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UNIVERSIDAD DE EXTREMADURA B L O Q U E I V : S O L D A D U R A Fecha: 14/01/01 Pág: 1 Dpto. de Electrónica e Ing. Electromecánica

Área: Ing. de los Procesos de Fabricación Í N D I C E Documento: BloqueIV

Tecnología Mecánica Páginas: 1

ÍNDICE

ÍNDICE 1

1.- INTRODUCCIÓN A LAS TÉCNICAS DE SOLDADURA 5 1.1.- INTRODUCCIÓN_______________________________________________________________ 5 1.2.- CLASIFICACIÓN DE LAS SOLDADURAS SEGÚN FUENTES DE ENERGÍA _______________ 5

1.2.1.- Soldaduras realizadas mediante reacciones químicas: _____________________5 1.2.2.- Soldadura Eléctrica_________________________________________________7 1.2.3.- Soldadura Producida por Acción Mecánica ______________________________8

1.3.- SOLDADURA BLANDA Y FUERTE ________________________________________________ 9 1.3.1.- Introducción ______________________________________________________9 1.3.2.- Soldadura Blanda _________________________________________________10 1.3.3.- Soldadura Fuerte _________________________________________________12

2.- SOLDADURA OXIACETILÉNICA 14 2.1.- SOLDADURA CON LLAMA _____________________________________________________ 14 2.2.- MATERIALES DE LA SOLDADURA OXIACETILÉNICA _______________________________ 14

2.2.1.- El Acetileno______________________________________________________14 2.2.2.- El Oxígeno ______________________________________________________15 2.2.3.- Metales de Aportación _____________________________________________15 2.2.4.- Fundentes_______________________________________________________16

2.3.- LA LLAMA OXIACETILÉNICA ___________________________________________________ 16 2.3.1.- Zonas de las llamas _______________________________________________16 2.3.2.- Características de Las llamas________________________________________17

2.4.- EQUIPO PARA LA SOLDADURA CON GAS COMBUSTIBLE __________________________ 18 2.4.1.- Botellas_________________________________________________________18 2.4.2.- Manoreductores __________________________________________________19 2.4.3.- Sopletes ________________________________________________________19

2.5.- TÉCNICA DE SOLDADURA _____________________________________________________ 20 2.5.1.- Métodos ________________________________________________________20 2.5.2.- Procedimiento de Realización de la Soldadura __________________________20 2.5.3.- Aplicaciones _____________________________________________________22

2.6.- OXICORTE __________________________________________________________________ 22 2.6.1.- Introducción _____________________________________________________22 2.6.2.- Equipo para el Oxicorte ____________________________________________23

3.- SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO 24 3.1.- INTRODUCCIÓN______________________________________________________________ 24

3.1.1.- Tipo de Corriente _________________________________________________24 3.2.- SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO CON ELECTRODO DE CARBÓN________________ 25

3.2.1.- Soldadura Por Arco entre dos Electrodos de Carbón______________________25 3.2.2.- Soldadura Por Arco, con Electrodo de Grafito ___________________________25

3.3.- SOLDADURA POR ARCO CON ELECTRODO REVESTIDO (M.M.A.) ___________________ 25 3.3.1.- Descripción del proceso ____________________________________________25




3.3.2.- Funciones del Revestimiento ________________________________________26 3.3.3.- Procedimiento de Realización de la Soldadura __________________________27 3.3.4.- Tipos de Electrodos Según el Revestimiento ____________________________27 3.3.5.- Equipamiento para la Soldadura por Arco ______________________________28 3.3.6.- Aplicaciones _____________________________________________________28

3.4.- SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (S.A.W.) ___________________________________ 29 3.4.1.- Descripción del Proceso____________________________________________29 3.4.2.- Materiales Consumibles ____________________________________________29 3.4.3.- Aplicaciones _____________________________________________________30

3.5.- SOLDADURA POR ELECTROESCORIA (E.S.W.) ___________________________________ 30 3.5.1.- Descripción del Proceso____________________________________________30 3.5.2.- Materiales Consumibles ____________________________________________30 3.5.3.- Aplicaciones _____________________________________________________31

3.6.- SOLDADURA CON ELECTRODO DE TUNGSTENO Y ATMÓSFERA INERTE (TIG) ________ 31 3.6.1.- Descripción del Proceso____________________________________________31 3.6.2.- Equipo Necesario para la Realización de la Soldadura T.I.G. _______________32 3.6.3.- Electrodo no Consumible ___________________________________________32 3.6.4.- Material Consumible_______________________________________________32 3.6.5.- Aplicaciones _____________________________________________________33

3.7.- SOLDADURA POR PLASMA (P.A.W.)_____________________________________________ 33 3.7.1.- Descripción del Proceso____________________________________________33 3.7.2.- Pistola de soldadura por Plasma _____________________________________34 3.7.3.- Aplicaciones _____________________________________________________34

3.8.- SOLDADURA CON HIDRÓGENO ATÓMICO _______________________________________ 35 3.8.1.- Descripción del Proceso____________________________________________35 3.8.2.- Equipo Necesario para Realizar la Soldadura ___________________________35 3.8.3.- Aplicaciones _____________________________________________________35

3.9.- SOLDADURA CON ELECTRODO CONSUMIBLE Y ATMÓSFERA INERTE (M.I.G.) ________ 36 3.9.1.- Descripción del Proceso____________________________________________36 3.9.2.- Material Consumible_______________________________________________36 3.9.3.- Equipo Necesario _________________________________________________36 3.9.4.- Aplicaciones _____________________________________________________37

3.10.- SOLDADURA CON ELECTRODO CONSUMIBLE Y ATMÓSFERA ACTIVA (MAG) ________ 37 3.10.1.- Descripción del Proceso___________________________________________37 3.10.2.- Materiales Consumibles ___________________________________________37 3.10.3.- Aplicaciones ____________________________________________________37

3.11.- SOLDADURA A TOPE POR CHISPA ____________________________________________ 37 3.11.1.- Descripción del Proceso___________________________________________37 3.11.2.- Aplicaciones ____________________________________________________38

4.- SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA 39 4.1.- INTRODUCCIÓN______________________________________________________________ 39

4.1.1.- Descripción General del Proceso _____________________________________39 4.1.2.- Etapas y Variables del Proceso de Soldeo______________________________39 4.1.3.- Variables del Proceso de Soldadura por Resistencia Eléctrica ______________40 4.1.4.- Ventajas de la Soldadura por Resistencia Eléctrica _______________________41

4.2.- SOLDADURA ELÉCTRICA POR PUNTOS _________________________________________ 41




4.2.1.- Descripción del Proceso____________________________________________41 4.2.2.- Electrodos_______________________________________________________42 4.2.3.- Tipos de soldadura Eléctrica por Puntos _______________________________42 4.2.4.- Aplicaciones _____________________________________________________43

4.3.- SOLDADURA ELÉCTRICA POR RESALTES O PROTUBERANCIAS ____________________ 43 4.3.1.- Descripción del Proceso____________________________________________43 4.3.2.- Electrodos_______________________________________________________44 4.3.3.- Ventajas y Aplicaciones ____________________________________________44

4.4.- SOLDADURA ELÉCTRICA POR COSTURA ________________________________________ 44 4.4.1.- Descripción del Proceso____________________________________________44 4.4.2.- Métodos de Soldadura por Costura ___________________________________44 4.4.3.- Electrodos_______________________________________________________45 4.4.4.- Aplicaciones _____________________________________________________45

4.5.- SOLDADURA ELÉCTRICA A TOPE_______________________________________________ 45 4.5.1.- Descripción del Proceso____________________________________________45 4.5.2.- Aplicaciones _____________________________________________________45

4.6.- SOLDADURA DE ALTA FRECUENCIA ____________________________________________ 46 4.6.1.- Descripción del Proceso____________________________________________46 4.6.2.- Aplicaciones _____________________________________________________46




5.- OTRAS TÉCNICAS DE SOLDADURA 47 5.1.- SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES (E.B.W.)_________________________________ 47

5.1.1.- Descripción del Proceso____________________________________________47 5.1.2.- Parámetros de la Soldadura por Haz de Electrones_______________________48 5.1.3.- Soldadura con haz de Electrones a Presión Atmosférica___________________48 5.1.4.- Ventajas y Aplicaciones de la Soldadura por Haz de Electrones _____________48

5.2.- SOLDADURA LÁSER __________________________________________________________ 49 5.2.1.- Descripción del Proceso____________________________________________49 5.2.2.- Soldadura por Penetración o Keyhole _________________________________51 5.2.3.- Soldadura por Conducción __________________________________________51 5.2.4.- Aplicaciones y Ventajas ____________________________________________52

5.3.- SOLDADURA POR EXPLOSIÓN (EXW) ___________________________________________ 52 5.3.1.- Introducción _____________________________________________________52 5.3.2.- Descripción del proceso ____________________________________________53 5.3.3.- Parámetros de Control del Proceso ___________________________________54 5.3.4.- Aplicaciones del Proceso ___________________________________________55

6.- CALIDAD DE LA SOLDADURA 56 6.1.- INSPECCIÓN DE LAS SOLDADURAS ____________________________________________ 56

6.1.1.- Inspección Visual _________________________________________________56 6.1.2.- Inspección por Partículas magnéticas _________________________________56 6.1.3.- Inspección con Líquidos Penetrantes__________________________________57 6.1.4.- Inspección Radiográfica ____________________________________________57 6.1.5.- Inspección por Ultrasonidos _________________________________________57

6.2.- DESCRIPCIÓN DE LOS DEFECTOS TÍPICOS ______________________________________ 57 6.2.1.- Falta de Penetración o Penetración Incompleta__________________________57 6.2.2.- Fusión Incompleta o Pegadura_______________________________________58 6.2.3.- Faltas de forma___________________________________________________58 6.2.4.- Fisuras y Grietas__________________________________________________59 6.2.5.- Cavidades y Porosidad_____________________________________________59 6.2.6.- Inclusiones no Metálicas o Escorias___________________________________60


Área: Ing. de los Procesos de Fabricación T E M A 1 . - Introducción a las Técnicas de

soldadura Documento: BloqueIV.doc


1.- INTRODUCCIÓN A LAS TÉCNICAS DE SOLDADURA 1.1.- INTRODUCCIÓN

La soldadura es un procedimiento de unión permanente de metales, que se realiza mediante un

calentamiento o elevación de presión localizado en la zona de unión, o ambos efectos simultáneamente.

Las técnicas modernas nos conducen a un concepto más amplio de la soldadura. Se define, como

una técnica de unión de materiales metálicos o plásticos, por cualquier procedimiento en el que no se

utilicen dispositivos de sujeción. La pieza soldada presenta así, una continuidad en su carácter metálico o

plástico, respectivamente.

Inicialmente, su aplicación casi se limitaba a los procesos de reparación. Actualmente, sin

embargo, tiene más interés como proceso de fabricación. Se construyen piezas complicadas por unión de

otras más sencillas formándose un conjunto muy robusto con un proceso rápido, económico y seguro.

Las uniones soldadas presentan unas buenas cualidades de estanquidad, resistencia mecánica y

resistencia a la corrosión, junto con la ventaja del escaso volumen que ocupan.

1.2.- CLASIFICACIÓN DE LAS SOLDADURAS SEGÚN FUENTES DE ENERGÍA Existen múltiples procedimientos de soldadura para realizar uniones entre metales. Se pueden

obtener clasificaciones diferentes según el criterio que se tome. En el cuadro 1.-1 se recoge una posible

clasificación basada en el origen de la energía que produce la unión de los metales.

Según la naturaleza de los metales que se van a unir, se puede calificar la soldadura como:

• Homogénea: Si los metales que se sueldan y el metal de aportación (si lo hay) son de la

misma naturaleza.

• Heterogénea: Si los metales que se sueldan no son de la misma naturaleza o no lo es el

metal de aportación.

Si la soldadura se realiza sin metal de aportación se denominará autógena.

1.2.1.- SOLDADURAS REALIZADAS MEDIANTE REACCIONES QUÍMICAS:

Las técnicas incluidas en este grupo utilizan la energía desprendida en reacciones químicas para

posibilitar la unión. La energía de la reacción puede aportarse como energía calorífica, como en la

soldadura con llama o la aluminotérmica, o como energía cinética, como en la soldadura por explosión.

I ) SOLDADURA CON LLAMA:

Esta técnica, también conocida como soldadura a gas, utiliza como fuente de calor la llama de

gran poder calorífico originada por la combustión de una mezcla de gases. Existen distintas técnicas,

según los gases combustible y comburente utilizados en la mezcla. Algunos ejemplos son:

• Soldadura Aerohídrica -> Hidrógeno y aire





• Soldadura Oxiacetilénica -> Oxígeno y acetileno

• Soldadura Oxhídrica -> Oxígeno y hidrógeno

• Soldadura Aeroacetilénica -> Aire y acetileno

• Soldadura Oxi-Mapp -> Oxígeno y Mapp. Este gas es un combustible más estable y más

denso que el acetileno. Se fabrica mediante una readaptación de la estructura molecular del

acetileno y el propano.

También pueden utilizarse otros combustibles como el butano, el propano, el gas natural...

POR REACCIONES QUÍMICAS:

Aerohídrica

Oxiacetilénica

Oxhídrica

Aeroacetilénica

SOLDADURA CON LLAMA

Oxi-Mapp

POR EXPLOSIÓN

ALUMINOTÉRMICA

SOLDADURA ELÉCTRICA:

Con electrodos de carbón

Por arco sumergido Desnudos

Bajo electroscoria

Sin protección gaseosa Con electrodos

metálicos Revestidos

Soldadura a tope por ignición o por chispa

Con hidrógeno atómico

TIG No consumibles

Por plasma

POR ARCO ELÉCTRICO

Con protección gaseosa Soldadura con

electrodos

Consumibles MIG / MAG

Simples

Múltiples Por puntos

Protuberancias

Por costura

A frecuencia estándar

A tope por compresión o recalcado

POR RESISTENCIA ELÉCTRICA

A alta frecuencia

POR HAZ DE ELECTRONES

POR RAYO LÁSER

POR ACCIÓN MECÁNICA

POR FORJA

En frío POR PRESIÓN

En caliente

POR FRICCIÓN

POR ULTRASONIDOS

Tabla 1.-1





II ) SOLDADURA POR EXPLOSIÓN:

Esta técnica utiliza la energía producida en una detonación para empujar bruscamente una de las

piezas que se quiere soldar contra la otra. Debido a la colisión se produce un aumento de la temperatura,

que junto con la fluencia plástica de los materiales, da origen a la soldadura de las piezas. En este

procedimiento no se produce fusión de los materiales.

Las piezas a soldar se colocan ligeramente separadas, con las superficies a unir cuidadosamente

preparadas y limpias. Sobre una de ellas se coloca una sustancia explosiva (plástica, líquida o granulada)

que se prenderá produciéndose un avance progresivo de la detonación y de la soldadura. De este modo

se pueden soldar piezas de tamaño y espesor muy variable.

III ) SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA:

En esta técnica, para realizar la soldadura se aporta el calor producido en la reacción exotérmica

de oxidación del aluminio con óxido de hierro:

2 Al + Fe2 O3 -> Al2 O3 + 2 Fe +188 Kcal

Para realizar esta soldadura se utiliza una mezcla denominada termita, que está compuesta por

una parte de aluminio y tres cuartas partes de óxido de hierro.

En esta técnica puede utilizarse el hierro obtenido como metal de aportación para realizar la

unión, o utilizar simplemente el calor producido en la reacción para calentar los metales a unir y por

presión lograr la soldadura.

1.2.2.- SOLDADURA ELÉCTRICA

En este grupo se incluyen todos los procedimientos de soldadura en el que la unión se produce

debido a la acción de una corriente eléctrica.

I ) SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO:

Esta técnica aplica una tensión eléctrica entre dos electrodos, un electrodo y el metal a fundir, o

entre las dos piezas en la soldadura a tope por ignición, para que se establezca un arco eléctrico entre

ambos. Debido a la elevada corriente eléctrica del arco, se produce un calentamiento local y se funden

los bordes de las piezas metálicas que se quiere unir y el metal de aportación, si lo hay.

En algunas técnicas el electrodo que se utiliza no se funde, por lo que si es necesaria la

utilización de un metal de aportación, este se obtendrá utilizando una varilla que se aproxima al baño de

fusión. En los casos en que pueda oxidarse el metal fundido, se puede recurrir a diferentes soluciones

para protegerlo: utilización de gases protectores que reemplacen al aire en la zona fundida o

cubrimiento del metal fundido con escorias u otras sustancias que lo aíslen de la atmósfera.





II ) SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA:

En esta técnica se hace circular una corriente a través de las piezas a unir, lo que produce un

calentamiento por efecto Joule. La zona de contacto tiene una elevada resistencia eléctrica, por lo que el

calentamiento es mayor en esa zona produciéndose una fusión local del material, a la que se añade la

presión realizada por los electrodos de contacto para producir la unión.

Las distintas técnicas incluidas en este grupo se diferencian en la frecuencia de la corriente

aplicada, y la forma de aplicar la presión.

III ) SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES:

La soldadura por haz de electrones es una técnica que utiliza un haz de electrones de alta

velocidad para fundir y unir rápidamente las piezas que se desee soldar, con un aporte de calor mínimo y

una distorsión pequeña.

El haz de electrones se genera por calentamiento de un electrodo que actúa como cátodo, es

acelerado, dirigido y concentrado sobre la unión mediante bobinas electromagnéticas (lentes

magnéticas), consiguiéndose una densidad energética elevada en el punto de unión. Cuando los

electrones chocan contra la junta de unión, su energía cinética se convierte en energía calorífica y

produce una fusión localizada en los bordes de unión.

El haz de electrones debe generarse en una campana de alto vacío, pero las piezas a unir pueden

situarse en una campana de alto vacío, de vacío medio o a presión atmosférica. La mayor relación

anchura – profundidad de la soldadura y las máximas distancias entre el disparador de electrones y la

zona de soldadura se consiguen con la pieza a soldar en cámara de alto vacío.

IV ) SOLDADURA POR RAYO LÁSER:

Esta técnica se basa en el mismo principio que la anterior. Produce el calentamiento y fusión

localizados de los bordes a unir concentrando un haz luminoso de elevada energía sobre el punto de

unión. Con este procedimiento se consigue unir las piezas de trabajo sin necesidad de que estas sean

conductores eléctricos y sin contactos mecánicos.

1.2.3.- SOLDADURA PRODUCIDA POR ACCIÓN MECÁNICA

Dentro de este grupo se incluyen aquellas técnicas en las que la unión de los metales se debe a

deformaciones elastoplásticas provocadas por acciones mecánicas sobre las piezas a unir: golpeado,

presión o fricción de las piezas. El procedimiento mecánico puede estar combinado con un calentamiento

local para favorecer la unión.

I ) SOLDADURA POR FORJA:

Es la técnica más antigua de soldadura que se conoce. Consiste en calentar el material hasta que

adquiera suficiente plasticidad, para provocar la unión mediante golpeo de la zona a unir.





Las superficies de las piezas a unir deben estar limpias. El pulido de las superficies favorece la

unión y reduce la temperatura necesaria para realizarla.

II ) SOLDADURA POR PRESIÓN:

En este grupo se incluyen las técnicas que producen la unión entre dos metales, sometiéndolos a

presión durante el tiempo suficiente para que se produzcan deformaciones plásticas. La unión puede

deberse al acercamiento de los átomos de las dos piezas o, si se ha mejorado la movilidad atómica con

elevación de la temperatura a la difusión de los átomos de una en otra.

Para lograr la unión hay que conseguir un contacto mecánico íntimo entre los metales que se

pretenda unir, para lo cual hay que realizar una preparación cuidada de las superficies. Si se trabaja sólo

con presión, el pulido de las superficies deberá ser más fino que cuando se realiza un aporte de calor.

III ) SOLDADURA POR FRICCIÓN:

En la soldadura por fricción la unión se produce debido al calentamiento de las superficies

originado por el frotamiento de las piezas. Normalmente la fricción se debe al giro de una de las piezas

presionada contra la otra.

IV ) SOLDADURA PRODUCIDA POR ULTRASONIDO

La unión de las piezas metálicas se produce aplicando localmente una energía vibratoria de alta

frecuencia mientras se mantienen las piezas juntas bajo presión.

La energía vibratoria se obtiene transformando una señal eléctrica de elevada frecuencia en una

señal acústica mediante un transductor. El elemento mecánico que transmite la vibración a las piezas que

se quieren unir se denomina sonotrodo.

En este procedimiento de soldadura no se produce fusión del material a unir, sino a un

acercamiento de los átomos y a deformaciones elastoplásticas de los materiales. La soldadura se realiza

con solape de las piezas que se van a unir.

Es necesario que las superficies a unir estén limpias de grasas, pero no de óxido, ya que los

movimientos atómicos arrancan los óxidos y otras inclusiones. Esto ha permitido su utilización para la

soldadura de piezas de aluminio o sus aleaciones.

1.3.- SOLDADURA BLANDA Y FUERTE

1.3.1.- INTRODUCCIÓN

La soldadura fuerte y la blanda son técnicas de soldadura heterogéneas. Se realiza entre dos

piezas del mismo metal o de metales diferentes, utilizando como metal de aportación una aleación de

menor temperatura de fusión que la de las piezas a unir.





Para realizar la soldadura se funde el metal de aportación y se calientan las superficies a unir, sin

fundirlas. En esas condiciones la soldadura se produce por la difusión de átomos del metal de aportación

en el metal base dando lugar a una solución sólida.

En la elección del metal de aportación para realizar la soldadura deben tenerse en cuenta los

siguientes puntos:

o El metal de aportación debe tener una temperatura de fusión del orden de 100º C

inferior a la de fusión del metal base.

o Uno de los elementos de la aleación del metal de aportación debe ser capaz de

difundirse en el metal base y formar una solución sólida con él.

o El tiempo y la temperatura de trabajo deben ser lo suficientemente reducidos para que

no se modifique la microestructura del metal base.

El metal fundido no debe tener la capacidad de disolver gases, que después deberían liberarse

durante el proceso de solidificación.

Para realizar la soldadura es necesario que las superficies a unir estén limpias. Durante la

realización de la soldadura se puede producir la formación de óxido, por lo que este tipo de soldadura se

realiza añadiendo fundente. La misión de esta sustancia es mantener limpio el metal fundido, para ello

disuelve el óxido existente y se combina con él formando una capa de escoria ligera que cubrirá a la

soldadura protegiéndola de la oxidación. El fundente no formará parte de la soldadura, el residuo

formado por él quedará inerte sobre la junta soldada.

La temperatura del metal de aportación en el caso de la soldadura blanda es inferior a 400º C, y

en el caso de la soldadura fuerte superior.

1.3.2.- SOLDADURA BLANDA

Es una técnica de soldadura heterogénea, en la que se unen dos piezas metálicas del mismo o de

diferentes metales, mediante una aleación de bajo punto de fusión, inferior a los 400º C.

Para realizar la unión se funde el metal de aportación, pero la temperatura de calentamiento es

baja y los bordes de las piezas a unir no llegan a fundir

Las aleaciones que se utilizan más comúnmente para realizar la soldadura son una aleación

estaño – plomo o estaño – plata. La unión se consigue por la combinación del estaño fundido con los

metales de las piezas a unir. La plata fundida penetra en los metales a unir por capilaridad. El plomo se

utiliza únicamente para abaratar el coste de la soldadura, ya que no tiene afinidad por los metales para

los que normalmente se utiliza esta técnica.

La naturaleza de los fundentes es diferente según el material a unir y el tipo de óxidos que se

originen. Se utilizan por ejemplo: sales o ácidos inorgánicos, como el ácido clorhídrico, que dan buenos

resultados, pero sus residuos deben limpiarse al finalizar la soldadura; resinas cuando la aplicación de la

soldadura exige que no sea conductora de la electricidad.





I ) TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA:

La realización de la soldadura blanda consta de las siguientes operaciones:

• Ajuste de las piezas: Las piezas deben colocarse lo más juntas posibles para que el espacio

entre ellas quede completamente lleno de soldadura. Y deben fijarse para que no se

produzcan desplazamientos entre ellas que debiliten la soldadura.

• Limpieza de las superficies: Esta operación se podrá realizar por procesos mecánicos o

químicos según la naturaleza de la suciedad. Es fundamental eliminar las capas de material

depositadas sobre la superficie para que la soldadura se produzca entre las superficies a unir.

• Aplicación del fundente: El fundente puede depositarse en la junta de unión, una vez estén

limpias y fijadas las piezas a unir. El fundente ejercerá su acción cuando se caliente. También

es común la utilización de varillas de metal de aportación con metal de fundente, para que

este vaya liberándose a la vez que se realiza la soldadura.

• Calentamiento: Como la unión se produce por disolución de un metal en otro es necesario

que el metal a unir esté tan caliente como el metal de aportación, a una temperatura lo

suficientemente elevada para que se produzca la aleación. Para calentar los metales se utiliza

un soldador o cautín, formado por una pieza de cobre con un mango aislante que se calienta

en una fragua, con llama de acetileno, butano... También puede lograrse la fusión del metal

de aportación aplicando directamente una llama.

• Enfriamiento: Durante esta fase, en la que el metal de aportación está en estado líquido, se

deben evitar cualquier movimiento de las piezas hasta que haya solidificado la soldadura.

• Limpieza: Una vez finalizada la soldadura, si se han usado fundentes salinos, hay que

eliminarlos mediante un cepillado y lavado adecuado para evitar que puedan producir

corrosiones.

II ) APLICACIÓN DE LA SOLDADURA BLANDA:

El objetivo fundamental de estas soldaduras no es proporcionar una elevada resistencia, sino

asegurar una conexión firme permanente, no porosa y con continuidad metálica. En las aplicaciones en

que sea necesario habrá que asegurar la resistencia mecánica por otros medios, antes de realizar la

soldadura.

Como se realiza entre metales diferentes es común la formación de pares galvánicos, que en

presencia de humedad pueden originar la corrosión de la soldadura. Para evitar este efecto se protege la

soldadura mediante pinturas o grasas que la aíslen de la humedad.

Este tipo de soldaduras no debe utilizarse a temperaturas elevadas, debido a que la aleación de

la soldadura es de bajo punto de fusión.

Esta soldadura se utiliza en la fabricación de depósitos y recipientes que contengan gases o

líquidos a presión ordinaria. Se utilizan también para establecer buenos contactos en las conexiones

eléctricas.





1.3.3.- SOLDADURA FUERTE

También se denomina soldadura amarilla o dura. La técnica es muy similar a la de la soldadura

blanda, se basa en la utilización de un metal de aportación que funda a una temperatura menor que los

metales a unir y que los moje. La temperatura de fusión de las aleaciones utilizadas como metal de

aportación en esta técnica es superior a los 400º C, y por tanto más próxima a la de los metales a soldar.

Los metales de aportación utilizados se pueden separar en tres grupos:

• Cobre y aleaciones de cobre: Las más usuales son: el cobre puro, que se utiliza para soldar

productos férreos a temperaturas próximas a 1180º C y que tiene gran capacidad de

penetración en las juntas; el latón utilizado también para aleaciones férreas pero a menores

temperaturas; y las aleaciones cobre – fósforo para aleaciones que no contengan níquel ni

hierro.

• Aleaciones de plata: Que se realizan a temperaturas entre 600 y 870º C, evitando

transformaciones indeseables en la estructura de los metales que se unen. Su utilización se

debe a la baja tensión superficial que presenta la plata en estado líquido, produciéndose la

unión debido a la penetración de este metal por capilaridad en el metal base. Las más

utilizadas son las aleaciones latón-plata.

• Aleaciones aluminio – silicio: Que se utilizan para soldar este metal y sus aleaciones

Para evitar la formación de óxidos se recurre a la utilización de fundentes. El tipo de fundente

dependerá de la naturaleza de los óxidos que se formen. Para óxidos de hierro, níquel, plata, zinc.. se

utilizan mezclas de bórax o ácido bórico. Para óxidos de aluminio hay que recurrir a mezclas de cloruro o

fluoruros. Para evitar la utilización de fundentes de puede recurrir a realizar la soldadura en atmósfera

reductora, como puede ser atmósfera de hidrógeno o de amoníaco disociado.

I ) TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA FUERTE:

La realización de una soldadura fuerte implica las siguientes operaciones:

• Diseño y ajuste de piezas: La penetración de la soldadura por capilaridad y su espesor

dependen de la separación de las superficies a unir. La distancia entre las piezas estará entre

0.07 y 0.4mm que producen suficiente capilaridad sin suponer un elevado precio para lograr

el ajuste.

• Calentamiento y aplicación del metal de aportación: Lo más común es aplicar el fundente y

calentar con llama los metales a unir, hasta la temperatura de fusión del metal de aportación,

que se aplica en forma de varilla una vez calentadas las piezas. Se utilizan otras técnicas en

que el metal de aportación y el fundente se colocan en forma de placas o alambres entre la

superficies a unir antes del calentamiento o después de calentar las piezas. El calentamiento

de los metales puede hacerse en la fragua, con soplete, en hornos...

• Enfriamiento: Deben inmovilizarse las piezas mientras se produzca el enfriamiento y

solidificación del metal de la soldadura.





• Limpieza: Se elimina el exceso de soldadura y si se ha utilizado fundente los residuos que

puedan producir corrosión.

II ) APLICACIONES

La soldadura fuerte proporciona una unión con resistencia mecánica, a la fatiga y a la corrosión

bastante superior a la obtenida con soldadura blanda. Suele utilizarse para recargar piezas desgastadas,

reparar defectos en piezas moldeadas y realizar uniones entre metales y materiales cerámicos.

Se utiliza comúnmente para la fijación de las plaquitas de metal duro a los portaherramientas en

las máquinas de herramientas.

UNIVERSIDAD DE EXTREMADURA B L O Q U E I : C O N F O R M A C I Ó N P O R M O L D E O Fecha: 21/10/02 Pág: 14 Dpto. de Electrónica e Ing. Electromecánica

Área: Ing. de los Procesos de Fabricación T E M A 2 . - Soldadura Oxiacetilénica Documento: BloqueIV.doc


2.- SOLDADURA OXIACETILÉNICA 2.1.- SOLDADURA CON LLAMA

La soldadura con llama es un procedimiento por el cual la unión de las piezas se produce por

fusión de sus bordes al calentarlos con la llama generada por combustión de una mezcla de gases. La

soldadura puede ser autógena o utilizar metal de aportación.

La mezcla de gases está formada por un gas combustible, mezclado con aire u oxígeno.

Normalmente se utiliza oxígeno porque se alcanza una mayor temperatura de llama al no tener que

calentarse los gases del aire que no intervienen en la combustión (como el nitrógeno). Las características

que deben poseer los gases combustibles para utilizarlos en soldadura son:

• Temperatura de llama elevada

• Alta velocidad de propagación de la llama

• Elevado poder calorífico

• Mínima reacción química de la llama con el metal base y el metal de aporte.

• Precio y distribución industrial

Los gases combustibles más utilizados son el acetileno, el hidrógeno, el gas natural, el propano,

el butano y el MAPP (metilacetileno propadieno). Como todos están compuestos por carbono e

hidrógeno, por lo que no deberá utilizarse esta técnica para los metales que puedan ser dañados por

carbono, hidrógeno, dióxido de carbono o agua.

La elección de un determinado combustible se realizará en función de la temperatura de llama

que sea necesaria. El acetileno, mezclado con oxígeno, es el gas de uso industrial que produce más calor

en la combustión y el que consigue mayor temperatura de llama. La llama alcanza temperaturas de

3.200° C y puede fundir prácticamente todos los metales comerciales. Se trabaja en el desarrollo de

gases, como el MAPP, que proporcionen en la combustión una temperatura de llama comparable a la del

acetileno.

Esta técnica suele utilizarse cuando no se dispone de un equipo para soldar eléctricamente o por

razones de accesibilidad, pues la varilla a fundir puede acodarse sin dificultades. También se utiliza

cuando la potencia calorífica necesaria no es elevada.

2.2.- MATERIALES DE LA SOLDADURA OXIACETILÉNICA

2.2.1.- EL ACETILENO

El acetileno o etino (H – C ≡ C – H) es un gas combustible, incoloro, más ligero que el aire. Se

inflama a 420º C. Las ventajas del acetileno se deben a las características de su combustión:

C2 H2 + O2 -> 2 C O + H2 + 106.500 cal




Debido al alto calor generado en la combustión se alcanza una temperatura de llama muy

elevada, 3100º C, superior a la de los otros combustibles utilizados.

Los productos de la reacción son reductores, lo que es difícil de obtener con otros combustibles.

Produce una llama muy flexible, ya que es inflamable en proporciones de oxígeno y acetileno de

entre el 3 y el 90%. La llama se puede adecuar a los metales que se quieran unir, variando las

proporciones de oxígeno y acetileno.

Su triple enlace le da una elevada inestabilidad frente a otros compuestos, pudiendo reaccionar

con violencia. El riesgo de explosión constituye el mayor inconveniente de este gas, y puede deberse a

tres causa:

• Mezclado con oxígeno en determinadas proporciones si saltan chispas.

• A presiones superiores a 2 atmósferas sin inflamación exterior.

• En contacto prolongado con metales como cobre, plata, oro o mercurio.

I ) FABRICACIÓN DEL ACETILENO:

La fabricación del acetileno se realiza en generadores, mezclando carburo de calcio y agua. El

carburo de calcio se obtiene calentando en hornos a elevadas temperaturas, carbón con cal en las

proporciones adecuadas y se distribuye troceado en recipientes herméticos debido a su carácter

higroscópico.

3 C + Ca O –> C2 Ca + C O

La reacción que se produce en los generadores es la siguiente:

C2 Ca + 2 H2 O -> C2 H2 + Ca (OH)2 + Q

El acetileno se desprende en forma de gas y se deseca y depura para almacenarlo o embotellarlo.

El calor generado durante su formación debe ser eliminado con exceso de agua.

2.2.2.- EL OXÍGENO

El oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. Constituye el 21% del aire y se puede obtener

mediante dos procedimientos:

• Como subproducto en el proceso de fabricación de hidrógeno mediante la electrólisis del

agua.

• Mediante la destilación fraccionada del aire líquido, que es el método más utilizado.

2.2.3.- METALES DE APORTACIÓN

Los metales de aportación son aquellos que se preparan para ser incorporados a la soldadura

fundidos mediante sopletes con tres objetivos:

• Unir las dos piezas, mediante el cordón de soldadura del metal de aportación depositado en

la junta.




• Rellenar la junta

• Aportar material para rellenar una superficie desgastada, restableciendo las dimensiones

primitivas y proporcionando incluso mejores propiedades superficiales a la pieza.

Las características que debe tener el metal de aportación son:

o El metal de aportación debe utilizarse en forma de una varilla que esté fabricada para

esta finalidad.

o El material debe ser de calidad, ya que su precio es bajo respecto al de consumo de

gases y su importancia en las características mecánicas de la soldadura es elevada.

o El metal de aportación no tiene porque ser el mismo que el metal base. Debe reponer

las pérdidas de algún elemento que se puedan producir durante la soldadura, tanto en el

metal base como en el propio metal de aportación.

o El diámetro de la varilla deberá ser el adecuado según el espesor de las piezas a unir y

el procedimiento de soldadura.

2.2.4.- FUNDENTES

Para que la soldadura ofrezca unas propiedades aceptables, tanto la pieza como el metal de

aporte deben de esta libres de óxidos, grasas o cualquier tipo de suciedad. Los fundentes se añaden

durante el proceso de soldadura para limpiar la soldadura de los óxidos que se formen y evitar la

formación de nuevos óxidos. Estas sustancias reaccionan con los óxidos formados dando origen a una

escoria ligera que flota por encima del baño de fusión y evita el contacto de este con el oxígeno de la

atmósfera.

El fundente debe ser frágil para poder eliminarlo al finalizar la soldadura, ya que normalmente

son corrosivos y podrían dañar la soldadura si permanecieran en contacto con ella.

La cantidad de fundente depende de la superficie de la soldadura. Un exceso de fundente

empeora el acabado de la soldadura y aumenta el coste de la misma. Normalmente se aplica por la

utilización de varillas de metal de aportación revestidas con las materias fundentes, garantizándose la

dosificación exacta.

2.3.- LA LLAMA OXIACETILÉNICA

2.3.1.- ZONAS DE LAS LLAMAS




• Zona de mezcla preliminar (a): la proporción entre oxígeno y combustible en la mezcla

vendrá determinada por el combustible que se esté usando.

• Zona de elevación de temperatura, cono azul o dardo (b): es la zona donde la mezcla se

calienta hasta la temperatura de inflamación, pero sin que se produzca la combustión.

• Zona de inflamación (c): Es la zona dónde se realiza la combustión de la mezcla (completa o

no dependiendo del carácter de la llama), que se conoce como combustión primaria. En esta

zona se produce una elevación brusca de las temperaturas. Es una zona muy fina y brillante.

• Zona de máxima temperatura (d): Es la región de la llama en la que se alcanza la

temperatura máxima y la que se utiliza para realizar la soldadura.

• Zona de mezcla secundaria (e): Es la zona dónde se encuentran los productos obtenidos en

la combustión primaria. Estos productos son los que determinan el carácter químico de la

llama, es decir, si es oxidante, carburante o neutra.

• Zona exterior o penacho (f): es la zona dónde se produce la combustión de los productos

obtenidos en las zonas anteriores, al entrar en contacto con el oxígeno de la atmósfera. Esta

combustión se conoce como combustión secundaria. La llama en esta zona es altamente

oxidante y está cargada de nitrógeno procedente de la descomposición del aire ambiente.

2.3.2.- CARACTERÍSTICAS DE LAS LLAMAS

• Temperatura: La temperatura de la llama debe superar la de fusión de los metales a soldar

para compensar las pérdidas por conducción, radiación y convección. Una llama es mejor

cuanto más alta sea la temperatura que proporciona.

• Carácter químico: Según los metales que se quiera unir y sus características, puede ser

necesario que la llama utilizada tenga carácter oxidante, neutro o carburante. El carácter de

la llama se controlará variando las proporciones de los gases de la mezcla.

o Llama neutra o reductora: Se realiza con una proporción en torno a un volumen de gas

por un volumen de oxígeno. Es la más usual y se caracteriza por un dardo corto y blanco

y un penacho sombreado. La zona soldante de la llama está formada por monóxido de

carbono y hidrógeno atómico (disociado debido a las elevadas temperaturas), con gran

poder de absorción de oxígeno. Este oxígeno lo toma la llama del aire y de los óxidos

metálicos que se encuentran en el metal base y en el de aportación, purificando el baño

de fusión. La reacción de combustión primaria que se produce es según la reacción:

C2 H2 + O2 -> 2 C O + H2

o Llama oxidante: Se obtiene aumentando la proporción de comburente. Es azul y más

corta porque el combustible se quema totalmente en la combustión primaria. En la zona

soldante hay abundancia de oxígeno excedente en la combustión primaria. Ese oxígeno

puede producir reacciones de oxidación en las que se genere calor, por lo que puede ser

interesante si se aportan metales reductores que se oxiden evitando la oxidación del

metal base. Las temperaturas en estas llamas son más elevadas.




C2 H2 + 3/2 O2 -> 2 C O + H2 O

o Llama carburante: Se consigue elevando la proporción de acetileno en la llama. Esta

llama tiene dardo más largo y el penacho blanco y alargado. En la zona soldante hay un

exceso de carbono, que puede utilizarse para carburar el metal base si es de acero.

• Rigidez: Sin variar las características térmicas de la llama, variando el caudal (y la presión)

puede variarse la longitud de la llama haciéndola más corta o blanda o más larga o rígida.

• Estabilidad: La velocidad de salida del gas debe coincidir con la de propagación de la llama,

para que no se produzca el retroceso ni el despegue de la misma.

• Economía: Desde el punto de vista económico, será importante determinar la velocidad de

ejecución y el consumo de gases necesario para realizar la soldadura con una determinada

llama.

2.4.- EQUIPO PARA LA SOLDADURA CON GAS COMBUSTIBLE El equipo para la realizar soldadura con gas consta de una fuente de suministro de gas,

reguladores de la presión del gas, mangueras, sopletes, un encendedor para sopletes, gafas de

protección y varilla de soldadura.

2.4.1.- BOTELLAS

Las botellas son recipientes cilíndricos fabricados de acero de una sola pieza, sin soldadura,

destinados a conservar y transportar gases comprimidos.

I ) BOTELLA DE ACETILENO:

El acetileno no puede comprimirse a presiones superiores a 1,5 atmósferas, con peligro de

explosión. Para embotellarlo a presión se disuelve en acetona, pudiéndose así comprimir a presiones

superiores, 15 Kg/cm2.

Como la acetona tiene aumenta de volumen al disolver en ella acetileno, al consumirse parte del

acetileno, el volumen de la disolución disminuye. El acetileno podría entonces separarse y ocupar ese

volumen, por lo que, al estar la botella a presiones superiores a 1,5 atmósferas, podría causar una

explosión.

Para evitar ese problema la botella se llena con un material poroso empapado en acetona, en la

que está disuelto el acetileno. Con lo que el espacio que quede libre serán las pequeñas celdas que

queden en el material poroso, eliminándose el riego de una reacción en cadena.

El tubo o botella lleva en la parte superior roscado el grifo, por el que se carga y descarga el

acetileno. El grifo será de acero o de una aleación con menos del 70% de cobre y va protegido por un

capuchón para no dañarlo durante el transporte.

En la base, la botella lleva soldada una base para mejorar su estabilidad.




El acetileno se evapora y sale a través de la válvula de cierre, que está unida al manoreductor, a

un tubo de goma que lo conduce al soplete. El caudal de trabajo no debe ser elevado y la botella debe

estar en posición vertical para que no se produzcan arrastres de acetona al interior del soplete.

II ) BOTELLA DE OXÍGENO:

El oxígeno puede distribuirse a presión en botellas de oxígeno o en forma líquida en instalaciones

que tengan un elevado consumo.

Las botellas de oxígeno llevan roscada el grifo en la parte superior dónde se conecta el

manoreductor. Disponen además de una válvula de seguridad que libera oxígeno en caso de que se

produzcan presiones excesivas en el interior de la botella.

2.4.2.- MANOREDUCTORES

El oxígeno y el acetileno de las botellas se encuentran a una presión muy superior a las de

utilización. Para reducir su presión hasta el valor adecuado para realizar la soldadura se utilizan los

manoreductores, que se conectan a la boca de salida del gas de las botellas.

El manoreductor dispone de dos manómetros: uno para medir la presión del gas en el interior de

la botella y el otro para medir la de salida gas. El gas pasa de los manoreductores al soplete a través de

unos tubos de goma, del color que corresponda al gas.

2.4.3.- SOPLETES

El soplete es el elemento que mezcla y controla el paso de los gases para producir la llama

requerida. Está formado por cuatro partes: la empuñadura, el inyector, la cámara de inyección o

mezclador y la boquilla.

Los gases llegan al soplete a través de mangueras de distintos colores y distintas conexiones que

se conectan a las válvulas de admisión situadas en la empuñadura. El interior de la empuñadura está

formado por dos conductos de diferente diámetro, por los que circularán los gases por separado.

Los gases pasan a la cámara de inyección en donde se mezclarán para salir después a través de

la boquilla. Los sopletes suelen estar dotados de un juego de boquillas de distinto tamaño que se roscan

al final de la cámara de inyección. El diámetro de la boquilla se elegirá en función de la necesidad

calorífica, el diámetro será elevado cuando lo sean la conductividad calorífica y el espesor de las piezas a

unir. El consumo necesario es aproximadamente 100 litros de acetileno por hora y milímetro de espesor

de chapa a soldar.




2.5.- TÉCNICA DE SOLDADURA

2.5.1.- MÉTODOS

El soldador normalmente sujeta el soplete con la mano derecha y la varilla de aportación con la

izquierda. Según el sentido de desplazamiento del soplete y la varilla, se distinguen dos procedimientos

de soldadura:

I ) MÉTODO CLÁSICO O “A IZQUIERDAS”:

En este caso, la varilla de soldar va delante del soplete en el sentido de desplazamiento de

ambos. Es la que normalmente se realiza porque es más sencilla de ejecutar ya que se puede ver mejor

la zona que se está soldando.

La llama sale en el sentido en el que se realiza la soldadura por lo que va precalentando el

material que se va a soldar, pero también empuja el material fundido en el sentido de trabajo, por lo que

impide que penetre hasta el fondo.

Estas soldaduras suelen realizarse con menor velocidad de avance y mayor consumo de gases y

metal de aportación, por lo que suelen ser más caras. También se corre el riesgo de que se desfonde el

baño de fusión. No se recomienda para piezas en las que el espesor se elevado, superior a 1.5 mm de

acero o 4 mm de metales no férreos.

II ) MÉTODO A DERECHAS:

En este caso, la varilla de soldar va por detrás del soplete en el sentido de desplazamiento.

La llama sigue calentando el metal fundido anteriormente y lo empuja contra la soldadura ya

terminada, facilitando la penetración.

Con esta técnica se suele obtener una mayor velocidad y un cordón más estrecho, con menor

consumo de gases y metal de aportación. Las características de cordón de soldadura suelen ser mejores.

En ambos casos, la varilla con el metal de aportación debe mantenerse introducido en el metal

fundido para evitar el goteo.

2.5.2.- PROCEDIMIENTO DE REALIZACIÓN DE LA SOLDADURA

I ) MONTAJE DEL EQUIPO DE SOLDADURA

El montaje del equipo se realiza conectando los manoreguladores a las botellas de oxígeno y

acetileno. Las mangueras se conectan a las salidas de los manoreguladores y a las roscas dispuestas en

la empuñadura del soplete. Al soplete se habrá roscado la boquilla que se haya considerado adecuada

para realizar la soldadura.




II ) LIMPIEZA Y PREPARACIÓN DE LAS PIEZAS A UNIR

Para que la unión soldada obtenga las máximas características resistentes, hay que eliminar de

las superficies las posibles partículas extrañas que puedan quedar en el interior de la soldadura. Para ello

se las limpia con limas, papel de esmeril, cepillos...

Posteriormente hay que preparar los bordes de la manera más adecuada para facilitar la unión,

según el espesor de las piezas y la posición relativa de las mismas.

Para evitar deformaciones durante la soldadura se fijan las piezas mediante dispositivos

mecánicos o mediante puntos más o menos próximos de la soldadura.

III ) ENCENDIDO DEL SOPLETE

Se abren lentamente las válvulas de las botellas de acetileno primero y posteriormente la de

oxígeno.

Para regular la presión de trabajo de los gases se abre la válvula de admisión del gas del soplete,

se regula la presión en el manoregulador y se vuelve a cerrar la válvula del soplete. Esta opeación se

hace en primer lugar para el acetileno y después para el oxígeno.

El encendido del soplete se realiza abriendo la válvula de admisión del acetileno del soplete y se

enciende la llama con el encendedor de sopletes. Después se abre la válvula de admisión del oxígeno en

el soplete.

Una vez está la llama encendida se realiza el ajuste de la misma para que tenga las

características necesarias para realizar la soldadura.

IV ) DESPLAZAMIENTO DEL SOPLETE

La inclinación del soplete dependerá del espesor de las piezas que se van a unir. A mayor

espesor, mayor verticalidad debe dársele al soplete.

Para iniciar el cordón de soldadura deberá de acercarse la llama a las piezas a unir e

introduciendo en la llama la varilla del metal de aportación. Cuando empiece a fundirse el metal base, la

varilla debe introducirse en el pocillo de metal fundido que se haya formado.

La velocidad de avance de la soldadura dependerá del espesor de las piezas a unir y de la

potencia del soplete.

V ) APAGADO DEL SOPLETE

Para apagar la llama se cierran las válvulas de acetileno primero y de oxígeno después de

soplete. Después se cierran las válvulas de los cilindros.




Para liberar la presión se realizarán las siguientes operaciones primero con el acetileno y después

con el oxígeno: se abre la válvula del gas del soplete y se afloja el tornillo del regulador de presión

correspondiente, después se vuelve a cerrar la válvula del soplete.

2.5.3.- APLICACIONES

La soldadura oxiacetilénica es la más adecuada para soldar piezas de pequeño espesor y cuando

quieren evitarse los enfriamientos bruscos de la costura que puedan hacerla frágil.

Su utilización está limitada por la temperatura de la llama y su potencia calorífica, inferiores a las

que se obtienen con arco eléctrico, ya que hay que precalentar las piezas mucho si son de gran espesor,

con el consiguiente perjuicio estructural.

2.6.- OXICORTE


Puede definirse como un procedimiento de corte de metales por combustión localizada y

continua, con un chorro de oxígeno.

El metal a cortar se precalienta con una llama1, hasta una temperatura a la cual, en presencia de

oxígeno puro, se produzca una oxidación muy exotérmica del metal. El calor desprendido en la reacción

favorece el proceso de oxidación a través de la pieza a cortar.

Para que un metal pueda cortarse con esta técnica debe cumplir las siguientes condiciones:

• El metal, una vez calentado, debe inflamarse en oxígeno puro y producir una escoria fluida

que sea fácilmente desalojada de la hendidura de corte por el chorro de oxígeno.

• El calor desarrollado en la combustión debe ser lo más elevado posible, sirviendo para

mantener la temperatura de corte.

• La temperatura de ignición del metal debe ser inferior a la de fusión, para que el metal no se

funda antes del corte.

• La temperatura de fusión del óxido debe ser inferior a la de fusión del metal, para que la

escoria formada no obstruya el corte.

• La conductividad calorífica del metal debe ser lo suficientemente baja para que el calor se

concentre en una pequeña zona del mismo.

Estas condiciones sólo las cumplen el hierro puro y los aceros al carbono con menos de 0.7% de

carbono o los de construcción poco aleados.

1 Actualmente también se utiliza un arco eléctrico para realizar el calentamiento.




2.6.2.- EQUIPO PARA EL OXICORTE

El equipo está formado, igual que el de soldadura oxiacetilénica por:

• Botellas de gas

• Manoreductores

• Mangueras

• Soplete

El soplete que se utiliza en el oxicorte es similar al que se utiliza en la soldadura oxiacetilénica,

pero con un conducto adicional para el oxígeno de corte. La empuñadura dispondrá de dos llaves para el

oxígeno y el gas combustible de precalentamiento y una palanca para regular el chorro de oxígeno que

se utilizará para el corte.

Los gases de precalentamiento pasan a través de dos tubos hasta el inyector y la cámara de

mezcla dónde se igualará la presión de ambos y se mezclarán. El oxígeno de corte es conducido a través

de un tubo al punto donde se conecta la boquilla.

La boquilla, normalmente, dispone de un orificio central por donde sale el oxígeno y varios

alrededor por donde sale la mezcla de precalentamiento. Existen también sopletes con dos boquillas en

serie, saliendo por una de ellas los gases de precalentamiento y por la otra el oxígeno de corte.


Área: Ing. de los Procesos de Fabricación TEMA 3.- Soldadura Por Arco Eléctrico Documento: BloqueIV.doc


3.- SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO 3.1.- INTRODUCCIÓN

La soldadura por arco eléctrico es el procedimiento de soldadura más utilizado en la unión de

piezas metálicas. La soldadura se produce por fusión de los bordes de las piezas a unir, debido al intenso

calor originado por un arco eléctrico. Puede realizarse con o sin metal de aportación.

El arco eléctrico es un flujo de electrones, es decir, una circulación de corriente entre dos

elementos conductores de distinta polaridad, a través de un medio gaseoso y que se produce con gran

desprendimiento de energía. En la realización de soldaduras, el arco eléctrico puede establecerse entre

dos electrodos, un electrodo y la pieza o entre las dos piezas a unir.

Existen diferentes formas de lograr el cebado del arco (iniciar el arco). La más común es poner

en contacto los electrodos2 produciendo un cortocircuito entre los bornes del generador al que están

conectados, y originando una circulación de corriente de elevada intensidad. El punto de contacto entre

los electrodos, que es la zona de mayor resistencia eléctrica, se pone incandescente por efecto Joule y en

estas condiciones, el gas que rodea esa zona se ioniza, es decir, se vuelve conductor. Si se separan los

electrodos una pequeña distancia, la corriente continúa pasando originando el arco eléctrico o llama de

soldar. La energía calorífica que se desprende en estas condiciones es elevada, alcanzándose

temperaturas muy elevadas, de hasta 3500º C.

Algunas máquinas de soldadura utilizan una señal de alta frecuencia superpuesta a la que se

utilizará durante la soldadura para lograr el cebado. Se produce entre los electrodos un efecto similar a

una impedancia capacitiva que disminuye cuando aumenta la frecuencia, facilitándose la circulación de

corriente.

Un arco eléctrico también puede saltar entre dos electrodos entre los que se exista una elevada

diferencia de potencial. Sin embargo, este sistema no se utiliza para realizar soldaduras ya que es difícil

controlar el cebado del arco, para evitar que se produjera entre el electrodo y el operario.

3.1.1.- TIPO DE CORRIENTE

En la realización de soldadura por arco, se puede utilizar corriente continua o corriente alterna.

Cuando se utiliza corriente continua, se alcanzan temperaturas más elevadas en el polo positivo, por lo

que se suele conectar a este polo la pieza (polaridad directa), logrando una mayor penetración de la

soldadura y pudiendo utilizar intensidades superiores.

En ciertos casos, sin embargo, interesa conectar la pieza al polo negativo (polaridad inversa).

Cuando se utiliza corriente alterna, la polaridad de la pieza varía en cada ciclo (polaridad invertida).

2 Con el término electrodo se quiere designar a las dos piezas conductoras que se conectarán al generador y entre las que

se vaya a establecer el arco, ya sean las dos piezas que se quiere unir, la pieza y una varilla o dos varillas.




3.2.- SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO CON ELECTRODO DE CARBÓN

3.2.1.- SOLDADURA POR ARCO ENTRE DOS ELECTRODOS DE CARBÓN

Es el procedimiento más antiguo de soldadura con arco.

El arco eléctrico se establece entre dos electrodos de grafito, montados en un portaelectrodos

especial, y se dirigen por medio de un electroimán hacia la junta de soldadura. La unión puede realizarse

sin metal de aportación o introduciendo una varilla de metal de aportación en el baño de fusión. Los

electrodos serán de igual diámetro si se trabaja con corriente continua o de diámetros diferentes si se

trabaja con corriente altrerna.

Este procedimiento está actualmente en desuso.

3.2.2.- SOLDADURA POR ARCO, CON ELECTRODO DE GRAFITO

En este procedimiento se establece el arco eléctrico entre un electrodo de grafito y el metal base.

La soldadura se suele realizar con corriente continua, utilizando polaridad directa, es decir, conectando el

polo positivo a la pieza y el negativo al electrodo de grafito.

El electrodo se conecta al polo negativo para que se consuma lentamente y no se produzca una

carburación del metal base. Reacciona formando monóxido y dióxido de carbono con el oxígeno de la

atmósfera, consiguiendo proteger la zona de la soldadura, aunque suele ser necesaria la utilización

adicional de fundente.

Las soldaduras obtenidas con este procedimiento son de poca calidad y bajo rendimiento, por lo

que se ha reemplazado esta técnica por la de electrodo metálico.

Esta técnica se utilizó en máquinas automáticas de corriente continua para la soldadura en

horizontal de chapas, pero actualmente está en desuso.

3.3.- SOLDADURA POR ARCO CON ELECTRODO REVESTIDO (M.M.A.) 3

3.3.1.- DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Esta es la técnica más común de soldadura actualmente. El arco eléctrico se establece entre un

electrodo recubierto de material fundente y la pieza. El electrodo esta compuesto por una varilla metálica

recubierta por un revestimiento concéntrico de fundente extruído y seco.

El alma de la varilla, que normalmente es del mismo metal que las piezas a unir, actúa como

metal de aportación y por el calor del arco, va fundiéndose y depositándose en la unión formando el

cordón de soldadura.

3 Manual Metal Arc Welding o S.M.A.W. (Shielded Metal Arc Welding, U.S.A.)




3.3.2.- FUNCIONES DEL REVESTIMIENTO

La investigación en este campo ha logrado avances que posibilitan una mejor calidad de la

soldadura, logrando que las características mecánicas de la misma sobrepasen en algunos casos a las del

metal base. El revestimiento estará formado por diferentes sustancias, que tendrán en conjunto las

siguientes funciones:

• Formación de una atmósfera protectora alrededor del metal fundido que evite el contacto de

los gases del aire con el metal fundido. Esta finalidad se consigue incluyendo en el

revestimiento sustancias que se descompongan y combinen con el oxígeno del aire

produciendo monóxido y dióxido de carbono

• Formación de una escoria fluida sobre el metal fundido. La escoria deberá ser ligera para que

decante rápidamente y flote sobre el metal líquido. Su presencia proporciona diferentes

ventajas:

o Aísla el metal líquido del oxígeno y nitrógeno del aire, evitando que reaccionen con el

metal fundido.

o Reacciona con los óxidos, nitruros e impurezas que pudieran estar presentes en el metal

fundido.

o Constituye una barrera térmica que reduce la velocidad de enfriamiento evitando el

temple de la soldadura y favoreciendo el desprendimiento de los gases disueltos.

o En soldaduras verticales, se utilizan revestimiento que originen una escoria que

solidifique rápidamente, constituyendo una barrera física que retenga el metal líquido de

la soldadura.

• Elminación de óxidos y nitruros

• Estabilización del arco y facilitación del encendido introduciendo sustancias que se volatilicen

e ionicen, mejorando la conductividad de la atmósfera que rodea el arco. Esta función es

especialmente importante para facilitar el trabajo con polaridad invertida.

• Adición de elementos de aleación y restauración de elementos perdidos a la soldadura que

proporcionen elevada calidad a la soldadura y compensen las pérdidas de elementos

causadas durante el calentamiento y la fusión.

• Aglutinado de los componentes consiguiendo formar una masa homogénea, con las distintas

sustancias que forman el revestimiento, que se mantenga unida a la varilla y no salte debido

al choque térmico que se produce durante la soldadura.

• Mejora del aspecto de la soldadura y ayudar a dar forma al cordón

• Regulación de la profundidad de penetración, reducción del chisporroteo y direccionamiento

del arco.

El revestimiento debe comenzar a actuar antes de que la varilla metálica funda, por lo que debe

tener una temperatura de fusión inferior a la del metal de aportación y a la del metal base.




La velocidad de consumo de fundente suele ser menor que la del metal de aportación, lo que

produce que el fundente quede prolongado sobre el extremo del alma de la varilla formando una copa

que facilita el direccionamiento y concentración del arco durante la soldadura.

3.3.3.- PROCEDIMIENTO DE REALIZACIÓN DE LA SOLDADURA

• Preparación de las piezas a unir: Se prepararán las superficies a unir y se limpiarán

cepillándolas. Posteriormente se colocarán las piezas en la posición en que se vayan a soldar

y se conectará la pinza de masa a una de las piezas.

• Preparación del electrodo: El electrodo adecuado se elegirá según las propiedades de los

metales a unir, su grosor y preparación y según las propiedades que se le exijan a la

soldadura. El diámetro del electrodo vendrá determinado por el grosor de las piezas. Una vez

elegido el electrodo se colocará en el portaelectrodo, asegurando que ambos extremos del

electrodo están cepillados para lograr un buen contacto y para facilitar el cebado del arco.

• Ajuste del amperaje de trabajo: La intensidad de la corriente de trabajo vendrá determinada

por el espesor de las piezas y el diámetro del electrodo. Se ajustará mediante el sistema de

regulación que lleve la máquina.

• Arranque de la máquina y cebado del arco: Una vez esté conectada la instalación, se

arrancará la máquina y se procederá al cebado del arco, tocando con la punta del electrodo

la pieza que se quiere unir y separándolo después de esta a una distancia aproximadamente

igual al diámetro del electrodo.

• Fijación de las piezas a unir: Antes de comenzar a realizar el cordón se fijarán las piezas a

unir mediante unos puntos de soldadura en sus extremos, con lo que se evitan

deformaciones durante el calentamiento.

• Realización del cordón de soldadura: Se iniciará el cordón de soldadura y se irá desplazando

el electrodo siguiendo un determinado trazado, para una correcta formación del cordón.

• Fin de la soldadura: Una vez se ha finalizado el cordón de soldadura, se separa el electrodo

de la pieza para que se extinga el arco. Se apaga la máquina de soldar y una vez fría la

soldadura, se elimina la escoria que haya quedado sobre su superficie para evitar problemas

de corrosión.

3.3.4.- TIPOS DE ELECTRODOS SEGÚN EL REVESTIMIENTO

Los electrodos revestidos para la soldadura con arco están formados por una varilla metálica

recubierta por una capa uniforme de diversas sustancias. La calidad y aplicación de los electrodos

dependerá entonces del material que constituya la varilla y del tipo de revestimiento.

I ) CLASES DE ELECTRODOS SEGÚN LA VARILLA:

Según el metal que forma la varilla se podrán clasificar los electrodos por su aplicación en la

soldadura de ciertos metales. Se pueden distinguir:




• Electrodos para soldadura de aceros suaves

• Electrodos para soldadura de aceros de gran resistencia

• Electrodos para recargues de gran dureza

• Electrodos para soldadura de aceros inoxidables y resistentes a elevadas temperaturas

• Electrodos para soldadura de la fundición

• Electrodos para soldadura de metales no férreos.

II ) CLASES DE ELECTRODOS SEGÚN EL REVESTIMIENTO:

• Electrodos Ácidos (A): El electrodo está formado por productos desoxidantes que reaccionan

produciendo gran cantidad de escoria, fácilmente eliminable. La gran cantidad de escoria

obliga a utilizar mayor intensidad e inclinación del electrodo. Pueden producirse inclusiones

de escoria en el cordón y problemas de grietas en aceros de baja soldabilidad.

• Electrodos Básicos (B): Carbonato y fluoruro cálcico. Son de manejo más difícil y producen

poca escoria, pero difícil de eliminar. Hay que tener cuidado por su higrocospicidad. Pero son

de consumo abundante en construcción naval y maquinaria.

• Electrodos Celulósicos (C): El componente fundamental del revestimiento es la celulosa, que

se descompone por el calor del arco generando un gas protector. Las soldaduras que se

obtienen están libres de oxígeno, pero tienen gran contenido de hidrógeno. Se producen

salpicaduras por chisporroteo. Proporcionan buena penetración y permiten soldar en todas

direcciones.

• Electrodos de Rutilo (R): El componente fundamental es el Óxido de titanio. La protección la

proporciona la escoria que se elimina con facilidad. Son electrodos fáciles de encender y

reencender con escasas salpicaduras. Son ideales para todo tipo de soldaduras, salvo las que

requieran elevada tenacidad.

3.3.5.- EQUIPAMIENTO PARA LA SOLDADURA POR ARCO

La soldadura por arco se realiza generalmente con una máquina de soldar, que consiste en una

fuente de tensión con dos terminales, a una se conectará el portaelectrodo, mediante el cable de

electrodo, y la otra se conectará a la pinza de masa, mediante el cable de masa o de pieza.


Se utiliza en un gran número de aplicaciones, tanto en taller como en obra, para la soldadura de

materiales de espesor superior a 1.5 mm. Los sectores de mayor aplicación son la construcción naval, de

máquinas, de estructuras, tanques, calderas, recipientes a presión...

La elección del electrodo es decisiva para la calidad de la soldadura. Los catálogos de fabricantes

suelen contener toda la información necesaria para conseguir las mejores calidades en las soldaduras.




3.4.- SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (S.A.W.)4


La soldadura por arco sumergido es una de las técnicas automáticas de soldadura por arco. El

arco eléctrico se establece entre la pieza y un electrodo continuo, en el interior de una sustancia

granulada denominada flux. El electrodo, en esta técnica, no tiene revestimiento, siendo el flux el que

protege al baño de fusión y al arco de la acción de los gases de la atmósfera.

Las máquinas que realizan esta soldadura disponen de un cabezal soldador que se desplaza a lo

largo de la junta de unión, efectuando el cordón de soldadura.

El cabezal sustituye a la pinza portaelectrodo del proceso manual. Dispone de un sistema de

alimentación de la varilla con el que se alimenta la varilla para compensar el consumo de la misma y

mantener la longitud del arco constante. En el cabeza se encuentra también un dispositivo que va

depositando el flux por delante del arco, que en algunos casos se complementa con un aspirador que

recoge el sobrante de granulado detrás del arco.

Esta técnica permite el uso tanto de corriente alterna como continua.

3.4.2.- MATERIALES CONSUMIBLES

I ) ELECTRODOS:

Los electrodos utilizados en la soldadura por arco sumergido, se clasifican, al igual que en las

técnicas anteriores según su composición química.

Se suministran normalmente como alambres sólidos, flejes o bandas en forma de bobina o

carrete, recubiertos de cobre para mejorar la conductividad eléctrica y evitar la corrosión. También se

distribuyen carretes de alambre hueco con flux en su interior.

II ) FLUXES:

Son compuestos minerales mezclados, en composiciones conocidas únicamente por su fabricante.

Se clasifican según las propiedades mecánicas del metal depositado que se obtienen con cada tipo de

flux y un electrodo particular. Además de su composición, el procedimiento de fabricación del flux,

también influye en las características del cordón fabricado.

Según su procedimiento de fabricación los fluxes pueden ser fundidos, cohesionados,

aglomerados o mezclados mecánicamente.

4 Sumerged Arc Welding





Se suele utilizar para unir metales férreos y sus aleaciones y para revestir materiales para evitar

fenómenos de corrosión. La polaridad se elige según el proceso que se quiera realizar y la soldabilidad de

los metales. Así, con polaridad directa (hilo conectado al polo negativo) se consigue una mayor dilución

del material aportado en el metal base, interesante si la soldabilidad de este último es baja, y con

polaridad inversa (hilo conectado al polo positivo) se consigue una menor penetración de la soldadura en

el metal base, por ejemplo en la realización recargues.

Se utiliza únicamente para soldadura horizontal, para evitar derrames de flux, y no es adecuado

si los metales a unir tienen un espesor inferior a 5 mm.

3.5.- SOLDADURA POR ELECTROESCORIA (E.S.W.)5


En esta técnica se hace circular una corriente eléctrica a través de una masa de escorias en

estado líquido, con gran desprendimiento de calor por efecto Joule, debido a la resistencia eléctrica de la

escoria. Es un procedimiento automático.

La soldadura se realiza colocando las piezas a unir a una distancia de entre 15 y 30 mm, con la

junta en posición vertical. Las piezas se apoyan sobre una plancha de acero, que constituirá el fondo, y a

los lados de la junta se colocan unas placas de cobre, refrigeradas por agua que se desplazarán

verticalmente en el sentido de la soldadura, para evitar que se viertan la escoria y el metal fundido fuera

de la junta.

En el interior de la junta se colocan unos hilos de electrodo, cuyo número dependerá del espesor

de las piezas. Para iniciar el proceso se ceba un arco eléctrico entre los hilos y la placa de acero del

fondo, que se mantiene hasta que se llena el hueco del fondo con metal fundido y fundente. A partir de

ese momento, el calentamiento se produce por efecto Joule, debido a la corriente eléctrica que atraviesa

la capa de escoria que flota sobre el metal fundido por debajo de los electrodos.

3.5.2.- MATERIALES CONSUMIBLES

I ) ELECTRODOS:

Los electrodos que se utilizan en este procedimiento son continuos y pueden estar recubiertos de

una guía que también funda durante el proceso. Si no tienen la guía, habrá que utilizar guías externas

que se vayan retirando mediante algún sistema mecánico cuando avance la soldadura verticalmente.

Normalmente se utilizan electrodos sólidos, aunque también se han ensayado electrodos huecos

con núcleo de fundente.

5 Electro Slag Welding




II ) FUNDENTE:

El fundente que se utilice en este proceso debe cumplir una serie de propiedades:

• Tener elevada resistividad eléctrica en estado líquido, para que se produzca calor suficiente

para fundir el metal base y los electrodos.

• Tener viscosidad adecuada, para conseguir los siguientes objetivos:

o Distribución uniforme de la escoria que proporcione un calentamiento también uniforme.

o Decantación fácil de la escoria que flote sobre el baño protegiéndolo y evitando las

inclusiones.

o Fluidez suficiente para que no se produzcan fugas de la escoria líquida a través de las

juntas.


Debido al elevado calentamiento del metal base durante la realización de la soldadura, se

produce una recristalización en el metal que empeora sus propiedades mecánicas. Para evitarlo es

necesario someter a las piezas a tratamientos térmicos posteriores para lograr un refinamiento del grano.

Se utiliza para fabricar placas que por su espesor o dimensiones no se comercialicen y para

fabricación de recipientes de pared gruesa. Es idóneo para soldar grandes piezas de fundición y forja de

acero, aluminio, titanio...

3.6.- SOLDADURA A TOPE POR CHISPA


En esta técnica se produce la fusión de los bordes de las piezas a unir debido a elevado calor que

produce un arco eléctrico que se establece entre las piezas a unir. Cuando se ha alcanzado una

temperatura suficiente, se presionan los bordes de las piezas uno contra otro, produciéndose la unión.

Las dos piezas a unir están conectadas a los bornes del generador. Para cebar el arco, se ponen

en contacto, produciéndose la circulación de una corriente eléctrica de elevada intensidad. Las piezas se

van separándose, y la corriente sigue circulando como arco eléctrico a través del gas ionizado. Cuando

los bordes alcanzan la temperatura adecuada, se interrumpe el paso de corriente y se ponen en contacto

ambas piezas presionándolas una contra la otra. Se produce una deformación del material que es

expulsado hacia el exterior de la soldadura dando origen a un reborde, en el que quedan las escorias.

En el proceso suelen utilizarse atmósferas protectoras de gases inertes, hidrógeno o gas ciudad.





Con esta técnica se producen uniones de gran calidad. Sin embargo se produce cierta pérdida de

material y se modifica la estructura microscópica del metal por el calentamiento sufrido.

Permite fabricar uniones en ángulo sobre chapas, barras, tubos... Puede utilizarse para unir

muchas aleaciones ferrosas y no ferrosas.

Este proceso suele aplicarse para soldar herramientas de acero aleado a mangos de acero

ordinario.


Área: Ing. de los Procesos de Fabricación T E M A 4 . - Soldadura por Resistencia Eléctrica Documento: BloqueIV.doc


4.- SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA 4.1.- INTRODUCCIÓN

4.1.1.- DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO

Las técnicas de soldadura por resistencia eléctrica (E.R.W.)6 se caracterizan porque, para realizar

la unión, combinan el calor derivado del efecto Joule y la acción de una fuerza mecánica relativamente

pequeña.

El calentamiento de las piezas que se quiere unir se realiza provocando una circulación de

corriente a través de ellas, lo que produce disipación de calor por el efecto Joule, según la expresión:

Q = I 2 R t

Donde se aprecia que el calor generado, Q, depende de la intensidad de la corriente eléctrica, I,

del tiempo que ésta circula, t, y de la resistencia que oponen los materiales al paso de ésta.

En estas técnicas las dos piezas a unir están en contacto, y a ellas se conectan dos electrodos. La

circulación de corriente entre ellos se realiza a través de las piezas. En la zona de contacto de las dos

piezas se producirá el mayor calentamiento, porque la resistencia eléctrica es la más alta.

Para que se produzca la soldadura, los electrodos ejercen presión sobre las piezas a unir antes,

durante y después de la circulación de corriente. Las diferentes técnicas que se engloban dentro de la

soldadura eléctrica se diferencian por el modo de aplicar la corriente eléctrica y la presión.

Las soldaduras por resistencia eléctrica se realizan con tensiones reducidas e intensidades

elevadas.

4.1.2.- ETAPAS Y VARIABLES DEL PROCESO DE SOLDEO

En el procedimiento de realización de una soldadura por resistencia eléctrica se pueden

diferenciar cuatro etapas:

• Fase de posicionamiento: en la que los electrodos ejercen una presión sobre las piezas para

mantenerlas unidas.

• Fase de soldadura: en la que se mantiene la presión y se provoca una circulación de

corriente a través de las piezas, que se mantiene hasta que se alcanza la temperatura

requerida.

• Fase de forja: en la que, ya sin circulación de corriente, se aumenta la presión de lops

electrodos produciéndose un recalcado en el punto de soldadura.

• Fase de cadencia: en la que se reduce la presión hasta liberar las piezas ya soldadas.

6 Electrical Resistance Welding




La soldadura por resistencia eléctrica, en la mayoría de los casos, se realiza con un alto grado de

automatización, en lo que se refiere a la aplicación secuencial de presión y corriente.

4.1.3.- VARIABLES DEL PROCESO DE SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA

Las variables que controlen el resultado de la soldadura será aquellas que influyan en el

calentamiento y en la presión:

I ) INTENSIDAD DE CORRIENTE Y TIEMPO DE SOLDADURA:

La magnitud de la corriente de soldeo y el tiempo que ésta circula determinan el calor que se

produce por efecto Joule, fijando el resto de parámetros. El producto I 2 t , deberá ser suficiente para

alcanzar la temperatura de fusión del metal y compensar las pérdidas, sin extender demasiado la fusión.

Pero se puede obtener una misma cantidad de calor, utilizando diferentes valores de la

intensidad durante el tiempo necesario. Las soldaduras que se realizan con intensidades muy elevadas

circulando tiempos cortos, proporcionan puntos rígidos poco resistentes a la fatiga. Con tiempos más

largos e intensidades menores se fabrican soldaduras más tenaces, pero los tiempos deben ser

suficientemente cortos para que el calor no se difunda y altere la estructura metalúrgica del resto del

metal base.

II ) RESISTENCIA ELÉCTRICA DE LA UNIÓN

Al cerrar el circuito, entre los electrodos se pueden distinguir resistencias eléctricas de diferentes

orígenes conectadas en serie. Estas serán:

• Resistencia del contacto electrodo-pieza

• Resistencia del metal base

• Resistencia de contacto entre las piezas

El valor de la resistencia del metal base, vendrá dado por el material y el espesor de las piezas a

unir.

La resistencia del contacto del electrodo y la pieza es un valor que interesará que sea pequeño,

para que no quede marcada la superficie de la pieza. Esta resistencia crecerá por el desgaste y deterioro

de los electrodos, por la falta de limpieza y acabado rugoso de la pieza y cuando la presión de apriete sea

baja.

La resistencia de contacto entre las dos piezas a soldar es el valor que interesa que sea mayor,

para que se produzca la fusión del metal. Su valor dependerá de la presión con que estén apretadas las

piezas, de sus acabados superficiales y de su limpieza.

III ) FUERZA APLICADA EN LA FASE DE FORJA

Durante la fase de soldadura, la presión influye en el valor de las resistencias eléctricas que se

forman. En la fase de forja, la presión determina la estructura con la que solidificará el metal que se ha




fundido. Al aplicar la presión se consigue una estructura de grano fino que mejora las cualidades

mecánicas del punto de soldadura.

4.1.4.- VENTAJAS DE LA SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA

• Gran velocidad de soldadura

• Calentamiento localizado y muy rápido, no dando tiempo al crecimiento de grano.

• Se pueden soldar piezas de diferentes espesores y diferentes materiales e incluso con

recubrimientos superficiales.

4.2.- SOLDADURA ELÉCTRICA POR PUNTOS7


La forma más común de realizar la soldadura eléctrica es por puntos y se denomina así, porque

la soldadura está formada por zonas circulares que están espaciadas regularmente.

Las piezas a unir se colocan solapadas una sobre otra. Mediante dos electrodos se provoca la

circulación de corriente (de elevada intensidad) y se realiza la presión necesaria para la soldadura,

produciéndose un punto de soldadura de forma lenticular.

Los parámetros que habrá que fijar para diseñar esta soldadura son:

• Solape de las chapas:

• Diámetro de la punta de los electrodos: Dependerá del espesor y material del metal base.

Diámetros elevados producen un mayor valor de la corriente, produciéndose

sobrecalentamiento y oxidación del metal próximo a la soldadura; y si es demasiado

pequeño, la soldadura suele tener baja resistencia mecánica. Si se están soldando piezas de

7 Spot Welding




distinto metal se podrán utilizar dos electrodos con diámetro diferente en la punta (se

compensa el calor en ambos metales).

• Distancia entre puntos consecutivos: Dependerá de la conductividad de los metales. Si la

distancia es demasiado pequeña, parte de la corriente circulará por el punto de soldadura

anterior, en lugar de por la zona situada entre los electrodos.

4.2.2.- ELECTRODOS

Debido a la forma de operación de los electrodos, estos deberán estar fabricados con materiales

que posean buenas características eléctricas, térmicas y mecánicas.

• Características eléctricas: Los electrodos deben poseer una elevada conductividad, para que

no se produzcan pérdidas al circular por ellos corrientes elevadas.

• Características térmicas: Los electrodos no deben calentarse, para que no se suelden ellos

mismos al metal base. A veces se fabrican huecos con refrigeración por agua o aceite, muy

próxima a la punta. Además deben disipar el calor de la zona de soldadura.

• Características mecánicas: Los electrodos deben soportar sin deformarse las elevadas

presiones con las que se trabaja.

Normalmente se fabrican de aleaciones de cobre con Cr, Be... según aplicaciones. Para soldar

cobre o aleaciones ricas en este elemento se utilizan electrodos de cobre aleados con wolframio.

El diámetro del electrodo deberá ser elevado para que su resistencia eléctrica sea baja. El

diámetro de la punta se elegirá según los metales y espesores con que se trabaje.

4.2.3.- TIPOS DE SOLDADURA ELÉCTRICA POR PUNTOS

I ) MÉTODOS DIRECTOS:

En este caso cada una de las piezas está conectada a un polo del generador, circulando la

corriente de una pieza a la otra y produciéndose un único punto de soldadura cada vez. Los dos

esquemas más comunes son:

• Dos electrodos enfrentados, apoyados cada uno sobre una de las piezas.

• Un electrodo apoyado sobre una de las piezas, mientras que la otra se apoya sobre una base

conductora y se conecta directamente al generador.

II ) MÉTODOS INDIRECTOS:

En este caso, ambos polos se conectan a la misma pieza, uno de ellos mediante un electrodo y el

otro directamente. La circulación de corriente se produce a través de ambas piezas.

Ambas piezas suelen estar apoyadas sobre soporte contra el que se ejerce la presión, que se

denomina contraelectrodo.




III ) MÉTODO POR PUNTOS MÚLTIPLES:

Al igual que en los métodos indirectos, los dos polos están conectados a la misma pieza. Pero la

conexión se realiza mediante dos electrodos, produciéndose dos puntos de soldadura simultáneamente.

Las máquinas de este tipo estarán equipadas con un determinado número de pares de electrodos.

Cuando se quiere lograr un buen acabado superficial en el que no se noten exteriormente los

puntos de soldadura, se recurre a un método que utilice contra-electrodo, apoyando sobre él la superficie

en la que no se quiera que queden huellas.


Se utiliza para la soldadura de chapas finas en la industria del automóvil, aeronáutica, aparatos

electrodomésticos, maquinaria agrícola, carpintería metálica...

4.3.- SOLDADURA ELÉCTRICA POR RESALTES O PROTUBERANCIAS8


Este proceso es una variante de la soldadura por puntos, en el que se realiza un proceso de

preparación previa a las placas. Esta consiste en realizar unos resaltes en el metal base, donde se quiere

que exista un punto de soldadura.

Los resaltes se realizan por embutición, y su finalidad es conseguir concentrar la circulación de

corriente y la presión ejercida en el punto en el que se localiza la soldadura. La circulación de corriente se

realiza únicamente a través de las protuberancias y cuando se ejerce la presión en la etapa de forja,

estas quedan aplastadas.

La forma de los resaltes es variable, pueden ser esféricos o alargados, según la soldadura que se

quiera fabricar.

8 Projection Welding




4.3.2.- ELECTRODOS

Los electrodos que se utilizan en esta técnica son de punta plana, y normalmente de mayor

diámetro que los que se utilizan en la soldadura por puntos para poder abarcar varias protuberancias

simultáneamente.

4.3.3.- VENTAJAS Y APLICACIONES

La soldadura por resistencia eléctrica con protuberancias es más rápida que la soldadura por

punto. Se puede aplicar para soldar piezas de mayores espesores que en la por puntos. Además es más

económica, consumiéndose menos densidad de corriente y produciéndose un menor desgaste de los

electrodos.

La desventaja se debe a la necesidad de dar una preparación previa a las placas.

Se aplica sobre todo a la unión de placas estampadas ya que las protuberancias pueden

realizarse con las mismas estampas con que se fabrican las chapas.

4.4.- SOLDADURA ELÉCTRICA POR COSTURA9


En esta técnica de soldadura por resistencia eléctrica, los electrodos son dos discos giratorios,

entre los que avanzan las piezas a soldar. Al igual que en casos anteriores, la misión de los electrodos es

conducir la corriente hasta las piezas y ejercer presión sobre ellas.

La costura que se fabrica está formada por puntos de soldadura solapados, constituyendo una

unión estanca. Con esta técnica se pueden realizar costuras tanto longitudinales como transversales.

4.4.2.- MÉTODOS DE SOLDADURA POR COSTURA

Según el movimiento y la circulación de corriente podemos diferenciar:

• Movimiento de avance de las piezas y costura continuos.

• Movimiento de avance de las piezas continuo y costura intermitente.

9 Seam Welding




• Movimiento de avance y costura intermitentes.

4.4.3.- ELECTRODOS

Los electrodos pueden ser dos discos o un disco y una barra (soldadura por costura a tope).

Pueden estar fabricados de cobre puro o de aleaciones de cobre según el material que se quiera soldar.

Al igual que en la soldadura por puntos, para evitar el calentamiento de los discos, estos

disponen de un sistema de refrigeración por agua.

El avance del material que se va soldando puede deberse al giro de los discos si uno de estos es

accionado, o aun dispositivo externo, siendo ambos discos libres en ese caso.


Se utiliza principalmente para fabricar depósitos estancos de paredes delgadas (0.05 a 3 mm),

tubos, cubos... No es recomendable utilizar esta técnica para soldar cobre o aleaciones con elevado

contenido de cobre.

Es muy importante la limpieza de las superficies, ya que no se puede compensar el efecto de la

suciedad con mayor presión o tiempo de soldadura, como en la soldadura por puntos.

4.5.- SOLDADURA ELÉCTRICA A TOPE


En este procedimiento las piezas a soldar se colocan sujetas con mordazas, y con los extremos a

soldar enfrentados a tope. Las mordazas que sujetan las piezas son de material conductor y realizan las

funciones de los electrodos.

Se hace pasar una corriente a través de las piezas y se presionan. El material de los bordes a

unir, debido al calentamiento habrá pasado a estado de fluencia, y por acción de la presión fluirán hacia

el exterior, dejando en la zona unida una deformación.


Las superficies de contacto deben ser paralelas y estar muy limpias.

La principal aplicación es la soldadura de alambres, barras, tubos y perfiles, aros y eslabones. Las

limitaciones vienen dadas por la potencia de la máquina.




4.6.- SOLDADURA DE ALTA FRECUENCIA10


En este procedimiento el calentamiento del metal a soldar se realiza mediante corrientes

inducidas en el metal base, para ello se utiliza una corriente de alta frecuencia, entre 10 y 500 kHz.

En materiales con permeabilidades elevadas, cuando se trabaja con esos valores de frecuencia,

las corrientes inducidas se concentran superficialmente (efecto piel11), siendo esta una de las principales

ventajas de este procedimiento.

En este procedimiento la presión se suele ejercer con dispositivos independientes de los

electrodos, que tienen la única misión de transmitir la corriente eléctrica.


La aplicación principal es la fabricación de tubería con soldadura longitudinal y helicoidal. Un tren

de engranajes conforma el tubo a partir de un fleje de acero, y por las corrientes inducidas se lleva la

superficie hasta la temperatura de fusión comprimiendo los bordes mediante unos rodillos.

El procedimiento es muy eficaz con aceros de bajo contenido de carbono, decapados o

galvanizado. También se pueden soldar aceros inoxidables, aluminio, latón...

10 High Frecuency Resístanse Welding

11 Skin Effect


Área: Ing. de los Procesos de Fabricación T E M A 5 . - Otras técnicas de soldadura Documento: BloqueIV.doc


5.- OTRAS TÉCNICAS DE SOLDADURA 5.1.- SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES (E.B.W.12)


La soldadura por haz de electrones es un proceso autógeno (en la mayoría de los casos) que

utiliza electrones de elevada velocidad para fundir y unir metales con un aporte de calor mínimo y una

distorsión pequeña.

Los electrones se generan mediante el calentamiento de un cátodo de metal refractario, en un

entorno de alto vacío. Debido a la tensión que se aplica entre el cátodo y un ánodo, los electrones se

aceleran y dirigen hacia el ánodo convergiendo en un haz. La emisión de electrones puede también

deberse a un filamento incandescente que se coloca en el interior del cátodo, que produce que los

electrones emitidos converjan hacia el ánodo.

El haz de electrones se acelera a velocidades próximas a la mitad de la velocidad de la luz y

atraviesa un pequeño agujero en el centro del ánodo, continuando en dirección a la pieza. Cuando el haz

ha atravesado el ánodo, la repulsión entre los electrones produce la divergencia del haz. Para

contrarrestar este efecto, se utilizan sistemas de lentes electromagnéticas que provocan la convergencia

del haz, pudiéndose controlar también el tamaño del punto de enfoque sobre la pieza.

Los electrones de alta velocidad, chocan contra el metal base penetrando ligeramente por debajo

de la superficie y transformándose su energía cinética en calor, que eleva la temperatura en el punto de

impacto. La sucesión de electrones golpeando el mismo lugar provoca la fusión y evaporación del metal

base. Los electrones siguientes atraviesan el vapor del metal mucho más fácilmente que el metal líquido,

por lo que penetran más profundamente en el metal base. El ancho de la penetración es

12 Electro Beam Welding




extremadamente estrecho. Esta operación continua hasta que el haz finalmente emerge por la base del

trabajo, dejando un agujero lleno con una columna central de vapor rodeada por líquido.

Una vez se ha establecido el agujero en el material, la soldadura se realiza trasladándolo a lo

largo de la junta. Esto puede realizarse moviendo el haz o la pieza de trabajo. El material que queda por

detrás del agujero que avanza solidifica cuando se quita la fuente de calor.

La óptica electrónica permite concentrar la energía de soldadura en una zona muy pequeña,

consiguiéndose densidades de energía muy elevadas.

5.1.2.- PARÁMETROS DE LA SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES

Un mismo dispositivo de soldadura por haz de electrones puede utilizarse para diferentes

aplicaciones, controlando los parámetros que gobiernan el proceso, ya sea de forma manual o

automática. Los parámetros que se pueden controlar son:

• La velocidad de los electrones (voltaje de aceleración)

• El número de electrones en el haz (temperatura de calentamiento)

• Densidad energética en la unión (mediante el enfoque del haz)

• Velocidad de avance de las piezas de trabajo

5.1.3.- SOLDADURA CON HAZ DE ELECTRONES A PRESIÓN ATMOSFÉRICA

El haz de electrones debe ser generado en un ambiente de alto vacío. La pieza de trabajo, sin

embargo, puede estar en ambiente de alto vacío, medio vacío o presión atmosférica, según la aplicación

metalúrgica y características requeridos.

La mayor relación profundidad-ancho y las mayores distancias entre el generador del haz y la

junta de unión se alcanzan colocando la pieza de trabajo en ambientes de alto vacío.

La soldadura por haz de electrones con la pieza a soldar a presión ambiente se ha utilizado en

industrias en las que se requerían elevadas productividades y bajo calentamiento de la pieza de trabajo.

El haz de electrones se genera en una cámara de alto vacío y se concentra para que pase a través de un

orificio, que conecta cámaras a presión ascendente. El agujero por el que atraviesa el haz deberá ser

muy pequeño para que se minimice la entrada de aire al sistema de vacío.

La pieza debe colocarse próxima al orificio (a menos de una pulgada) para evitar la difusión del

haz. La soldadura que se realiza es más ancha que en el caso de alto vacío, lo que puede ser una ventaja

si no se puede conseguir una colocación ajustada de las piezas. En el caso de que sea necesario, es

posible añadir metal de aportación

5.1.4.- VENTAJAS Y APLICACIONES DE LA SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES

La principal ventaja de la técnica de soldadura con haz de electrones es la baja distorsión y

calentamiento de las piezas. La zona de soldadura que se produce es más estrecha que con cualquier

otro proceso.




Con esta técnica se consigue una elevada penetración, lo que permite trabajar con una sola

pasada en piezas de espesor grande. La zona fundida es muy pequeña, llegando a tener un volumen 20

veces inferior al caso de la soldadura TIG.

Cuando se realiza en vacío, no se produce la contaminación de las piezas a soldar.

Debido a esas características, esta técnica está especialmente indicado para soldaduras que

requieran mínima distorsión y contracción durante la soldadura, soldadura de recipientes al vacío, en los

que interese mantener el vacío durante la soldadura, soldaduras a realizar en proximidad de

componentes o dispositivos sensibles al calor...

Se utiliza en la industria aeroespacial, nuclear, de automoción.

Se puede aplicar a casi todos los metales, acero inoxidable, de elevada resistencia, aluminio,

titanio, metales refractarios que no pueden fundirse con otras técnicas... La soldadura se puede realizar

entre materiales de distintos espesores e incluso entre materiales distintos (si son soldables).

Esta técnica no es aplicable en ciertos materiales como la fundición, ni en materiales que posean

un magnetismo remanente elevado.

Otras desventajas son el coste y los problemas de alineamiento del haz, ya que debido a la

estrechez de la zona a soldar el haz debe estar correctamente alineado.

5.2.- SOLDADURA LÁSER


El rayo láser13 es un haz electromagnético coherente, monocromático y de alta direccionalidad,

capaz de concentrar una gran cantidad de energía en un pequeño punto. En la técnica de soldadura con

láser, se utiliza la energía de este rayo para calentar y fundir los bordes de las piezas a unir,

produciéndose la unión al solidificar el metal.

El rayo láser se genera por la amplificación de un rayo luminoso dentro de una cavidad resonante

formada por dos espejos, uno totalmente reflectante y otro sólo parcialmente, a través del cuál se extrae

el rayo. En soldadura se emplean principalmente dos tipos de láser que se distinguen según el medio en

el que tiene lugar la amplificación:

- medio sólido: YAG-Nd (Ytrio-Aluminio-Granate/Neodimio)

- medio gaseoso: CO2

Los primeros son de escasa potencia y se emplean en las soldaduras de pequeña sección.

13 Light Amplification by Stimulated Emisión of Radiation




El rayo láser se conduce, a través de un tubo estanco lleno de aire filtrado, hasta un dispositivo

óptico que lo concentre en un punto de la pieza. En soldadura de baja potencia (láser YAG-Nd o láser de

CO2 de menos de 1 kW), el dispositivo óptico puede estar formado simplemente por una lente. En niveles

altos de potencia pueden producirse salpicaduras del metal líquido que deteriorarían la lente, por lo que

se usan espejos metálicos que no se ven deteriorados por las gotas de metal líquido.

En este tipo de soldadura es habitual la utilización de algún gas protector, que evite la oxidación

del metal base. Los más comunes son el argón y el helio. El argón es más pesado que el aire y

proporciona buena protección, sin embargo se ioniza fácilmente y tiene una baja conductividad térmica.

Cuando se trabaja con rayos de CO2 de elevada energía, se produce vapor metálico ionizado. Los

electrones liberados por el vapor, así como los aportados por el argón, consumen energía del rayo láser.

Además, al no disiparse el calor, aumenta la temperatura del vapor, favoreciéndose aún mas la

ionización. En estos casos el Helio es más adecuado porque refrigera el vapor metálico y aporta menos

electrones procedentes de su ionización.

El láser es concentrado sobre un punto de la pieza, consiguiéndose una elevada densidad de

energía que dependerá del tamaño del punto y del láser. El rayo láser contiene radiaciones visibles y

infrarrojas y, como los metales en estado sólido tienen una elevada reflexión para esas radiaciones, una

gran parte de la energía es reflejada. Debido a la elevada conductividad de los metales, la energía

absorbida es rápidamente transmitida por conducción, por lo que para alcanzar la fusión, los rayos deben

ser de elevada energía.

Dentro de la soldadura láser se distinguen dos variantes del proceso:

• la soldadura por penetración y

• la soldadura por conducción.




5.2.2.- SOLDADURA POR PENETRACIÓN O KEYHOLE

Los metales en estado líquido reflejan una fracción mucho menor de la energía incidente. Una

vez se ha logrado la fusión del metal, la absorción de energía aumenta bruscamente, produciendo una

concentración de calor suficiente para elevar la temperatura del metal por encima de la de ebullición. El

metal de la zona sobre la que incide el rayo pasa a estado gaseoso y se forma un canal alrededor del haz

luminoso lleno de vapor, que permite y facilita la penetración del rayo.

Cuando se ha producido la penetración, la mayor parte de la energía del láser incidente es

convertida en calor. Parte es absorbida por el vapor metálico y otra parte se refleja alrededor en el

interior del canal cediendo energía en cada reflexión.

En este proceso, el láser puede producir soldaduras profundas y estrechas, ya que la energía es

distribuida en la zona por el canal de vapor. Se pueden lograr profundidades de hasta 8 veces el ancho

del canal.

Este suceso se produce en microsegundos en materiales como el acero. Se trata de un proceso

umbral, ya que una vez ha penetrado el láser, la absorción de energía es elevada. Cuando se trabaja con

potencias alrededor del valor umbral pueden producirse defectos en la soldadura.

5.2.3.- SOLDADURA POR CONDUCCIÓN

La soldadura láser puede realizarse también sin penetración, manteniendo una irradiancia baja.

Cuando se realiza de esta forma se denomina proceso de soldadura por conducción. Suele realizarse con

láser YAG-Nd, en lugar de láser de CO2, ya que el metal sólido absorbe mayor proporción de energía de

estos rayos. La absorción de energía del metal en estado líquido es similar en ambos casos.

El aumento de absorción se produce de forma muy brusca en el CO2, llegándose rápidamente a

la vaporización, una vez se funde el metal. Con los láser YAG-Nd, el aumento de absorción es menos

brusco, y el margen para alcanzar la vaporización es mayor.

En este proceso no hay vaporización. La absorción de energía se realiza por la superficie de la

soldadura, transmitiéndose al interior del metal por conducción y convección. Las soldaduras que se

producen tienen sección semicircular, con una profundidad igual o inferior a la mitad de la anchura de la

soldadura.




5.2.4.- APLICACIONES Y VENTAJAS

La técnica de soldadura láser es precisa, con baja aportación de calor, ideal para una producción

automatizada. Tiene menor coste que la soldadura por haz de electrones, no necesita cámaras de vacío,

no se ve afectada por el electromagnetismo ni genera rayos X. Suele ser autógena debido a su precisión

y a la estrechez del baño de fusión, lo que dificultaría la colocación del metal de aportación.

Se puede utilizar para soldaduras a tope o a solape. La soldadura a tope proporciona el mayor

aprovechamiento de energía y la mayor velocidad de fabricación, sin embargo si no se puede asegurar

bajas tolerancias en la fijación de las piezas se realizan por solape.

Se utiliza para soldar aceros inoxidables, acero al carbono, titanio, aluminio, o metales diferentes.

Las aplicaciones más importantes están en la industria del automóvil, aeronáutica...

5.3.- SOLDADURA POR EXPLOSIÓN (EXW)


La soldadura por explosión es un proceso de unión de metales en estado sólido. Utiliza la fuerza

originada en una detonación controlada para lanzar un metal contra otro, sometiendo las superficies de

unión a elevadas presiones. Esto causa una deformación plástica en forma de onda en las superficies de

los metales a unir que quedan mecánicamente enclavados.

La soldadura por explosión se utiliza principalmente para la fabricación de chapas bimetálicas a

partir de chapas de los metales que la compongan.

El proceso es muy rápido, por lo que el calor generado en la detonación no llega a transmitirse a

los componentes metálicos. La unión se produce sin calentamiento y sin formación de baño de fusión,

por lo que las características metalúrgicas de estas soldaduras serán diferentes a las de las soldaduras

por fusión. No se modificarán las propiedades mecánicas y microestructura de los metales base, ni se

formará una estructura continua en la unión por solidificación.

Zonas de unión en soldaduras por explosión: a) metales iguales; b) y c) metales distintos





I ) PREPARACIÓN DE LAS SUPERFICIES:

Las dos superficies a unir deben ser tratadas previamente para que adquieran una rugosidad

uniforme, que dependerá del material y el grosor de las placas metálicas. Los valores de rugosidad

suelen estar entre Ra = 1 y 3 µm.

II ) MONTAJE:

Las placas se colocan paralelas, separadas una determinada distancia. La placa fija, que es

normalmente la más gruesa, se coloca sobre una superficie de apoyo. La placa móvil se apoya sobre la

fija, mediante unos soportes en sus extremos. Estos son fácilmente expulsados del sistema durante la

unión, por lo que no es importante de qué material estén fabricados.

Cuando la placa móvil es de gran tamaño, puede pandear si solo se apoya sobre los soportes

externos, por lo que se hace necesario disponer una serie de soportes entre las placas para mantener la

distancia de separación. Estos soportes deberán ser ligeros para que puedan ser arrastrados por el

chorro, o quedar como inclusiones metálicas dentro de la soldadura. Es común que se fabriquen de cintas

de metal o de espuma.

III ) CARGA DEL EXPLOSIVO:

Alrededor del borde de la placa móvil se coloca un marco para contener el material explosivo. La

altura del marco se calculará para lograr en la explosión una determinada energía específica por unidad

de superficie.

El material explosivo se elegirá para conseguir una determinada velocidad de detonación (que es

la velocidad con que avanza el frente de detonación por la capa de explosivo), elegida en función de los

metales a unir. El explosivo, que puede ser granular o líquido, se coloca sobre la placa móvil distribuido

uniformemente. El detonador se coloca en una localización adecuada en la superficie de la placa.

El rango de detonación requerido para la soldadura por explosión es inferior al de los explosivos

más comercializados. Consecuentemente, la mayoría de los usuarios de esta técnica usan mezclas de

explosivos propias. Las características apropiadas de detonación pueden alcanzarse por mezclas de

explosivos comerciales como amatol, dinamita o NCN.

IV ) PROCESO DE UNIÓN:

El detonador o carga iniciadora se enciende eléctricamente, originando un frente de detonación

que avanza a lo largo de la capa de explosivo a la velocidad de detonación. La explosión lanza la placa

móvil contra la fija con un determinado ángulo y velocidad de impacto. El impacto resultante produce un

presión muy alta y localizada en el punto de choque.




Durante el proceso de unión, las

capas atómicas superficiales de ambas

placas pasan a estado plasma y el impacto

lo expulsa en forma de chorro, arrastrando

las impurezas de las superficies a unir. El

espesor restante no se ve afectado por el

calor. Las superficies limpias son las que

impactan a grandes presiones y se forma un

borde de unión consistente en una

transición brusca de la placa fija a la móvil,

sin fusión ni difusión y sin variar las

propiedades de los metales originales.

V ) ALISADO:

La energía de unión genera una

deformación elevada, haciendo necesario un alisado o enderezado previo a operaciones posteriores. El

equipamiento necesario es del mismo tipo que el usado en la fabricación de las placas.

VI ) PREPARACIÓN DE LA PIEZA (DEL PRODUCTO) REQUERIDA:

Debido a los efectos del proceso en los bordes, es una práctica habitual cortar el producto de una

placa más grande, después de unirla. Las opciones del proceso varian con la combinación de metales e

incluyen oxicorte, corte por plasma, corte por chorro de agua, serrado y mecanizado.

VII ) TRATAMIENTOS TÉRMICOS:

La mayoría de los sistemas metálicos no requieren procesos posteriores de tratamientos

térmicos. Sin embargo, algunas combinaciones proporcionan propiedades superiores si se eliminan las

tensiones residuales después de la unión.

5.3.3.- PARÁMETROS DE CONTROL DEL PROCESO

La calidad de la unión se logra eligiendo previamente los parámetros adecuados para el proceso,

ya que durante la realización de esta soldadura no es posible ajustarlos. Al realizar una soldadura por

explosión hay que considerar los metales que se estén combinando, sus propiedades y el grosor de las

planchas y elegir los parámetros del proceso para lograr unas condiciones adecuadas en la colisión.

Los parámetros que controlan el proceso son el grado de preparación de las superficies a unir, el

material explosivo (que determina la velocidad de detonación), la carga de explosivo (que determina la

energía específica liberada) y la distancia de separación entre las placas.

Las condiciones de impacto que determinan la calidad de la unión son:




• Velocidad de avance del punto de impacto: Si las placas son paralelas coincidirá con la

velocidad de detonación. Valores pequeños producen borde de unión planos, lo que puede

interesar si es primordial mantener una buena conductividad eléctrica. Si los valores son muy

elevados, no se produce el chorro de material en estado plasma y no se limpian las

superficies.

• Velocidad de impacto: Es la velocidad con que choca la placa móvil contra la fija. Su valor se

deberá elegir según las propiedades de los metales. Debe ser lo suficientemente elevada

para que se produzca la unión, pero tiene un valor máximo controlado por la carga de rotura

del material y que evite una fusión local en el impacto.

• Ángulo de impacto: Es una variable controlada por la velocidad de detonación y la distancia

de separación. Para que se produzca el chorro de plasma este ángulo debe superar un valor

mínimo. Los valores más normales están entre 5 y 25º.

5.3.4.- APLICACIONES DEL PROCESO

La soldadura por explosión se utiliza comúnmente para fabricar chapas bimetálicas. Con esta

técnica no aparecen los problemas derivados de la fusión de los metales y de la formación de

compuestos intermedios, por lo que logra combinar metales considerados insoldables por las técnicas

ordinarias.

La operación más frecuente es la soldadura de chapas planas. Pueden soldarse dos chapas del

mismo metal, de dos metales diferentes, pueden soldarse múltiples capas (hasta de 50 láminas

individuales simultáneamente) o revestir una placa de metal pesado por ambos lados simultáneamente

con un montaje vertical.

Se utiliza también para unir cilindros concéntricos. En este caso, el explosivo puede colocarse en

el interior del cilindro interno o por fuera del externo, dependiendo del diámetro y el grosor.

El revestimiento logrado con esta técnica posee una densidad igual a la del material de partida,

característica que distingue este procedimiento de otros utilizados para revestir.


Área: Ing. de los Procesos de Fabricación T E M A 6 . - Calidad de la Soldadura Documento: BloqueIV.doc


6.- CALIDAD DE LA SOLDADURA 6.1.- INSPECCIÓN DE LAS SOLDADURAS

Cuando se diseña una unión soldada se debe establecer el grado de calidad necesario en cuanto

al desempeño de su función y al aspecto de la soldadura. El procedimiento de aplicación de la soldadura

deberá estar ajustado para alcanzar las características que se le exigen a la unión.

Para controlar la calidad de las soldaduras existen diferentes métodos de inspección. Los más

comunes son: inspección visual, inspección con líquidos penetrantes, inspección con partículas

magnéticas, inspección radiográfica e inspección por ultrasonidos.

6.1.1.- INSPECCIÓN VISUAL

Es el procedimiento más utilizado por ser fácil de aplicar, rápido y de coste relativamente bajo.

Proporciona información del cumplimiento de los requerimientos dados en la especificación de la

soldadura. La inspección visual se efectúa antes, durante y después de la realización de la soldadura.

• Antes de la soldadura: Se revisan los materiales que se utilizarán en la soldadura,

comprobando que coincide con el indicado en las especificaciones y que no tiene defectos. Se

comprueba también que la preparación de la junta de unión sea la adecuada.

• Durante la soldadura: Se verifica que el régimen de realización coincide con el indicado en las

especificaciones. Se controla especialmente la pasada de raíz que es la más importante desde

el punto de vista de la solidez y confiabilidad finales.

• Después de la soldadura: Se realiza un control dimensional y de aspecto de la soldadura,

comprobando que la unión corresponde con la diseñada y que no se presentan defectos

superficiales.

6.1.2.- INSPECCIÓN POR PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

Es una técnica no destructiva utilizada para detectar defectos superficiales o próximas a la

superficie en materiales magnéticos.

Se basa en establecer un campo magnético a través de la pieza que se quiera inspeccionar. Las

líneas de campo, al llegar a una discontinuidad se verán alteradas, dando origen a polos. Si se esparce

un polvo magnético sobre la superficie a inspeccionar, este se concentrará en las zonas donde se

localicen estos polos.

Este método sólo puede aplicarse a materiales magnéticos, y no es recomendable cuando la

junta está formada por materiales de distinta permeabilidad magnética, porque podría dar resultados

erróneos en una junta sana.

La bondad de los resultados dependerá de la forma y orientación de los defectos, que

determinan la intensidad de la distorsión.




6.1.3.- INSPECCIÓN CON LÍQUIDOS PENETRANTES

Es una técnica no destructiva que se utiliza para detectar discontinuidades superficiales. Se suele

utilizar, en lugar de la técnica anterior, cuando los materiales de la soldadura no son magnéticos.

Sobre la soldadura limpia y seca, se aplica un líquido penetrante, por inmersión, aspersión o

mediante un cepillo. El líquido penetra en el metal por capilaridad, acumulándose en las cavidades

superficiales. Posteriormente, se limpia el exceso de líquido, y se aplica una sustancia reveladora. El

líquido acumulado en las grietas y poros superficiales, es entonces visible a la luz (si se utiliza líquido

penetrante colorante) o a luz ultravioleta (si se utiliza líquido penetrante fluorescente).

6.1.4.- INSPECCIÓN RADIOGRÁFICA

Es el método de inspección no destructiva de más éxito ya que permite dejar una prueba física

de la inspección. Se basa en la capacidad de ciertas radiaciones (Rayos X y radiaciones gamma) de

atravesar cuerpos opacos. Parte de la radiación será absorbida, dependiendo de la densidad y espesor

del metal, y parte reflejada. Cuando existe un defecto en el interior de la unión, este implica una

variación en la radiación que atraviesa el material que se refleja en la placa de radiografía.

6.1.5.- INSPECCIÓN POR ULTRASONIDOS

Esta técnica no destructiva es capaz de detectar defectos de muy pequeño tamaño tanto

superficiales como subsuperficiales. Su funcionamiento consiste en aplicar una vibración mecánica de alta

frecuencia sobre la pieza que se quiere estudiar. La vibración se transmitirá a través del metal, hasta que

encuentran una discontinuidad o un cambio de densidad. Estos defectos reflejan parte de la vibración,

modificando la señal.

6.2.- DESCRIPCIÓN DE LOS DEFECTOS TÍPICOS Los defectos en la soldadura pueden afectar a la junta, a la densidad de la zona fundida,... y

pueden provenir de la falta de homogeneidad de la unión, heterogeneidad estructural y heterogeneidad

química. A continuación se recogen los defectos más comunes.

6.2.1.- FALTA DE PENETRACIÓN O PENETRACIÓN INCOMPLETA

Se produce cuando el metal depositado y el metal base no se funden totalmente en la raíz de la

soldadura, quedando en ese punto un hueco o entalla. Puede deberse a que no se alcance la

temperatura de fusión de los metales en la raíz de la soldadura, a que el metal de aporte no llene

totalmente el hueco porque forme un puente entre las paredes por encima o a la falta de adherencia

entre la pieza y el metal de aportación.

Puede deberse a:

• mala preparación de los bordes o una separación incorrecta

• diámetro del electrodo excesivo




• régimen de soldadura inadecuado: excesiva velocidad de avance del electrodo o baja

intensidad de soldeo

Este defecto produce una reducción notable de la resistencia a la fatiga y a flexión de la unión,

además de crear un punto idóneo para el inicio de corrosión localizada. Es un defecto común, que se

produce especialmente en las soldaduras oxiacetilénicas de grandes espesores.

6.2.2.- FUSIÓN INCOMPLETA O PEGADURA

Es la falta de ligazón entre el metal fundido y el metal base o entre dos capas contiguas de metal

de aportación. Puede localizarse en las paredes entre el cordón y el metal base, entre las distintas

pasadas que constituyen el cordón de soldadura o en la raíz de soldadura.

Puede deberse a que no se produzca penetración del metal fundido en el metal base, por un

calentamiento insuficiente o a que se interponga una capa de óxido entre los metales.

Se trata de un defecto bastante grave, y tan sólo se puede descubrir por el método destructivo.

Produce una reducción considerable de la resistencia a la fatiga y facilita el inicio de la corrosión.

6.2.3.- FALTAS DE FORMA

I ) MORDEDURAS O SOCAVAMIENTOS

Las mordeduras son faltas locales de material producidas en los bordes del cordón de soldadura.

Su origen puede deberse a la contracción del metal al solidificar o el soplo magnético del arco. También

puede deberse a fallos en el procedimiento debido a la utilización de un electrodo demasiado grueso o

demasiado inclinado.

Cuando se trabaja con cordones de soldadura múltiples, hay que realizar un rebarbado previo a

la aplicación de cada cordón para evitar que las inclusiones por escorias atrapadas en las mordeduras del

cordón anterior.

Es un defecto grave si la junta está sometida a esfuerzos cortantes, debido a que constituye una

entalla física, pero se detecta fácilmente y puede corregirse.

II ) DEFECTO O EXCESO DE METAL DE APORTACIÓN

Son defectos de la forma de cordón producidos por una elección inadecuada del régimen de

soldadura.

• Exceso de metal de aportación: se caracteriza por un excesivo espesor del metal depositado

en las pasadas finales. Puede originar un desbordamiento si el exceso de material se solapa

en la superficie del metal base sin unirse íntimamente a éste.

• Defecto de metal de aportación: es una insuficiencia local o continua del metal depositado,

que origina un perfil contraído respecto al perfil correcto.

No constituyen defectos graves y pueden ser corregidos.




III ) EXCESO DE PENETRACIÓN Y PERFORACIÓN DE LAS PIEZAS

Estos defectos se deben a que el metal aportado es capaz de atravesar la raíz de la soldadura.

Puede deberse a un espesor bajo de las piezas, un exceso de energía aportada (intensidades elevadas o

velocidad de soldadura baja) o a un diseño de la junta inadecuado (en forma o distancia de separación).

• Exceso de penetración: Puede ser un defecto continuo en el cordón o puntual, goterón, y es

especialmente problemático cuando se trabaja en conductos por los que circulen líquidos

corrosivos.

• Perforación: Se produce cuando el exceso de calentamiento funde el metal base de la raíz de

la soldadura. Se producen hundimientos del baño debido a la acción de la gravedad.

IV ) DESNIVELACIÓN DE LAS SUPERFICIES

Se produce cuando las piezas a unir no se encuentran en el mismo plano o cuando existe un

ángulo entre las piezas distinto al previsto. Se debe a la mala preparación de los bordes, a una sujeción

incorrecta de las piezas a unir o a deformaciones durante la soldadura.

Es un defecto grave y puede llevar asociados otros defectos como pegaduras o inclusiones de

escorias.

6.2.4.- FISURAS Y GRIETAS

Las fisuras son discontinuidades debidas a roturas locales. Su origen se debe a la existencia de

tensiones localizadas. Pueden aparecer durante el proceso de soldeo, los tratamientos térmicos

posteriores o el periodo inicial de servicio si la soldadura está sometida a esfuerzos alternados.

Su aparición puede deberse a:

• El uso de electrodos inapropiados para el metal a soldar.

• Excesiva rigidez del metal base o de su sujeción.

• Enfriamiento muy rápido del metal por aporte de calor bajo o por condiciones externas.

Las discontinuidades pueden producirse en el metal fundido, en la zona de unión (del cordón de

soldadura al metal base), en la zona térmicamente afectada o en el metal base.

6.2.5.- CAVIDADES Y POROSIDAD

Son huecos libres de materia sólida que quedan en el interior o la superficie del cordón de

soldadura. Según su origen se distinguen:

I ) POROS O SOPLADURAS:

Son huecos rellenos de gas. Se producen debido a que los gases disueltos en el metal fundido,

son liberados al enfriarse éste, quedando en algunos casos atrapados en el metal al solidificar. Los gases

pueden proceder de la atmósfera, de la humedad de los fundentes, de los recubrimientos de los




electrodos o pueden producirse en las reacciones químicas que tienen lugar durante la aplicación de la

soldadura.

Se producen cuando el contenido de gases en el metal líquido es elevado y la solidificación

rápida. Si la solidificación es muy rápida, los gases quedan en el interior de la soldadura formando

sopladuras. Si la solidificación es algo más lenta, los gases quedan atrapados en la superficie en huecos

denominados poros superficiales, que normalmente indican la presencia de sopladuras en el interior del

cordón.

Se produce especialmente en aceros al carbono, por la oxidación de carbono con el oxígeno del

aire, cuando no hay elementos desoxidantes suficientes (como el Si y el Mn).

II ) RECHUPE:

Son huecos que aparecen debido a la contracción del metal al enfriarse y solidificar.

6.2.6.- INCLUSIONES NO METÁLICAS O ESCORIAS

Son sólidos extraños que quedan atrapados en el interior de la masa de soldadura. Proceden de

óxidos, escorias, revestimiento del electrodo, fundente... Suelen presentar una forma alargada o globular.

La escoria es más ligera que el metal de aportación, y por lo tanto tiende a subir a la superficie.

En ciertos casos la escoria no es capaz de llegar a la superficie antes de la solidificación, esto puede

deberse a una elevada viscosidad del metal fundido, a una velocidad de solidificación excesiva, a una

temperatura del metal líquido baja o a una agitación producida en el baño por el propio proceso (como

en la soldadura por arco eléctrico). Cuando se depositan varios cordones, las inclusiones pueden

proceder de la escoria del cordón anterior, porque no se haya limpiado adecuadamente.

En ciertas técnicas de soldadura, si no se realizan correctamente, pueden aparecer óxidos

pesados que queden encerrados por su densidad en el metal al solidificar.

Las inclusiones reducen las características mecánicas de la soldadura al reducir la sección útil de

la misma.

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