2.2 GENERALIDADES DE SOLDADURA.

GENERALIDADES DE SOLDADURA

La soldadura es un proceso para la unión de dos metales por medio de calor y/o presión y se define como la liga metalúrgica entre los átomos del metal a unir y el de aporte.

Existen diversos procesos de soldadura los que difieren en el modo en que se aplica el calor o la energía para la unión. A continuación, se presenta una manera general de agruparlos:

1. Soldadura blanda

2. Soldadura fuerte

3. Soldadura por forja

4. Soldadura con resistencia

5. Soldadura por arco eléctrico

6. Soldadura por arco con gas protector

7. Soldadura por fricción

Para lograr la soldadura algunos procesos requieren sólo de fuerza para la unión, otros requieren de un metal de aporte y energía térmica que derrita a dicho metal.

Cada uno de los diferentes procesos de soldadura tiene sus características de ingeniería particulares y sus costos específicos.

Soldadura blanda

Es la unión de dos piezas de metal por medio de otro metal llamado de aporte, éste se aplica entre ellas en estado líquido. La temperatura de fusión de estos metales no es superior a los 430ºC. En este proceso se produce una aleación entre los metales y con ello se logra una adherencia que genera la unión. En los metales de aporte por lo regular se utilizan aleaciones de plomo y estaño los que funden entre los 180 y 370ºC.

Este tipo de soldadura es utilizado para la unión de piezas que no estarán sometidas a grandes cargas o fuerzas. Una de sus principales aplicaciones es la unión de elementos a circuitos eléctricos. Por lo regular el metal de aporte se funde por medio de un cautín y fluye por capilaridad.

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SOLDADURA FUERTE

En esta soldadura se aplica también metal de aporte en estado líquido, pero este metal, por lo regular no ferroso, tiene su punto de fusión superior a los 430 ºC y menor que la temperatura de fusión del metal base. Por lo regular se requiere de fundentes especiales para remover los óxidos de las superficies a unir y aumentar la fluidez al metal de aporte.

Algunos de los metales de aporte son aleaciones de cobre, aluminio o plata. A continuación, se presentan algunos de los más utilizados para las soldaduras denominadas como fuertes:

1. Cobre. Su punto de fusión es de 1083ºC.

2. Bronces y latones con punto de fusión entre los 870 y 1100ºC.

3. Aleaciones de plata con temperaturas de fusión entre 630 y 845ºC.

4. Aleaciones de aluminio con temperatura de fusión entre 570 y 640ºC

La soldadura dura se puede clasificar por la forma en la que se aplica el metal de aporte.

A continuación, se describen algunos de estos métodos:

Inmersión. El metal de aporte previamente fundido se introduce entre las dos piezas que se van a unir, cuando este se solidifica las piezas quedan unidas.

Horno. El metal de aporte en estado sólido, se pone entre las piezas a unir, estas son calentadas en un horno de gas o eléctrico, para que con la temperatura se derrita al metal de aporte y se genere la unión al enfriarse.

Soplete. El calor se aplica con un soplete de manera local en las partes del metal a unir, el metal de aporte en forma de alambre se derrite en la junta. El soplete puede funcionar por medio de oxiacetilénica o hidrógeno y oxígeno.

Electricidad. La temperatura de las partes a unir y del metal de aporte se puede lograr por medio de resistencia a la corriente, por inducción o por arco, en los tres métodos el calentamiento se da por el paso de la corriente entre las piezas metálicas a unir.

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SOLDADURA FUERTE

Es el proceso de soldadura más antiguo. El proceso consiste en el calentamiento de las piezas a unir en una fragua hasta su estado plástico y posteriormente por medio de presión o golpeteo se logra la unión de las piezas. En este procedimiento no se utiliza metal de aporte y la limitación del proceso es que sólo se puede aplicar en piezas pequeñas y en forma de lámina. La unión se hace del centro de las piezas hacia afuera y debe evitarse a como dé lugar la oxidación, para esto se utilizan aceites gruesos con un fundente, por lo regular se utiliza bórax combinado con sal de amonio.

La clasificación de los procesos de soldadura mencionados hasta ahora, es la más sencilla y general, a continuación, se hace una descripción de los procesos de soldadura más utilizados en los procesos industriales.

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  • Soldadura por resistencia

El principio del funcionamiento de este proceso consiste en hacer pasar una corriente eléctrica de gran intensidad a través de los metales que se van a unir, como en la unión de los mismos la resistencia es mayor que en sus cuerpos se generará el aumento de temperatura, aprovechando esta energía y con un poco de presión se logra la unión. La corriente eléctrica pasa por un transformador en el que se reduce el voltaje de 120 o 240 a 4 o 12 V, y se eleva el amperaje considerablemente para aumentar la temperatura. La soldadura por resistencia es aplicable a casi todos los metales, excepto el estaño, zinc y plomo.

En los procesos de soldadura por resistencia esta la soldadura por puntos.

En la soldadura por puntos la corriente eléctrica pasa por dos electrodos con punta, debido a la resistencia del material a unir se logra el calentamiento y con la aplica de presión sobre las piezas se genera un punto de soldadura. Las máquinas soldadoras de puntos pueden ser fijas o móviles o bien estar acopladas a un robot o brazo mecánico.

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  • Soldadura por arco eléctrico

Es el proceso en el que su energía se obtiene por medio del calor producido por un arco eléctrico que se forma entre la pieza y un electrodo.

Por lo regular el electrodo también sirve de metal de aporte, el que con el arco eléctrico se funde, para que así pueda ser depositado entre las piezas a unir. La temperatura que se genera en este proceso es superior a los 5,500°C. La corriente que se utiliza en el proceso puede ser directa o alterna, utilizándose en la mayoría de las veces la directa, debido a la energía es más constante con lo que se puede generar un arco estable.

Las máquinas para corriente directa se construyen con capacidades hasta de 1,000 A, con corrientes de 40 a 95 V. Mientras se efectúa la soldadura el voltaje del arco es de 18 a 40 A.

Para la generación del arco existen los siguientes electrodos:

a. Electrodo de carbón. En la actualidad son poco utilizados, el electrodo se utiliza sólo como conductor para generar calor, el metal de aporte se agrega por separado.

b. Electrodo metálico. El propio electrodo sirve de metal de aporte al derretirse sobre los materiales a unir. Se pueden utilizar para estos electrodos máquinas para soldar de corriente directa o alterna, las segundas constan de transformadores estáticos, lo que genera bajos mantenimiento e inversión inicial. Existen máquinas de 150,

200, 300, 500, 750 y 1000 A.

c. Electrodos recubiertos. Los electrodos metálicos con un recubrimiento que mejora las características de la soldadura son los más utilizados en la actualidad, las funciones de los recubrimientos son las siguientes:

– Proporcionan una atmósfera protectora

– Proporcionan escoria de características adecuadas para proteger al metal fundido

– Facilita la aplicación de sobre cabeza

– Estabiliza el arco

– Añade elementos de aleación al metal de la soldadura

– Desarrolla operaciones de enfriamiento metalúrgico

– Reduce las salpicaduras del metal

– Aumenta la eficiencia de deposición

– Elimina impurezas y óxidos

– Influye en la profundidad del arco

– Influye en la formación del cordón

– Disminuye la velocidad de enfriamiento de la soldadura

Las composiciones de los recubrimientos de los electrodos pueden ser orgánicas o inorgánicas y estas substancias se pueden subdividir en las que forman escoria y las que son fundentes. Algunos de los principales compuestos son:

– Para la formación de escoria se utilizan SiO2, MnO2 y FeO

– Para mejorar el arco se utilizan Na2O, CaO, MgO y TiO2

– Desoxidantes: grafito, aluminio, aserrín

– Para mejorar el enlace: silicato de sodio, silicato de potasio y asbestos

– Para mejorar la aleación y la resistencia de la soldadura: vanadio, cesio, cobalto, molibdeno, aluminio, circonio, cromo, níquel, manganeso y tungsteno.

Proceso S.M.A.W. (electrodo Revestido)

El proceso SMAW o mejor conocido como soldadura por electrodo revestido emplea el paso de un arco eléctrico a través de un electrodo metálico y el material a soldar.

Este arco eléctrico produce el calor necesario para fundir el material base y al aporte originándose la mezcla de ambos en estado liquido que al solidificarse formarán el cordón de soldadura. Como todos los metales al calentarse es más fácil que se oxiden por lo cual a este electrodo se le coloca un revestimiento químico el cual dará propiedades específicas a la soldadura y formará una nube protectora contra el medio ambiente. Al solidificarse el fundente este protegerá al metal sólido de enfriamientos bruscos, así como contaminaciones por absorción de gases.

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  • Soldadura por arco con gas protector

En este proceso la unión se logra por el calor generado por un arco eléctrico que se genera entre un electrodo y las piezas, pero el electrodo se encuentra protegido por una copa por la que se inyecta un gas inerte como argón, helio o CO2. Con lo anterior se genera un arco protegido contra la oxidación y además perfectamente controlado.

Existen dos tipos de soldadura por arco protegido la TIG y la MIG.

Soldadura por vaciado

Con algunos materiales la unión no se puede hacer por los procedimientos antes descritos debido a que no fácilmente aceptan los metales de aporte como sus aleaciones. Para lograr la soldadura de estos metales en algunas ocasiones es necesario fundir del mismo metal que se va a unir y vaciarlo entre las partes a unir, con ello cuando solidifica las piezas quedan unidas. A este procedimiento se le conoce como fundición por vaciado.

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  • Soldadura por fricción

En este proceso la unión se logra por el calor que se genera al girar una de las piezas a unir en contra de la otra que se encuentra fija, una vez alcanzada la temperatura adecuada se ejerce presión en las dos piezas y con ello quedan unidas.

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