lunes, 30 de abril de 2012
soldadura por friccion-agitacion
Soldadura por fricción-agitación
La soldadura por
fricción-agitación, en inglés Friction Stir Welding-FSW, es un proceso
de unión de dos piezas que se realiza en estado sólido y en el que una
herramienta cilíndrica, con un perno en su extremo, se introduce en la
junta entre las dos piezas que se van a soldar. Una vez que la
herramienta ha adquirido la velocidad necesaria, penetrará en la junta(1
y 2) y empezará a subir la temperatura de esa zona, debido a la
fricción, y el material empezará a ablandarse, adquiriendo un estado
plástico. En ese momento la herramienta empezará a moverse a lo largo de
la junta(3 y 4) desplazando el material que se encontraba en la cara
anterior del perno a la cara posterior, a través del movimiento de
rotación de dicha herramienta, y será cuando el material se enfriará y
pasará de nuevo a un estado sólido produciéndose de esta forma la
soldadura. Una vez que se se ha terminado la unión se extraerá la
herramienta(5 y 6) quedando un pequeño agujero, correspondiente al
perno, el cual podrá eliminarse cambiando el tipo de perno, como se
esplica en la sección herramientas empleadas en el proceso de soldadura.
A continuación podremos ver dicho proceso en una secuencia de imágenes:
Proceso, paso por paso, de la soldadura por fricción-agitacion
Pero además se puede realizar en casi cualquier tipo de geometría de las piezas, como veremos en la sección geometría de las uniones, y no necesitará lijado ni cepillado posterior.
Por el contrario, en lo que a restricciones se refieren, las piezas a unir tendrán que estar firmemente ancladas, no se podrán realizar uniones que requieran deposición del metal, y se quedará un agujero en el final de la soldadura a no ser que se utilice un perno retraible.
Otros materiales que se podrán soldar satisfactoriamente serán el cobre y sus aleaciones(Cu), el plomo(Pb), el titanio y sus aleaciones(Ti), aceros suaves y aceros al manganeso, aceros inoxidables austeníticos y martensíticos, y aleaciones de níquel(Ni).
Herramientas.
Se tendrá que diferenciar dos partes: el perno y la herramienta que
sujeta a éste. Ambos elementos son clave a la hora de determinar la
calidad de la unión ya que se ven afectados por diferentes tipos de
fuerzas (fuerza estática, fuerza de fatiga), por la resistencia ala
corrosión, y nos permiten calcular las fuerzas y velocidades necesarias
para controlar el flujo del metal. Existe un amplio abanico de
geometrías disponibles, pero las más usadas son las herramientas con
perno fijo, que no se mueve respecto a la sujeción (la primera figura de
la imagen), y las herramientas con perno retráctil( segunda y tercera
figuras de la imagen), que sí que poseen dicho movimiento, acomodándose
de esta forma a las posibles variaciones de espesor a lo largo de la
unión. Además se podrá eliminar el agujero que queda cuando se retira la
herramienta al final del proceso de soldadura.
Se tendrá que tener en cuenta el material empleado en la fabricación de la herramienta en función de los materiales que se van a soldar, por lo que tendrán que tener una elevada resistencia a la abrasión y a la fatiga a altas temperaturas y deben tener un bajo desgaste. De este modo tendremos herramientas que se podrán utilizar para soldar aluminios, fabricadas con aceros rápidos como puede ser, por ejemplo, acero AISI H13. Si por ejemplo se quiere soldar hierros fundidos o aceros endurecidos, se requerirá una temperatura más elevada, se emplean aleaciones, como el nitruro policristalino cúbico de boro (en inglés, Polycrystalline Cubic Boron Nitride, PCBN) que se encuentra, en lo referente a dureza, justo por debajo del diamante.
Perfiles y uniones.
La soldadura por fricción-agitación se puede usar para realizar juntas lineales, tanto por una como por las dos caras de las piezas a unir, uniones de piezas superpuestas, en forma de T y soldaduras de esquina (como podemos ver en la imagen).
Gracias a la versatilidad de esta soldadura se podrán afrontar uniones circunferenciales, anulares o incluso soldaduras en tres dimensiones.
Depósito de combustible.
La soldadura por fricción-agitación ha sustituido al remachado en la
mayoría de las estructuras importantes de los aviones, como en alas,
fuselajes y colas de aviones además de tanques de combustible, ya que es
aproximadamente 10 veces más rápido que el remachado manual y da lugar a
una unión continua que mejora la rigidez estructural. En lo referente a
la industria espacial se utiliza en vehículos lanzadera y también en
los tanques de combustible, como vemos en la siguiente imagen.
Llanta de un coche unida a través de la soldadura por fricción-agitación.
La soldadura por fricción-agitación se está utilizando en la
actualidad en la industria del transporte. Se están desarrollando, por
parte de varias compañías, diferentes aplicaciones comerciales como
motores y chasis, llantas (como vemos en la figura), cuerpos de
camiones, grúas móviles o caravanas.
A continuación podremos ver dicho proceso en una secuencia de imágenes:
Ventajas y limitaciones
Las ventajas recogidas en este proceso son las mismas que las que se obtienen en la soldadura por fricción,habilidad para unir materiales disimilares, no necesita hilo de relleno ni gas protector evitando así humos tóxicos, chispas o llamas, alta resistencia mecánica de la unión a fatiga, tracción y torsión, bajas tensiones de soldadura, también se ahorra material y operaciones.Pero además se puede realizar en casi cualquier tipo de geometría de las piezas, como veremos en la sección geometría de las uniones, y no necesitará lijado ni cepillado posterior.
Por el contrario, en lo que a restricciones se refieren, las piezas a unir tendrán que estar firmemente ancladas, no se podrán realizar uniones que requieran deposición del metal, y se quedará un agujero en el final de la soldadura a no ser que se utilice un perno retraible.
Microestructura
En la figura siguiente podemos ver un corte transversal de la zona afectada por la soldadura de una aleación de Aluminio.
Zona A
Es una zona que no se ve afectada por el calor por lo que no se ha modificado su microestructura ni sus propiedades mecánicas.Zona afectada por el calor
En inglés, Heated-Affected Zone(HAZ). En este caso sí se ha modificado la microestructura y/o las propiedades mecánicas aunque no se ha producido deformación plástica.Zona afectada termo-mecánicamente
En inglés, thermomechanically affected zone(TMAZ). El material se ha deformado plásticamente por fricción.Zona de recristalización
En inglés, dinamically recrystallized zone(DXZ). Es el corazón de la soldadura, donde se produce la recristalización del materialMateriales
Dicha soldadura se puede utilizar para unir infinidad de materiales entre los que destacan las aleaciones de aluminio de las series 2000(Al-Cu), 5000(Al-Mg), 7000(Al-Zn), 8000(Al-Li) en los cuales se podrá llegar a realizar la soldadura de una pasada para espesores inferiores a 50 milímetros, o aluminios de la serie 6000(Al-Mg-Si) en los que se podrá hacer la unión de las placas con un espesor de hasta 75 milímetros. También se podrán soldar compuestos con matriz de metal con base de aluminio y aleaciones de aluminio de las series 1000, 3000(Al-Mn) y 4000(Al-Si).Otros materiales que se podrán soldar satisfactoriamente serán el cobre y sus aleaciones(Cu), el plomo(Pb), el titanio y sus aleaciones(Ti), aceros suaves y aceros al manganeso, aceros inoxidables austeníticos y martensíticos, y aleaciones de níquel(Ni).
Herramientas empleadas en el proceso de soldadura
Se tendrá que tener en cuenta el material empleado en la fabricación de la herramienta en función de los materiales que se van a soldar, por lo que tendrán que tener una elevada resistencia a la abrasión y a la fatiga a altas temperaturas y deben tener un bajo desgaste. De este modo tendremos herramientas que se podrán utilizar para soldar aluminios, fabricadas con aceros rápidos como puede ser, por ejemplo, acero AISI H13. Si por ejemplo se quiere soldar hierros fundidos o aceros endurecidos, se requerirá una temperatura más elevada, se emplean aleaciones, como el nitruro policristalino cúbico de boro (en inglés, Polycrystalline Cubic Boron Nitride, PCBN) que se encuentra, en lo referente a dureza, justo por debajo del diamante.
Geometría de las uniones
La soldadura por fricción-agitación se puede usar para realizar juntas lineales, tanto por una como por las dos caras de las piezas a unir, uniones de piezas superpuestas, en forma de T y soldaduras de esquina (como podemos ver en la imagen).
Gracias a la versatilidad de esta soldadura se podrán afrontar uniones circunferenciales, anulares o incluso soldaduras en tres dimensiones.
Aplicaciones
Dicho proceso se utiliza en diferentes sectores industriales como los que se mostrarán a continuación:Estas dos industrias fueron las primeras que adoptaron este proceso de soldadura para sus aplicaciones comerciales (paneles para cubiertas, tabiques, suelos, cascos y superestructuras...). Gracias a la baja deformación y a los buenos acabados se logró reducir los costes, minimizando el post-proceso de soldadura de los componentes fabricados.
Industria aeroespacial
Transporte terrestre
Otros sectores industriales
Dicha soldadura también se utiliza en la producción de motores eléctricos, en equipos de cocina, tanques de gas, intercambiadores de calor en la industria química y silos o almacenes en la industria agrícola.Comparación con la soldadura de arco eléctrico
En la siguiente tabla podremos ver diferentes aspectos| Propiedades | Acciones | Soldadura fricción-agitación | Soldadura arco eléctrico |
|---|---|---|---|
| Preparación | NO | SI | |
| Programable por ordenador | SI | NO | |
| Velocidad proceso | Control preciso de la soldadura | SI | NO |
| Proceso continuo | SI | NO | |
| Cepillado posterior | NO | SI | |
| Soldadura de componentes distintos | SI | NO | |
| Calidad | Porosidad de la soldadura | BAJA | ALTA |
| Posibilidad de deformación por calor | BAJA | ALTA | |
| Posibilidad de contaminación en la unión | NO | SI | |
| Dualidad soldadura-mecanizado | SI | NO | |
| Visión económica | Necesidad de entrenamiento a soldadores | NO | SI |
| Coste de gas e hilo de relleno | NINGUNO | ALTO | |
| Proceso ambientalmente limpio | SI | NO | |
| Gas o humos tóxicos | NO | SI | |
| Seguridad | Peligro para piel y ojos | NO | SI |
| Riesgo de fuego | NO | SI | |
| Casco o protecciones | NO | SI |
PROCESOS DE ENSAMBLE
|
Procesos de Ensamble.
Soldadura
La soldadura es
un proceso de unión de materiales en la cual se funden las superficies de
contacto de dos (o más) partes mediante la aplicación conveniente de calor o
presión.
La soldadura es un proceso relativamente nuevo, su importancia
comercial y tecnológica se deriva de los siguiente:
Tipos de Soldadura
Soldadura por
fusión – estos procesos usan el calor para fundir los materiales base. En muchas
operaciones de soldadura por fusión, se añade un metal de aporte a la
combinación fundida para facilitar el proceso y aportar volumen y resistencia a
la unión soldada.
Soldadura de
estado sólido – este proceso se refiere a los procesos de unión en los cuales la
fusión proviene de la aplicación de presión solamente o una combinación de calor
y presión. Algunos procesos representativos de este proceso son:
·
Soldadura por difusión, las
partes se colocan juntas bajo presión a una temperatura elevada.
·
Soldadura por fricción, es un
proceso similar al de difusión, solo que la temperatura se obtiene al friccionar
las partes a unir.
·
Soldadura ultrasónica – se
realiza aplicando una presión moderada entre las dos partes y un movimiento
oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en una dirección paralela a las
superficies de contacto. La combinación de las fuerzas normales y vibratorias
produce intensas tensiones que remueven las películas superficiales y obtienen
la unión atómica de las partes.
La Unión por Soladura
La soldadura produce una conexión sólida entre dos partes
denominada unión por soldadura, así es como se denomina a este contacto de los
bordes o superficies de las partes que han sido unidas.
Tipos de uniones
(a)
Unión empalmada – en esta unión, las partes se
encuentran en el mismo plano y unen sus bordes.
(b)
Unión de esquina – Las partes en una unión de
esquina forman un ángulo recto y se unen en la esquina del ángulo.
(c)
Unión superpuesta – Esta unión consiste de dos
partes que se sobreponen
(d)
Unión T – Una parte es perpendicular a la otra
cuando se unen
(e)
Unión de bordes – las partes en una unión de
bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se
hace en el borde común.
Existe otros
tipos de soldadura como:
La soldadura por
resistencia es principalmente un tipo de soldadura por fusión donde el calor se
obtiene mediante la generación de un gran resistencia eléctrica dirigida hacia
el flujo de corriente en la unión que se va a soldar
 Uniones adhesivas
El uso de
adhesivos data de épocas antiguas, y el pegado fue probablemente el primero de
los métodos de unión permanente utilizado. Los adhesivos tienen un alto rango de
aplicaciones de unión y sellado, para integrar materiales similares y
diferentes, como metales, plásticos, cerámica, madera, papel y cartón entre
otros.
La unión con
adhesivos es un proceso en el cual se usa un material ajeno a los materiales que
se desea unir para la fijación de ambas superficies.
Generalmente, las
uniones con adhesivos no son tan fuertes como las que se hacen con soldadura, y
para eso se toman en cuenta algunos principios:
Tipos de
Adhesivos
Existe una gran
cantidad de adhesivos comerciales, pero todos estos pueden clasificarse dentro
de 4 categorías: 1) naturales, 2) inorgánicos y 3) sintéticos.
Los adhesivos
naturales son materiales derivados de fuentes como plantas y animales, e
incluyen las gomas, el almidón, la dextrina, el flúor de soya y el colágeno.
Este tipo de adhesivos se limita aplicaciones de bajo tensión.
Lo adhesivos
inorgánicos se basan principalmente en el silicio de sodio y el oxicloruro de
magnesio, aunque el costo de estos es relativamente bajo, su resistencia es
similar a los naturales.
Los adhesivos
sintéticos constituyen la categoría más importante en la manufactura; incluyen
diversos polímeros termoplásticos y duroplásticos
Métodos de
aplicación de adhesivos
1)
Aplicación con brocha
2)
Rodillos manuales
3)
Serigrafía
4)
Por flujo
5)
Por aspersión o atomización
6)
Con aplicadores automáticos (ver figura 1)
7)
Recubrimiento mediante rodillo (ver figura 2)
 
(1)
(2)
Ensamble MecánicoTornillos, Tuercas y Pernos
Los tornillos y
los pernos son sujetadores con roscas externas. Hay una diferencia técnica entre
un tornillo y un perno, que con frecuencia se confunde en el su uso popular. Un
tornillo es un sujetador con rosca externa que, por lo general, se
ensambla en un orificio roscado ciego. Un perno es un sujetador con rosca
externa que se inserta a través de orificios en las partes y se asegura con una
tuerca en el lado opuesto.
Existen distintos
tipos de cabezas para los tronillos y los pernos, entre estos destacan los de la
siguiente figura:
 Otros sujetadores roscados y equipo relacionado
1)
Los insertos con tornillo de rosca son
pernos sin cabeza con rosca interna o rollos de alambre hechos para insertarse
en un orificio sin rosca y para aceptar un sujetador con rosca externa. Fig 1.
2)
Los sujetadores roscados prisioneros son
sujetadores con rosca que han preensamblado permanentemente a una de las partes
que se van a unir. Fig 2.
Fig 1.
Fig 2.
Remaches y ojillos
Los remaches
son sujetadores que se utilizan ampliamente para obtener una unión permanente en
forma mecánica. Estos remaches son una punta con cabeza y sin rosca que se usa
para unir dos(o más) partes, la punta pasa a través de orificios en las partes y
después forma una segunda cabeza en la punta del lado opuesto.
Los ojetes u ojillos son sujetadores tubulares de
paredes delgadas con un reborde en un extremo. Se usan para producir una unión
empalmada permanente entre dos (o más) partes planas.
 Ajustes por interferencia
Los ajustes de
agarre automático son la unión de dos partes, en las cuales los elementos
que coinciden poseen una interferencia temporal mientras se oprimen juntos, pero
una vez que se ensamblan se entrelazan para conservar el ensamble.
Existen otros
ajustes por interferencia como:
a)
Puntillado – es una operación de sujeción en a
cual se usa una maquina que produce las puntillas en forma de U de alambre de
acero, y de inmediato las inserta a través de las dos partes que se van a unir.
b)
Engrapado – son grapas en forma de U que se
clavan a través de dos partes que se van a unir.
c)
Cosido – es un método de unión común para
partes suaves y flexibles, tales como telas y piel, el método implica el uso de
un cordón o hilo largo entrelazado con las partes para producir una costura
continua entre ellas.
Diseño para ensambles
En años recientes
el diseño de ensambles ha recibido mucha atención, pero sus operaciones tienen
un enorme costo de mano de obra, y para que el diseño sea exitoso se plantean
dos puntos sencillos:
1)
diseñar el producto con la menor cantidad de
partes posibles
2)
diseñar las partes restantes para que se
ensamblen con facilidad.
Y se siguen
algunos principios para dicho diseño.
Diseño para ensamble automatizado
Además de los
métodos de ensamble manual, hay diversos sistemas automatizados para realizar
operaciones de ensamble mecánico, entre ellos están: 1) máquinas de propósito
especial y 2) sistemas programables.
Las máquinas de propósito especial generalmente consisten en una serie de estaciones de trabajo, en las cuales se añaden partes y/o se ejecutan operaciones de unión. Los sistemas de ensamble programables se utilizan para producir una variedad limitada de ensambles distintos. Con frecuencia se emplean robots industriales, ya sea como estaciones de trabajo bajo múltiples o como un robot único en una estación.
Para facilitar
el ensamble automatizado se siguen estos puntos:
a)
Usar la modularidad en el diseño de productos
b)
Reducir la necesidad de que se manejen varios
componentes a la vez
c)
Limitar las direcciones requeridas de acceso
d)
Componentes de alta calidad
e)
Usar ajustes de agarre automático
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domingo, 29 de abril de 2012
VIDEO: CURSO BÁSICO DE SOLDADURA ELÉCTRICA
http://www.youtube.com/watch?v=8CFFXkqpnPg&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=8CFFXkqpnPg&feature=related
ELECTRODO REVESTIDO
Soldadura
Cuatro años más tarde fue patentado un proceso de soldadura con varilla metálica. Sin embargo, este procedimiento no tomó importancia en el ámbito industrial hasta que el sueco Oscar Kjellberg descubrió, en 1904, el electrodo recubierto. Su uso masivo comenzó alrededor de los años 1950.
Fundamentos
El sistema de soldadura eléctrica con electrodo recubierto se caracteriza, por la creación y mantenimiento de un arco eléctrico entre una varilla metálica llamada electrodo, y la pieza a soldar. El electrodo recubierto está constituido por una varilla metálica a la que se le da el nombre de alma o núcleo, generalmente de forma cilíndrica, recubierta de un revestimiento de sustancias no metálicas, cuya composición química puede ser muy variada, según las características que se requieran en el uso. El revestimiento puede ser básico, rutílico y celulósico. Para realizar una soldadura por arco eléctrico se induce una diferencia de potencial entre el electrodo y la pieza a soldar, con lo cual se ioniza el aire entre ellos y pasa a ser conductor, de modo que se cierra el circuito. El calor del arco funde parcialmente el material de base y funde el material de aporte, el cual se deposita y crea el cordón de soldadura.La soldadura por arco eléctrico es utilizada comúnmente debido a la facilidad de transporte y a la economía de dicho proceso.
Elementos
- Plasma: Está compuesto por electrones que transportan la corriente y que van del polo negativo al positivo, de iones metálicos que van del polo positivo al negativo, de átomos gaseosos que se van ionizando y estabilizándose conforme pierden o ganan electrones, y de productos de la fusión tales como vapores que ayudarán a la formación de una atmósfera protectora. Esta misma alcanza la mayor temperatura del proceso.
- Llama: Es la zona que envuelve al plasma y presenta menor temperatura que éste, formada por átomos que se disocian y recombinan desprendiendo calor por la combustion del revestimiento del electrodo. Otorga al arco eléctrico su forma cónica.
- Baño de fusión: La acción calorífica del arco provoca la fusión del material, donde parte de éste se mezcla con el material de aportación del electrodo, provocando la soldadura de las piezas una vez solidificado.
- Cráter: Surco producido por el calentamiento del metal. Su forma y profundidad vendrán dadas por el poder de penetración del electrodo.
- Cordón de soldadura: Está constituido por el metal base y el material de aportación del electrodo y se pueden diferenciar dos partes: la escoria, compuesta por impurezas que son segregadas durante la solidificación y que posteriormente son eliminadas, y sobre el espesor, formado por la parte útil del material de aportación y parte del metal base, la soldadura en sí.
- Electrodo: Son varillas metálicas preparadas para servir como polo del circuito; en su extremo se genera el arco eléctrico. En algunos casos, sirven también como material fundente. La varilla metálica a menudo va recubierta por una combinación de materiales que varían de un electrodo a otro. El recubrimiento en los electrodos tiene diversa funciones, éstas pueden resumirse en las siguientes:
- Función eléctrica del recubrimiento
- Función física de la escoria
- Función metalúrgica del recubrimiento Funciones de los recubrimientos
Función eléctrica del recubrimiento
La estabilidad del arco para la soldadura depende de una amplia serie de factores como es la ionización del aire para que fluya adecuadamente la electricidad. Para lograr una buena ionización se añaden al revestimiento del electrodo productos químicos denominados sales de sodio, potasio y bario los cuales tienen una tensión de ionización baja y un poder termoiónico elevado. El recubrimiento, también contiene en su composición productos como los silicatos, los carbonatos, los óxidos de hierro y óxidos de titanio que favorecen la función física de los electrodos, que facilitan la soldadura en las diversas posiciones de ejecución del soldeo.Función metalúrgica de los recubrimientos
Además de las funciones de estabilizar y facilitar el funcionamiento eléctrico del arco y de contribuir físicamente a la mejor formación del cordón, el recubrimiento tiene una importancia decisiva en la calidad de la soldadura. Una de las principales funciones metalúrgicas de los recubrimientos de los electrodos es proteger el metal de la oxidación, primero aislándolo de la atmósfera oxidante que rodea al arco y después recubriéndolo con una capa de escoria mientras se enfría y solidifica.Tipos de soldadura
Se distinguen los siguientes procesos de soldadura basados en el principio del arco eléctrico:Soldadura por arco manual con electrodos revestidos
Como son los propios electrodos los que aportan el flujo de metal fundido, será necesario reponerlos cuando se desgasten. Los electrodos están compuestos de dos piezas: el alma y el revestimiento.
El alma o varilla es alambre (de diámetro original 5.5 mm) que se comercializa en rollos continuos. Tras obtener el material, el fabricante lo decapa mecánicamente (a fin de eliminar el óxido y aumentar la pureza) y posteriormente lo trefila para reducir su diámetro.
El revestimiento se produce mediante la combinación de una gran variedad de elementos (minerales varios, celulosa, mármol, aleaciones, etc.) convenientemente seleccionados y probados por los fabricantes, que mantienen el proceso, cantidades y dosificaciones en riguroso secreto.
La composición y clasificación de cada tipo de electrodo está regulada por AWS (American Welding Society), organismo de referencia mundial en el ámbito de la soldadura.
Este tipo de soldaduras pueden ser efectuados bajo corriente tanto continua como alterna. En corriente continua el arco es más estable y fácil de encender y las salpicaduras son poco frecuentes; en cambio, el método es poco eficaz con soldaduras de piezas gruesas. La corriente alterna posibilita el uso de electrodos de mayor diámetro, con lo que el rendimiento a mayor escala también aumenta. En cualquier caso, las intensidades de corriente oscilan entre 10 y 500 amperios.
El factor principal que hace de este proceso de soldadura un método tan útil es su simplicidad y, por tanto, su bajo precio. A pesar de la gran variedad de procesos de soldadura disponibles, la soldadura con electrodo revestido no ha sido desplazada del mercado. La sencillez hace de ella un procedimiento práctico; todo lo que necesita un soldador para trabajar es una fuente de alimentación, cables, un portaelectrodo y electrodos. El soldador no tiene que estar junto a la fuente y no hay necesidad de utilizar gases comprimidos como protección. El procedimiento es excelente para trabajos, reparación, fabricación y construcción. Además, la soldadura SMAW es muy versátil. Su campo de aplicaciones es enorme: casi todos los trabajos de pequeña y mediana soldadura de taller se efectúan con electrodo revestido; se puede soldar metal de casi cualquier espesor y se pueden hacer uniones de cualquier tipo.
Sin embargo, el procedimiento de soldadura con electrodo revestido no se presta para su automatización o semiautomatización; su aplicación es esencialmente manual. La longitud de los electrodos es relativamente corta: de 230 a 700 mm. Por tanto, es un proceso principalmente para soldadura a pequeña escala. El soldador tiene que interrumpir el trabajo a intervalos regulares para cambiar el electrodo y debe limpiar el punto de inicio antes de empezar a usar electrodo nuevo. Sin embargo, aun con todo este tiempo muerto y de preparación, un soldador eficiente puede ser muy productivo.
Soldadura por electrodo no consumible protegido
El objetivo fundamental en cualquier operación de soldadura es el de conseguir una junta con la misma característica del metal base. Este resultado sólo puede obtenerse si el baño de fusión está completamente aislado de la atmósfera durante toda la operación de soldeo. De no ser así, tanto el oxígeno como el nitrógeno del aire serán absorbidos por el metal en estado de fusión y la soldadura quedará porosa y frágil. En este tipo de soldadura se utiliza como medio de protección un chorro de gas que impide la contaminación de la junta. Tanto este como el siguiente proceso de soldeo tienen en común la protección del electrodo por medio de dicho gas. La soldadura por electrodo no consumible, también llamada Soldadura TIG (siglas de Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente que normalmente, como indica el nombre, es de tungsteno.Este método de soldadura se patentó en 1920 pero no se empezó a utilizar de manera generalizada hasta 1940, dado su coste y complejidad técnica.
A diferencia que en las soldaduras de electrodo consumible, en este caso el metal que formará el cordón de soldadura debe ser añadido externamente, a no ser que las piezas a soldar sean específicamente delgadas y no sea necesario. El metal de aportación debe ser de la misma composición o similar que el metal base; incluso, en algunos casos, puede utilizarse satisfactoriamente como material de aportación una tira obtenida de las propias chapas a soldar.
La inyección del gas a la zona de soldeo se consigue mediante una canalización que llega directamente a la punta del electrodo, rodeándolo. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Es conveniente, eso sí, repasar la terminación en punta, ya que una geometría poco adecuada perjudicaría en gran medida la calidad del soldado. Respecto al gas, los más utilizados son el argón, el helio, y mezclas de ambos. El helio, gas noble (inerte, de ahí el nombre de soldadura por gas inerte) es más usado en los Estados Unidos, dado que allí se obtiene de forma económica en yacimientos de gas natural. Este gas deja un cordón de soldadura más achatado y menos profundo que el argón. Este último, más utilizado en Europa por su bajo precio en comparación con el helio, deja un cordón más triangular y que se infiltra en la soldadura. Una mezcla de ambos gases proporcionará un cordón de soldadura con características intermedias entre los dos.
La soldadura TIG se trabaja con corrientes continua y alterna. En corriente continua y polaridad directa, las intensidades de corriente son del orden de 50 a 500 amperios. Con esta polarización se consigue mayor penetración y un aumento en la duración del electrodo. Con polarización inversa, el baño de fusión es mayor pero hay menor penetración; las intensidades oscilan entre 5 y 60 A. La corriente alterna combina las ventajas de las dos anteriores, pero en contra da un arco poco estable y difícil de cebar.
La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto de procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre la atmósfera y el baño de fusión. Además, dicho gas simplifica notablemente el soldeo de metales no ferrosos, por no requerir el empleo de desoxidantes, con las deformaciones o inclusiones de escoria que pueden implicar. Otra ventaja de la soldadura por arco con protección gaseosa es la que permite obtener soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de humos y proyecciones; la movilidad del gas que rodea al arco transparente permite al soldador ver claramente lo que está haciendo en todo momento, lo que repercute favorablemente en la calidad de la soldadura. El cordón obtenido es por tanto de un buen acabado superficial, que puede mejorarse con sencillas operaciones de acabado, lo que incide favorablemente en los costes de producción. Además, la deformación que se produce en las inmediaciones del cordón de soldadura es menor.
Como inconvenientes está la necesidad de proporcionar un flujo continuo de gas, con la subsiguiente instalación de tuberías, bombonas, etc., y el encarecimiento que supone. Además, este método de soldadura requiere una mano de obra muy especializada, lo que también aumenta los costes. Por tanto, no es uno de los métodos más utilizados sino que se reserva para uniones con necesidades especiales de acabado superficial y precisión.
Soldadura por electrodo consumible protegido
Este método resulta similar al anterior, con la salvedad de que en los dos tipos de soldadura por electrodo consumible protegido, MIG (Metal Inert Gas) y MAG (Metal Active Gas), es este electrodo el alimento del cordón de soldadura. El arco eléctrico está protegido, como en el caso anterior, por un flujo continuo de gas que garantiza una unión limpia y en buenas condiciones.En la soldadura MIG, como su nombre indica, el gas es inerte; no participa en modo alguno en la reacción de soldadura. Su función es proteger la zona crítica de la soldadura de oxidaciones e impurezas exteriores. Se emplean usualmente los mismos gases que en el caso de electrodo no consumible, argón, menos frecuentemente helio, y mezcla de ambos.
En la soldadura MAG, en cambio, el gas utilizado participa de forma activa en la soldadura. Su zona de influencia puede ser oxidante o reductora, ya se utilicen gases como el dióxido de carbono o el argón mezclado con oxígeno. El problema de usar CO2 en la soldadura es que la unión resultante, debido al oxígeno liberado, resulta muy porosa. Además, sólo se puede usar para soldar acero, por lo que su uso queda restringido a las ocasiones en las que es necesario soldar grandes cantidades de material y en las que la porosidad resultante no es un problema a tener en cuenta.
El uso de los métodos de soldadura MIG y MAG es cada vez más frecuente en el sector industrial. En la actualidad, es uno de los métodos más utilizados en Europa occidental, Estados Unidos y Japón en soldaduras de fábrica. Ello se debe, entre otras cosas, a su elevada productividad y a la facilidad de automatización, lo que le ha valido abrirse un hueco en la industria automovilística. La flexibilidad es la característica más sobresaliente del método MIG / MAG, ya que permite soldar aceros de baja aleación, aceros inoxidables, aluminio y cobre, en espesores a partir de los 0,5 mm y en todas las posiciones. La protección por gas garantiza un cordón de soldadura continuo y uniforme, además de libre de impurezas y escorias. Además, la soldadura MIG / MAG es un método limpio y compatible con todas las medidas de protección para el medio ambiente.
En contra, su mayor problema es la necesidad de aporte tanto de gas como de electrodo, lo que multiplica las posibilidades de fallo del aparato, además del lógico encarecimiento del proceso. La soldadura MIG/MAG es intrínsecamente más productiva que la soldadura MMA, donde se pierde productividad cada vez que se produce una parada para reponer el electrodo consumido. Las pérdidas materiales también se producen con la soldadura MMA, cuando la parte última del electrodo es desechada. Por cada kilogramo de electrodo revestido comprado, alrededor del 65% forma parte del material depositado (el resto es desechado). La utilización de hilos sólidos e hilos tubulares ha aumentado esta eficiencia hasta el 80-95%. La soldadura MIG/MAG es un proceso versátil, pudiendo depositar el metal a una gran velocidad y en todas las posiciones. El procedimiento es muy utilizado en espesores delgados y medios, en fabricaciones de acero y estructuras de aleaciones de aluminio, especialmente donde se requiere un gran porcentaje de trabajo manual. La introducción de hilos tubulares está encontrando cada vez más, su aplicación en los espesores fuertes que se dan en estructuras de acero pesadas.
Soldadura por arco sumergido
El proceso de soldadura por arco sumergido, también llamado proceso SAW (Submerged Arc Welding), tiene como detalle más característico el empleo de un flujo continuo de material protector en polvo o granulado, llamado flux. Esta sustancia protege el arco y el baño de fusión de la atmósfera, de tal forma que ambos permanecen invisibles durante la soldadura. Parte del flux funde, y con ello protege y estabiliza el arco, genera escoria que aísla el cordón, e incluso puede contribuir a la aleación. El resto del flux, no fundido, se recoge tras el paso del arco para su reutilización. Este proceso está totalmente automatizado y permite obtener grandes rendimientos.El electrodo de soldadura SAW es consumible, con lo que no es necesaria aportación externa de fundente. Se comercializa en forma de hilo, macizo o hueco con el flux dentro (de forma que no se requiere un conducto de aporte sino sólo uno de recogida), de alrededor de 0,5 mm de espesor.
El flux, o mejor dicho, los fluxes, son mezclas de compuestos minerales varios (SIO2, CaO, MnO, etc…) con determinadas características de escorificación, viscosidad, etc. Obviamente, cada fabricante mantiene la composición y el proceso de obtención del flux en secreto, pero, en general, se clasifican en fundidos (se obtienen por fusión de los elementos), aglomerados (se cohesionan con aglomerantes; cerámicos, silicato potásico, etc.) y mezclados mecánicamente (simples mezclas de otros fluxes). Ya que el flux puede actuar como elemento fundente, la adición en él de polvo metálico optimiza bastante el proceso, mejora la tenacidad de la unión y evita un indeseable aumento del tamaño de grano en el metal base.
Dependiendo del equipo y del diámetro del hilo de electrodo, este proceso se trabaja con intensidades de hasta 1600 amperios, con corrientes continuas (electrodo positivo y base negativa) o alternas.
Este proceso es bastante versátil; se usa en general para unir metales férreos y aleaciones, y para recubrir materiales contra la corrosión (overlay). Además, permite la soldadura de piezas con poca separación entre ellas. El arco actúa bajo el flux, evitando salpicaduras y contaminación del cordón, y alimentándose, si es necesario, del propio flux, que además evita que el arco se desestabilice por corrientes de aire. La soldadura SAW puede aplicarse a gran velocidad en posiciones de sobremesa, para casi cualquier tipo de material y es altamente automatizable. El cordón obtenido en estos soldeos es sano y de buen aspecto visual. Una característica mejora del proceso SAW es la soldadura en tándem, mediante la cual se aplican dos electrodos a un mismo baño. Así se aumenta la calidad de la soldadura, ya que uno de los electrodos se encarga de la penetración y el volumen del cordón, mientras que el segundo maneja lo parámetros de geometría y tamaño.
En cambio, la mayor limitación de este proceso es que solo puede aplicarse en posiciones de sobremesa y cornisa, ya que de otra manera el flux se derramaría. Flux que ha de ser continuamente aportado, lo cual encarece el procedimiento y aumenta sus probabilidades de fallo (hay que alimentar tanto el rollo de electrodo como el flux); además, si se contamina por agentes externos, la calidad del cordón disminuye bastante. A pesar de que puede unir materiales poco separados, no es recomendable para unir espesores menores de 5mm.
Este proceso tiene su mayor campo de aplicación en la fabricación de tuberías de acero en espiral y, en general, en la soldadura de casi cualquier tipo de aceros (especialmente los inoxidables).
Seguridad
Según la NASD (Nacional Ag Safety Database), las medidas de seguridad necesarias para trabajar con soldadura con arco son las siguientes.Recomendaciones generales sobre soldadura con arco
Antes de empezar cualquier operación de soldadura de arco, se debe hacer una inspección completa del soldador y de la zona donde se va a usar. Todos los objetos susceptibles de arder deben ser retirados del área de trabajo, y debe haber un extintor apropiado de PQS o de CO2 a la mano, no sin antes recordar que en ocasiones puede tener manguera de espuma mecánica.Los interruptores de las máquinas necesarias para el soldeo deben poderse desconectar rápida y fácilmente. La alimentación estará desconectada siempre que no se esté soldando, y contará con una toma de tierra
Los portaelectrodos no deben usarse si tienen los cables sueltos y las tenazas o los aislantes dañados.
La operación de soldadura deberá llevarse a cabo en un lugar bien ventilado pero sin corrientes de aire que perjudiquen la estabilidad del arco. El techo del lugar donde se suelde tendrá que ser alto o disponer de un sistema de ventilación adecuado. Las naves o talleres grandes pueden tener corrientes no detectadas que deben bloquearse.
Equipo de protección personal
La radiación de un arco eléctrico es enormemente perjudicial para la retina y puede producir cataratas, pérdida parcial de visión, o incluso ceguera. Los ojos y la cara del soldador deben estar protegidos con un casco de soldar homologado equipado con un visor filtrante de grado apropiado.La ropa apropiada para trabajar con soldadura por arco debe ser holgada y cómoda, resistente a la temperatura y al fuego. Debe estar en buenas condiciones, sin agujeros ni remiendos y limpia de grasas y aceites. Las camisas deben tener mangas largas, y los pantalones deben ser largos, acompañados con zapatos o botas aislantes que cubran.
Deben evitarse por encima de todo las descargas eléctricas, que pueden ser mortales. Para ello, el equipo deberá estar convenientemente aislado (cables, tenazas, portaelectrodos deben ir recubiertos de aislante), así como seco y libre de grasas y aceite. Los cables de soldadura deben permanecer alejados de los cables eléctricos, y el soldador separado del suelo; bien mediante un tapete de caucho, madera seca o mediante cualquier otro aislante eléctrico. Los electrodos nunca deben ser cambiados con las manos descubiertas o mojadas o con guantes mojado Véase también
SOLDADURA POR EXPLOSION
vigencia a partir del 25 de mayo de 2012. Obtenga más información.
Soldadura explosiva
De Wikipedia, la enciclopedia libre
El proceso de soldadura por explosión se conoce técnicamente como EXW (EXplosion Welding), basándose en la detonación de una carga explosiva colocada adecuadamente y que obliga a uno de los metales que se desean soldar a precipitarse aceleradamente sobre otro.
Una de las condiciones fundamentales para que se realice esta soldadura es la existencia de un flujo o chorro limpiador que viaja inmediatamente por delante del punto de colisión en el que la velocidad de la chapa, presión, ángulo y velocidad del punto de colisión se controlan de manera que este flujo sea forzado a salir de entre las chapas a alta velocidad, expulsando óxidos y contaminantes, dejando así limpias las superficies de unión.
Entre las reducidas aplicaciones de esta soldadura están la calderería, para la fabricación de recipientes a presión, y la industria eléctrica, para la fabricación de juntas de transición donde entran en juego materiales difícilmente soldables entre sí como el aluminio y el cobre.
El proceso de unión de materiales diferentes mediante soldadura por explosión comienza por la limpieza de las superficies a unir. Aunque el barrido de la onda explosiva ejerce una limpieza de las superficie es recomendable. A continuación se coloca el material base, chapa nº1, sobre el cual se va a explosionar y se le colocan una especie de pequeñas pletinas de metal en forma de L distribuidas por toda la superficie. Su función es únicamente que al colocar la chapa del otro material, chapa nº2, quede una separación conocida y uniforme. Después se coloca un pequeño cerco alrededor de esta "construcción", de forma que al colocar el polvo explosivo sobre la chapa nº2 quede distribuido por todos los puntos incluidos los bordes y no se caiga. Por último se coloca el detonador, generalmente a media distancia de la longitud media de la chapa pero junto a un extremo (depende de las dimensiones de la chapa). Al realizar la detonación, la onda expansiva aprieta una chapa contra la otra creando una "ola" que recorre toda la chapa. Debido a esta, todas las pletinas así como suciedad son expulsadas y con el calor generado por la explosión, los materiales quedan unidos entre sí.
Con las este tipo de soldadura le dilución y las ZAT es mínima.
Posteriormente y en unción de la finalidad del material bi-metálico obtenido se suelen hacer una serie de ensayos no destructivos como UT (Ultrasonidos).
También se usa para la fabricación de algunas monedas bimetálicas.
Una de las condiciones fundamentales para que se realice esta soldadura es la existencia de un flujo o chorro limpiador que viaja inmediatamente por delante del punto de colisión en el que la velocidad de la chapa, presión, ángulo y velocidad del punto de colisión se controlan de manera que este flujo sea forzado a salir de entre las chapas a alta velocidad, expulsando óxidos y contaminantes, dejando así limpias las superficies de unión.
Entre las reducidas aplicaciones de esta soldadura están la calderería, para la fabricación de recipientes a presión, y la industria eléctrica, para la fabricación de juntas de transición donde entran en juego materiales difícilmente soldables entre sí como el aluminio y el cobre.
El proceso de unión de materiales diferentes mediante soldadura por explosión comienza por la limpieza de las superficies a unir. Aunque el barrido de la onda explosiva ejerce una limpieza de las superficie es recomendable. A continuación se coloca el material base, chapa nº1, sobre el cual se va a explosionar y se le colocan una especie de pequeñas pletinas de metal en forma de L distribuidas por toda la superficie. Su función es únicamente que al colocar la chapa del otro material, chapa nº2, quede una separación conocida y uniforme. Después se coloca un pequeño cerco alrededor de esta "construcción", de forma que al colocar el polvo explosivo sobre la chapa nº2 quede distribuido por todos los puntos incluidos los bordes y no se caiga. Por último se coloca el detonador, generalmente a media distancia de la longitud media de la chapa pero junto a un extremo (depende de las dimensiones de la chapa). Al realizar la detonación, la onda expansiva aprieta una chapa contra la otra creando una "ola" que recorre toda la chapa. Debido a esta, todas las pletinas así como suciedad son expulsadas y con el calor generado por la explosión, los materiales quedan unidos entre sí.
Con las este tipo de soldadura le dilución y las ZAT es mínima.
Posteriormente y en unción de la finalidad del material bi-metálico obtenido se suelen hacer una serie de ensayos no destructivos como UT (Ultrasonidos).
También se usa para la fabricación de algunas monedas bimetálicas.
Soldadura Autógena es un tipo de soldadura por fusión conocida también como soldadura oxi-combustible u oxiacetilénica.
La soldadura oxiacetilénica es la forma más difundida de soldadura autógena.
En este tipo de soldadura, la combustión se realiza por la mezcla de acetileno y oxígeno que arden a la salida de una boquilla (soplete).
La soldadura autógena no requiere de aporte de material.
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Materiales necesarios para realizar una soldadura autógena
- Soplete con botellas Oxígeno y Acetileno:
El quemador expulsa la mezcla de oxígeno y de gas, es la parte más importante de un equipo de soldadura autógeno. El gas mezclado con oxígeno es el acetileno, un gas hidrocarburo no saturado. Cuidado, no es fácil notar su escape.
- Mezcla gaseosa :
Se efectúa con la boquilla del soplete. Se pone en contacto el oxígeno a gran velocidad y el acetileno a baja presión. En la abertura de la boquilla una depresión que provoca la aspiración de acetileno y permite la mezcla.
- Manómetros:
Permiten reducir la presión alta dentro de las botellas hasta un valor que permite la producción de una llama utilizable: 1 bar para el oxígeno, 0,4 bar para el acetileno.
Procedimiento
Por ejemplo, para unir dos chapas metálicas, se coloca una junto a la otra en la posición en que serán soldadas; se calienta la unión rápidamente hasta el punto de fusión y por la fusión de ambos materiales se produce una costura ocordón de soldadura.
Para conseguir una fusión rápida e impedir que el calor se propague, se usa el soplete, que combina oxígeno (como comburente) y acetileno (comocombustible). La mezcla se produce con un pico con un agujero por donde sale el acetileno, rodeado de cuatro o más agujeros por donde sale oxígeno . Ambos gases se combinan antes de salir por el pico y entonces se produce una llama delgada característica de color celeste. (tener precaución en la manipulación ya que a veces la llama se torna invisible sin que merme su calor).
El efecto del calor funde los extremos que se unen al enfriarse y solidificarse logrando un enlace homogéneo.
Pueden soldarse distintos materiales: acero, cobre, latón, aluminio, magnesio, fundiciones y sus respectivas aleaciones.
Este tipo de soldadura se usa para soldar tuberías y tubos, como también para trabajo de reparación, por lo cual sigue usándose en talleres mecánicos e instalaciones domésticas.
No conviene su uso para uniones sometidas a esfuerzos, pues, por efecto de la temperatura, provoca tensiones residuales muy altas, y resulta además más cara que la soldadura por arco.
El oxígeno y el acetileno se suministran en botellas de acero estirado, a una presión de 15 kp/cm² para el acetileno y de 200 kp/cm² para el oxígeno.
Seguridad
Para realizar soldaduras sin poner en peligro la salud, deben tomarse ciertas precauciones:
Equipo de protección personal
Es significativo el riesgo de quemaduras ; para prevenirlas, los soldadores deberán usar ropa de protección, así como guantes de cuero gruesos y chaquetas protectoras de mangas largas para evitar la exposición al calor y llamas extremos.
Asimismo el brillo del área de la soldadura conduce puede producir la inflamación de la córnea y quemar la retina.
Los lentes protectores y el casco de soldadura con placa de protección protegerán convenientemente de los rayos UV.
Quienes se encuentren cerca del área de soldadura, deberán ser protegidos mediante cortinas translúcidas hechas de PVC, aunque no deben ser usadas para reemplazar el filtro de los cascos.
Exposición a humos y gases
También es frecuente la exposición a gases peligrosos y a partículas finas suspendidas en el aire. Los procesos de soldadura a veces producen humo, el cual contiene partículas de varios tipos de óxidos, que en algunos casos pueden provocar patologías tales como la fiebre del vapor metálico. Muchos procesos producen vapores y gases como el dióxido de carbono, ozono y metales pesados, que pueden ser peligrosos sin la ventilación y el entrenamiento apropiados.
Debido al uso de gases comprimidos y llamas, en varios procesos de soldadura está implícito el riesgo de explosión y fuego. Algunas precauciones comunes incluyen la limitación de la cantidad de oxígeno en el aire y mantener los materialescombustibles lejos del lugar de trabajo.
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