mezclado con oxígeno. El problema de usar CO en la soldadura es que la unión resultante, debido al oxígeno liberado, resulta muy porosa. Además, sólo se puede usar para soldar acero, por lo que su uso queda restringido a las ocasiones en las que es necesario soldar grandes cantidades de material y en las que la porosidad resultante no es un problema a tener en cuenta.

La flexibilidad es la característica más sobresaliente del método MIG / MAG, ya que permite soldar aceros de  baja aleación, aceros inoxidables, aluminio y cobre, en espesores a partir de los 0,5 mm y en todas las

posiciones. La protección por gas garantiza un cordón de soldadura continuo y uniforme, además de libre de impurezas y escorias. Además, la soldadura MIG / MAG es un método limpio y compatible con todas las medidas de protección para el medio ambiente. En contra, su mayor problema es la necesidad de aporte tanto de gas como de electrodo, lo que multiplica las posibilidades de fallo del aparato, además del lógico encarecimiento del proceso.

10.8.8. SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO.

La soldadura por arco sumergido (SAW) requiere una alimentación de electrodo consumible continua, ya sea sólido o tubular (fundente). La zona fundida y la zona del arco están protegidos de la contaminación atmosférica por estar “sumergida” bajo un manto de flujo granular compuesto de óxido, dióxido de silicio, óxido de manganeso, fluoruro de calcio y otros compuestos. En estado líquido, el flux se vuelve conductor, y  proporciona una trayectoria de corriente entre el electrodo y la pieza. Esta capa gruesa de flux cubre completamente el metal fundido evitando así salpicaduras y chispas, así como la disminución de la intensa radiación ultravioleta y de la emisión humos, que son muy comunes en la soldadura manual de metal por arco revestido (SMAW).

La SAW puede operarse tanto en modo automático como mecanizado, aunque también existe la SAW semi-automática de pistola (portátil) con emisión de flujo de alimentación a presión o por gravedad. El proceso normalmente se limita a las posiciones de soldadura plana u horizontal (a pesar de que las soldaduras en posición horizontal se hacen con una estructura especial para depositar el flujo). Aunque el rango de intensidades usadas normalmente van desde 300 a 2000 A, también se utilizan corrientes de hasta 5000 A  (arcos múltiples).

Esta soldadura utiliza un revestimiento en el electrodo de cinta plana (p. e. 60 mm de ancho x

0,5 mm de espesor). Se puede utilizar energía CC o CA, aunque la utilización de combinaciones

entre ambas son muy comunes en los sistemas de electrodos múltiples. Las fuentes de

alimentación más utilizadas son las de voltaje constante, aunque los sistemas actuales disponen

de una combinación de tensiones constantes con un detector de tensión en el cable alimentador.

Electrodo: El material de relleno para la SAW generalmente es un alambre estándar, así como otras formas especiales. Este alambre tiene normalmente un espesor de entre 1,6 mm y 6 mm. En ciertas circunstancias, se pueden utilizar un alambre trenzado para dar al arco un movimiento oscilante. Esto ayuda a fundir la punta de

(21)

la soldadura al metal base. [11]

 Las variables clave del proceso SAW.

 Velocidad de alimentación (principal factor en el control de corriente de soldadura).  Arco de tensión.

 Velocidad de desplazamiento.

Distancia del electrodo o contacto con la punta de trabajo.

Polaridad y el tipo de corriente (CA o CC) y balance variable de la corriente CA.  Aplicaciones de los materiales:

 Aceros al carbono (estructural y la construcción de barcos).  Aceros de baja aleación.

 Aceros inoxidables.  Aleaciones de base níquel

 Aplicaciones de superficie (frente al desgaste, la acumulación, superposición y resistente a la corrosión de los aceros)

 Ventajas:

Índices de deposición elevado (más 45 kg/h).

Factores de funcionamiento en las aplicaciones de mecanizado. Penetración de la soldadura.

Se realizan fácilmente soldaduras robustas (con un buen proceso de diseño y control) Profundidad.

Soldaduras de alta velocidad en chapas finas de acero de hasta 5 m/min.

La luz ultravioleta y el humo emitidos son mínimos comparados con el proceso de soldadura manual de metal por arco revestido (SMAW).

Prácticamente no es necesaria una preparación previa de los bordes. El proceso es adecuado para trabajos de interior o al aire libre. Distorsión mucho menor.

Las soldaduras realizadas son robustas, uniformes, resistentes a la ductilidad y a la corrosión y tienen muy   buen valor frente a impacto.

El arco siempre está cubierto bajo un manto de flux, por lo tanto no hay posibilidad de salpicaduras de soldadura.

Del 50% al 90% del flujo es recuperable.

10.5.9. SOLDADURA POR ELECTROGAS.

La soldadura por electro gas, es un desarrollo de la soldadura por electroescoria, siendo procedimientos similares en cuanto a su diseño y utilización. En vez de escoria, el electrodo es fundido por un arco, que se establece en un gas de protección, de la misma manera que en la soldadura MIG/MAG. Este método se utiliza para soldar chapas con espesores desde 12 mm. Hasta 100 mm., utilizándose oscilación para materiales con espesores fuertes. Normalmente, la junta es una simple unión-I con una separación. Las juntas- V también son utilizadas. Cuando la soldadura es vertical – como por ejemplo, en tanques de gran tamaño -, se pueden conseguir importantes ahorros de coste, si se compara con la soldadura manual MIG/MAG.

Como en otros tipos de soldadura por arco con protección por gas, se pueden utilizar hilos sólidos o tubulares, utilizándose los mismos tipos de gases de protección. Comparado con la soldadura por electroescoria, este sistema produce una zona térmicamente afectada (HAZ) más pequeña y por tanto mejores valores de

(22)

resiliencia. Con una extensión del electrodo más larga (stick – out), se puede conseguir una velocidad de soldadura mayor, produciendo menor fusión de material base y por tanto menos aporte calorífico.

Fig. 9. Soldadura por Electro gas. [12]  10.8.10. SOLDADURA A GAS.

El proceso más común de soldadura a gas es la soldadura oxiacetilénica, también conocida como soldadura autógena o soldadura oxi-combustible. Es uno de los más viejos y más versátiles procesos de soldadura, pero en años recientes ha llegado a ser menos popular en aplicaciones industriales. Todavía es usada extensamente para soldar tuberías y tubos, como también para trabajo de reparación. El equipo es relativamente barato y  simple, generalmente empleando la combustión del acetileno en oxígeno para producir una temperatura de la llama de soldadura de cerca de 3100 °C. Puesto que la llama es menos concentrada que un arco eléctrico, causa un enfriamiento más lento de la soldadura, que puede conducir a mayores tensiones residuales y distorsión de soldadura, aunque facilita la soldadura de aceros de alta aleación.

La soldadura a gas fue uno de los primeros procesos de soldadura de fusión desarrollados que demostraron ser aplicables a una extensa variedad de materiales y aleaciones. Durante muchos años fue el método más útil para soldar metales no ferrosos. Sigue siendo un proceso versátil e importante pero su uso se ha restringido ampliamente a soldadura de chapa metálica, cobre y aluminio. El equipo de soldadura a gas puede emplearse también para la soldadura fuerte, blanda y corte de acero.

Tanto el oxígeno como el gas combustible son alimentados desde cilindros, o algún suministro principal, a través de reductores de presión y a lo largo de una tubería de goma hacia un soplete. En este, el flujo de los dos gases es regulado por medio de válvulas de control, pasa a una cámara de mezcla y de ahí a una boquilla. El caudal máximo de flujo de gas es controlado por el orificio de la boquilla. Se inicia la combustión de dicha mezcla por medio de un mecanismo de ignición (como un encendedor por fricción) y la llama resultante funde un material de aporte (generalmente acero o aleaciones de zinc, estaño, cobre o bronce) el cual permite un enlace de aleación con la superficie a soldar y es suministrado por el operador del soplete.

(23)

 Tabla de las características térmicas de diversos gases combustibles se indican en la siguiente tabla:

Gas combustible Temperatura de flama teórica °C

Intensidad de combustión cal/cm3 /s

Uso

 Acetileno 3 270 3 500 Soldadura y corte

Metano 3 100 1 700 Soldadura fuerte y  

 blanda

Propano 3 185 1 500 Soldadura en general

Hidrógeno 2 810 2 100 Uso limitado

El valor de una mezcla de gas combustible para el calentamiento depende de la temperatura de la llama y la intensidad de la combustión.

En la práctica, esta soldadura es comúnmente usada con acetileno y oxígeno. El aspecto de la llama resultado de esta combustión se muestra a continuación:

En el cono interno el acetileno, al ser oxidado, se transforma en hidrógeno y monóxido de carbono según la siguiente reacción:

 C2H2+O2→2CO+H2+E

En la parte externa de la flama estos gases se combinan con el oxígeno de la atmósfera para formar dióxido de carbono y vapor de agua. Para obtener una flama neutra, las escalas del volumen del flujo de acetileno y de oxígeno son ajustadas hasta que el cono interno alcanza su tamaño máximo con una frontera claramente definida. La composición de la envoltura carece entonces de reacción a acero de bajo contenido de carbono. Si se suministra oxígeno en dosis excesivas, el cono interno se hace más pequeño y puntiagudo y la flama resultante descarburará el acero. Por otra parte, un exceso de acetileno hace que el cono desarrolle una envoltura exterior en forma de pluma (como la de las aves) y la flama será carburante.

Para acero de alto contenido de carbono y en el tratamiento de superficies duras se utiliza flama carburante, esto con el fin de evitar la descarburación y producir un depósito de fundición de alto contenido de carbono en la superficie, que permitirá el enlace de la aleación de superficie sin dilución excesiva. Es especialmente importante no soldar aceros austeníticos inoxidables con una flama carburante ya que dará lugar a una subida de carbono, en consecuencia, corrosión inter-granular.

10.8.11. SOLDADURA OXIACETILÉNICA. Generalidades del proceso:

La soldadura oxiacetilénica es un proceso de soldadura por fusión que utiliza el calor producido por una llama, obtenida por la combustión del gas acetileno con el oxígeno, para fundir bien sea el metal base y el de aportación si se emplea.

Para conseguir la combustión es necesario el empleo de dos gases. Uno de ellos tiene la calidad de consumirse durante la combustión. Gases combustibles son el propano, metano, butano y otros, aunque en el proceso del que estamos tratando empleamos el acetileno. El otro es un gas comburente, que es un gas que aviva o acelera la combustión. Uno de los principales comburentes es el aire formado por una mezcla de gases (Nitrógeno 78%, Oxígeno 21% y el restante 1% de gases nobles). El gas comburente que se emplea en este procedimiento

(24)

de soldadura es el oxígeno puro.

Fig. 11. Soldadura Oxiacetilénica [14]

Equipamiento necesario para el proceso:

La principal función de los equipos de soldadura oxiacetilénica es suministrar la mezcla de gases combustible y  comburente a una velocidad, presión y proporción correcta. El equipo oxiacetilénico está formado por:

Las botellas o cilindros de oxígeno y acetileno: entre ambas hay que destacar varias diferencias, pero la más representativa, aparte el tamaño, es el color. La botella de oxígeno tiene el cuerpo negro y la ojiva blanca, mientras que la de acetileno tiene el cuerpo rojo y ojiva marrón. Internamente la botella de oxígeno es hueca de una pieza, mientras que la de acetileno tiene una sustancia esponjosa en su interior, ya que para almacenarlo se disuelve en acetona debido a que si se comprime solo explota.

Los manorreductores o reguladores: su propósito o función principal es reducir la presión muy alta de una  botella a una presión de trabajo más bajo y seguro y además de permitir una circulación continua y 

uniforme del gas.

Las mangueras: que son tubos flexibles de goma por cuyo interior circula el gas, siendo por tanto las encargadas de transportarlo desde las botellas hasta el soplete. Los diámetros interiores son generalmente de 4 a 9 mm para el oxígeno y de 6 a 11 mm para el acetileno. La manguera por la que circula el oxígeno es de color azul y de color rojo por la que circula el acetileno.

Las válvulas de seguridad o anti retroceso: son las encargadas de prevenir un retroceso de la llama desde el soplete hacia las mangueras o de las mangueras a las botellas. También impiden la entrada de oxígeno o de aire en la manguera y en la botella del acetileno.

El soplete o antorcha: cuya misión principal es asegurar la correcta mezcla de los gases, de forma que exista un equilibrio entre la velocidad de salida y la de inflamación.

(25)

Fig. 12. Instrumentos de soldadura oxiacetilénica. [15] Gases utilizados en la soldadura oxiacetilénica:

 Acetileno (C2H2): Es el más importante de los hidrocarburos gaseosos y como combustible es el elemento más valioso. Es una composición química de carbono e hidrógeno (2 partes de carbono por 2 de hidrógeno). El acetileno se produce al ocurrir la reacción del agua con carburo de calcio. El carburo de calcio se obtiene de hornos eléctricos mediante la reducción de la cal viva con carbono.

El carburo de calcio y el agua se pone en contacto en recipientes adecuados llamados generadores; generalmente los generadores de acetileno se construyen con accesorios que los hacen funcionar automáticamente para producir acetileno en la misma cantidad que consume el soplete dejando de generar tan pronto se acaba la llama. Esto era utilizado anteriormente ya que hoy en día se pueden adquirir fácilmente los tanques con acetileno para poder utilizarlo directamente al soplete.

Características:

El acetileno es un gas incoloro e insípido sin sabor, pero de olor característico semejante al agua miel de la caña.

Su potencia calorífica es de 13600 kcal/m3.

Dentro de sus varias propiedades posee una gran inestabilidad y bajo la acción del calor o de la presión, puede descomponerse espontáneamente en sus dos elementos, carbono e hidrógeno, produciendo una explosión.

Oxigeno (o2):  Es un gas que se encuentra en la naturaleza mezclado o combinado con otros elementos químicos, y es el principal en toda combustión: La llama oxiacetilénica lo utiliza como gas comburente. En el aire existe mezclado con nitrógeno y con varios gases nobles. El oxígeno es un gas inodoro, incoloro e insípido. La llama: se caracteriza por tener dos zonas bien delimitadas, el cono o dardo, de color blanco deslumbrante  y es donde se produce la combustión del oxígeno y acetileno y el penacho que es donde se produce la

(26)

Fig. 13. Llama de la soldadura oxiacetilénica. [16]

La zona de mayor temperatura es aquella que esta inmediatamente delante del dardo y en el soldeo oxiacetilénico es la que se usa ya que es la de mayor temperatura hasta 3200ºC, no en el caso del brazing. La llama es fácilmente regulable ya que pueden obtenerse llamas estables con diferentes proporciones de oxígeno y acetileno. En función de la proporción de acetileno y oxígeno se disponen de los siguientes tipos de llama:

Llama de acetileno puro:  se produce cuando se quema este en el aire. Presenta una llama que va del amarillo al rojo naranja en su parte final y que produce partículas de hollín en el aire. No tiene utilidad en soldadura.

Llama reductora: se genera cuando hay un exceso de acetileno. Partiendo de la llama de acetileno puro, al aumentarse el porcentaje de oxígeno se hace visible una zona brillante, dardo, seguida de un penacho acetilénico de color verde pálido, que desaparece al igualarse las proporciones. Una forma de comparar la proporción de acetileno con respecto al oxígeno, es comparando la longitud del dardo con el penacho acetilénico medido desde la boquilla. Si este es el doble de grande, habrá por tanto el doble de acetileno.

Llama neutra: misma proporción de acetileno que de oxígeno. No hay penacho acetilénico.

Llama oxidante: hay un exceso de oxígeno que tiende a estrechar la llama a la salida de la boquilla. No debe utilizarse en el soldeo de aceros.

10.8.12. SOLDADURA POR RESISTENCIA.

En la soldadura por resistencia o presión las piezas de metal que van a unirse son presionadas juntas por los electrodos de la máquina soldadora de manera que hagan un buen contacto eléctrico. Entonces se pasa la corriente eléctrica a través de ellos, se los calienta hasta que empiecen a derretir en el punto donde están en contacto El metal fundido de las dos piezas fluye y las piezas se unen; entonces la corriente se apaga y el metal fundido se solidifica, formando una conexión metálica sólida entre las dos piezas.

Fig. 14. Representación De la Soldadura por Resistencia. [17]

 El término “Soldadura de Resistencia” viene del hecho de que es la propiedad eléctrica de la resistencia del metal a ser soldado la que causa el calor que se generará cuando la corriente fluye a través de él.

(27)

Fig. 15. Soldadura por resistencia mono punto, máquina tipo prensa. [18]

Usos: La soldadura por resistencia, y en particular la soldadura por puntos, está especialmente indicada para el sector de la automoción, y particularmente para la soldadura de las carrocerías, debido a los reducidos espesores de las chapas empleadas en las mismas. Otra aplicación también importante de la soldadura por resistencia, aunque no por puntos, es en la unión de varillas para formar mallas (por ejemplo las típicas vallas de cierre de obras).

[19]-10.8.12.1. TIPOS DE SOLDADURA A RESISTENCIA. 10.8.12.1.1 SOLDADURA POR PUNTO.

Es un método de soldadura por resistencia que se basa en presión y temperatura, en el que se calienta una parte de las piezas a soldar por corriente eléctrica a temperaturas próximas a la fusión y se ejerce una presión entre las mismas. Generalmente se destina a la soldadura de chapas o láminas metálicas, aplicable normalmente entre 0,5mm y 3mm de espesor.

El soldeo por puntos es el más común y simple de los procedimientos de soldadura por resistencia. Los materiales bases se deben disponer solapados entre electrodos, que se encargan de aplicar secuencialmente la presión y la corriente correspondiente al ciclo produciendo uno o varios puntos de soldadura.

Figure

Actualización...

Referencias

Actualización...