Procedimientos para efectuar una soldadura

Resumen

En la actualidad entre los procesos constructivos, de fabricación y explotación de tecnología está muy difundida la aplicación de la soldadura, en sus distintas modalidades tecnológicas, para lo cual se tiene en cuenta las amplias gamas de tecnologías de soldadura, que responden a la exigencia o finalidades de las mismas entre las que se encuentran -Soldadura heterogénea. -Soldadura homogénea -Por soldadura autógena Soldadura blanda Soldadura fuerte La soldadura por presión Soldadura oxiacetilénica Soldadura por arco eléctrico Soldadura por arco sumergido Soldadura por arco en atmósfera inerte Soldadura por resistencia eléctrica o soldadura por puntos.

Summary

At present, the application of welding, in its different technological modalities, is widely used in the construction, manufacturing and exploitation of technology, taking into account the wide ranges of welding technologies, which meet the requirement or Aims of the same among which they are – Heterogeneous welding. – Homogenous welding – Welding Welding Soft welding Strong welding Pressure welding Oxyacetylene welding Arc welding Submerged arc welding Arc welding in inert atmosphere Welding by electrical resistance or spot welding.

Palabras claves:

Heterogenia, homogénea, Autógena, blanda, presión, oxiacetilénica arco eléctrico, arco sumergido, atmosfera inerte, resistencia eléctrica

Keywords:

Heterogenic, homogeneous, autogenously, soft, pressure, oxyacetylene, electric arc, submerged arc, inert atmosphere, electrical resistance

La soldadura

La soldadura es un proceso de unión entre metales por la acción del calor, con o sin aportación de material metálico nuevo, dando continuidad a los elementos unidos.

Es necesario suministrar calor hasta que el material de aportación funda y una ambas superficies, o bien lo haga el propio metal de las piezas. Para que el metal de aportación pueda realizar correctamente la soldadura es necesario que «moje» a los metales que se van a unir, lo cual se verificará siempre que las fuerzas de adherencia entre el metal de aportación y las piezas que se van a soldar sean mayores que las fuerzas de cohesión entre los átomos del material añadido.

Los efectos de la soldadura resultan determinantes para la utilidad del material soldado. El metal de aportación y las consecuencias derivadas del suministro de calor pueden afectar a las propiedades de la pieza soldada. Deben evitarse porosidades y grietas añadiendo elementos de aleación al metal de aportación, y sujetando firmemente las piezas que se quieren soldar para evitar deformaciones. También puede suceder que la zona afectada por el calor quede dura y quebradiza. Para evitar estos efectos indeseables, a veces se realizan precalentamientos o tratamientos térmicos posteriores. Por otra parte, el calor de la soldadura causa distorsiones que pueden reducirse al mínimo eligiendo de modo adecuado los elementos de sujeción y estudiando previamente la secuencia de la soldadura.

Clasificación de los tipos de soldadura

Se distinguen primeramente los siguientes tipos de soldadura:

-Soldadura heterogénea. Se efectúa entre materiales de distinta naturaleza, con o sin metal de aportación: o entre metales iguales, pero con distinto metal de aportación. Puede ser blanda o fuerte.

-Soldadura homogénea. Los materiales que se sueldan y el metal de aportación, si lo hay, son de la misma naturaleza. Puede ser oxiacetilénica, eléctrica (por arco voltaico o por resistencia), etc. Si no hay metal de aportación, las soldaduras homogéneas se denominan autógenas.

-Por soldadura autógena se entiende aquélla que se realiza sin metal de aportación, de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusión de los mismos; así, al enfriarse, forman un todo único.

-Etimológicamente, esta expresión quiere decir engendrada o efectúa da por sí misma». Tuvo su origen en Francia hacia la mitad del siglo XIX. Una confusión bastante extendida, que es importante aclarar, es la de denominar como soldadura autógena a la oxiacetilénica – que se estudiará en un apartado posterior-, que sólo lo será cuando se realice sin metal de aportación.

Procedimiento de unión por soldadura

Soldadura blanda

Esta soldadura de tipo heterogéneo se realiza a temperaturas por debajo de los 400 oC. El material metálico de aportación más empleado es una aleación de estaño y plomo, que funde a 230 oC aproximadamente.

Procedimiento para soldar.

Lo primero que se debe hacer es limpiar las superficies, tanto mecánicamente como desde el punto de vista químico, es decir, desengrasarlas, desoxidarlas y posteriormente recubrirías con una capa de material fundente que evite la posterior oxidación y facilite el «mojado» de las mismas. A continuación se calientan las superficies con un soldador y, cuando alcanzan la temperatura de fusión del metal de aportación, se aplica éste; el metal corre libremente, «moja» las superficies y se endurece cuando enfría. El estaño se une con los metales de las superficies que se van a soldar. Comúnmente se estañan, por el procedimiento antes indicado, ambas caras de las piezas que se van a unir y posteriormente se calientan simultáneamente, quedando así unidas.

En muchas ocasiones, el material de aportación se presenta en forma de hilo enrollado en un carrete.

En este caso, el interior del hilo es hueco y va relleno con la resma antioxidante, lo que hace innecesario recubrir la superficie.

Tiene multitud de aplicaciones, entre las que destacan:

– Electrónica. Para soldar componentes en placas de circuitos impresos.

– Soldaduras de plomo. Se usan en fontanería para unir tuberías de plomo, o tapar grietas existentes en ellas.

– Soldadura de cables eléctricos.

– Soldadura de chapas de hojalata.

Aunque la soldadura blanda es muy fácil de realizar, presenta el inconveniente de que su resistencia mecánica es menor que la de los metales soldados; además, da lugar a fenómenos de corrosión.

Soldadura fuerte

También se llama dura o amarilla. Es similar a la blanda, pero se alcanzan temperaturas de hasta 800 oC. Como metal de aportación se suelen usar aleaciones de plata, y estaño (conocida como soldadura de plata); o de cobre y cinc . Como material fundente para cubrir las superficies, desoxidándolas, se emplea el bórax. Un soplete de gas aporta el calor necesario para la unión. La soldadura se efectúa generalmente a tope, pero también se suelda a solape y en ángulo.

Este tipo de soldadura se lleva a cabo cuando se exige una resistencia considerable en la unión de dos piezas metálicas, o bien se trata de obtener uniones que hayan de resistir esfuerzos muy elevados o temperaturas excesivas. Se admite que, por lo general, una soldadura fuerte es más resistente que el mismo metal que une.

La soldadura por presión

La soldadura en frío es un tipo de soldadura donde la unión entre los metales se produce sin aportación de calor. Puede resultar muy útil en aplicaciones en las que sea fundamental no alterar la estructura o las propiedades de los materiales que se unen. Se puede realizar de las siguientes maneras:

Por presión en frio o en caliente. Consiste en limpiar concienzudamente las superficies

que hay que unir; y, tras ponerlas en contacto, aplicar una presión sobre ellas hasta que se produzca la unión.

Por fricción. Se hace girar el extremo de una de las piezas y, después, se pone en contacto con la otra. El calor producido por la fricción une ambas piezas por deformación plástica.

Soldadura oxiacetilénica (con gases al soplete)

El calor aportado en este tipo de soldadura se debe a la reacción de combustión del acetileno (C2H2): que resulta ser fuertemente exotérmica, pues se alcanzan temperaturas del orden de los 3500 oC.

2C2H2 + 502 -> 4C02 + 2H20

En la llama se distinguen diferentes zonas, claramente diferenciadas: Una zona fría ala salida de la boquilla del soplete sonde se mezclan los gases, a continuación el dardo que es la zona mas brillante de la llama y tiene forma de tronco de cono, posteriormente se encuentra la zona reductora que es la parte mas importante de la llama, donde se encuentra la mayor temperatura (puede llegar a alcanzar los 3150 ºC) y por último el penacho o envoltura exterior de la llama.

Según la relación oxígeno/acetileno la llama puede ser oxidante si tiene exceso de O2, es una llama corta, azulada y ruidosa. Alcanza las máximas temperaturas. Reductora si tiene falta de O2, es una llama larga, amarillenta y alcanza menos temperatura. Neutra o normal que es aquella ideal para soldar acero O2/C2H2 = 1 a 1"14.

Para llevar a cabo esta soldadura es necesario disponer de:

– Una botella de acetileno disuelto en acetona (lo que reduce el riesgo de explosiones indeseables). La botella va provista de válvulas de seguridad, de una llave de cierre y reducción de presión y de un manómetro de control de baja y alta presión. O bien, un generador de acetileno, aparato para producir acetileno a partir del C2Ca y el agua.

Una botella de oxígeno a gran presión provista también de manómetros de control de baja y alta presión, y de válvulas de cierre y reducción. La presión de trabajo se consigue abriendo la válvula de cierre por completo, y la de reducción hasta que el manómetro de baja indique la presión adecuada.

– Como material de aportación se emplean varillas metálicas de la misma composición que el metal que se desea soldar.

– El desoxidante depende de la naturaleza de los metales que se suelden. Suele presentarse en forma de polvo que recubre las varillas del material de aportación.

– Tuberías, por lo general de goma, que conducen el acetileno y el oxígeno hasta el soplete, permitiendo además que éste se pueda mover con facilidad. Suelen ser de distinto color, lo que permite diferenciarlas.

– Soplete. Es el dispositivo en el que se realiza la combustión de la mezcla de acetileno y oxígeno, cuya composición se regula adecuadamente por medio de dos válvulas situadas en la empuñadura. También suele disponer de boquillas intercambiables que permiten trabajar con piezas de distintos grosores.

– Material de protección adecuado (gafas protectoras, ropa, guantes…).

– Puesto de trabajo. Suele ser una mesa compuesta por un tablero de material refractario

y provista de un soporte para apoyar el soplete. También suele llevar un tornillo de banco para sujetar piezas pequeñas, así como un recipiente con agua para enfriar las piezas que se sueldan.

El procedimiento de soldeo puede ser a izquierda o a derechas.

Soldadura por arco eléctrico

En la actualidad, la soldadura eléctrica resulta indispensable para un gran número de industrias. Es un sistema de reducido coste, de fácil y rápida utilización, resultados perfectos y aplicables a toda clase de metales. Puede ser muy variado el proceso.

El procedimiento de soldadura por arco consiste en provocar la fusión de los bordes que se desea soldar mediante el calor intenso desarrollado por un arco eléctrico. Los bordes en fusión de las piezas y el material fundido que se separa del electrodo se mezclan íntimamente, formando, al enfriarse, una pieza única, resistente y homogénea.

Al ponerse en contacto los polos opuestos de un generador se establece una corriente eléctrica de gran intensidad. Si se suministra la intensidad necesaria, la sección de contacto entre ambos polos -por ser la de mayor resistencia eléctrica- se pone incandescente.

Esto puede provocar la ionización de la atmósfera que rodea a la zona de contacto y que el aire se vuelva conductor, de modo que al separar los polos el paso de corriente eléctrica se mantenga de uno a otro a través del aire.

Antes de iniciar el trabajo de soldadura se deben fijar las piezas sobre una mesa o banco de trabajo, de manera que permanezcan inmóviles a lo largo de todo el proceso. Durante la operación, el soldador debe evitar la acumulación de escoria, que presenta una coloración más clara que el metal. El electrodo ha de mantenerse siempre inclinado, formando un ángulo de 15º aproximadamente sobre el plano horizontal de la pieza, y comunicar un movimiento lento en zigzag -de poca amplitud-, para asegurar una distribución uniforme del metal que se va desprendiendo del electrodo.

El arco eléctrico genera un cráter en la pieza. Es fundamental, para que la soldadura presente una penetración eficaz, tener en cuenta la longitud del arco (distancia entre el extremo del electrodo y la superficie del baño fundido). Si el arco es demasiado pequeño, la pieza se calienta exageradamente y la penetración resulta excesiva; en ese caso, puede llegar a producirse una perforación peligrosa. Por el contrario, si el arco es demasiado largo, se dispersa parte de su calor, y la penetración resulta insuficiente. El operario soldador ha de ser lo bastante hábil como para mantener el arco a la longitud adecuada. Las temperaturas que se generan son del orden de 3 500 oC.

Soldadura por arco sumergido

Utiliza un electrodo metálico continuo y desnudo. El arco se produce entre el alambre y la pieza bajo una capa de fundente granulado que se va depositando delante del arco.

Tras la soldadura se recoge el fundente que no ha intervenido en la operación.

Soldadura por arco en atmósfera inerte

Este procedimiento se basa en aislar el arco y el me tal fundido de la atmósfera, mediante un gas inerte (helio, argón, hidrógeno, anhídrido carbónico, etc.).

Existen varios procedimientos:

– Con electrodo refractario (método TIG).

Soldadura por resistencia eléctrica

Este tipo de soldadura se basa en el efecto Joule: el calentamiento se produce al pasar una corriente eléctrica a través de la unión de las piezas. El calor desprendido viene dado por la expresión:

Q = 0,24. I2. R. t

Siendo:

Q = calor (en calorías).

I = intensidad de corriente eléctrica (en amperios).

R = resistencia (en ohmios) al paso de la corriente eléctrica.

t = tiempo (en segundos).

La soldadura por resistencia puede realizarse de las siguientes maneras:

– Por puntos. Las piezas -generalmente chapas- quedan soldadas por pequeñas zonas circulares aisladas y regularmente espaciadas que, debido a su relativa pequeñez, se denominan puntos.

Las chapas objeto de unión se sujetan por medio de los electrodos y, a través de ellos, se hace pasar la corriente eléctrica para que funda los puntos. Cuando se solidifican, la pieza queda unida por estos puntos, cuyo número dependerá de las aplicaciones y de las dimensiones de las chapas que se unen.

Este tipo de soldadura por puntos tiene gran importancia en la industria moderna, sobre todo en chapa fina. Se emplea en la fabricación de carrocerías de automóviles, electrodomésticos (por ejemplo, neveras), y en las industrias eléctrica y de juguetería.

Existen algunas variantes de la soladura por puntos: por puntos individuales, por puntos múltiples, bilateral, unilateral, etc.

Bibliografía

BÁSICA:

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Soldadura por Arco Eléctrico. Ciudad de la Habana: Pueblo y Educación, 1980. —256 p-

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Procedimientos de unión: Soldadura Tecnología industrial I.E.S. "Cristóbal de Monroy". Dpto. de Tecnología

Complementaria:

GLIZMANENKO, DL. Soldadura y Corte de los Metales. —La Habana: Científico Técnica,

1962. —474 p.

GUTIERREZ LOPEZ, RICARDO. Construcciones Soldadas. —Ciudad de la Habana:

Científico Técnica, 1980. —218 p.

ZUÑIGA LOPEZ, RICARDO. Tecnología de Soldadura Eléctrica por Fusión. —Ciudad de

la Habana: Pueblo y Educación , 1982.—261 p.

UNIVERSIDAD DE CIENFUEGOS.

Carlos Rafael Rodríguez.

Facultad de Ingeniería.

Departamento Mecánica.

Autor:

MsC: Emilio Cutino Blanco.

Coautorres

MsC: Noldis Felipe Hernández Cáceres.

MsC: Orlando Fernández Barrera.