Sistemas de soldeo

INDICE

-Clasificación de los métodos de soldeo en función de temperatura, materiales, sistemas de soldeo…

-En qué consiste la soldadura y de qué características de los materiales depende.

-Soldadura SMAW

-Soldadura MIG/MAG

-Soldadura por soplete

-Soldadura TIG

-Soldadura por puntos de resistencia

Clasificación de los tipos de soldadura

Se pueden distinguir 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 efectuada por sí misma».

Tuvo su origen en Francia hacia la mitad del siglo XIX.

En qué consiste la soldadura y de qué características de los materiales depende.

La soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos piezas de un material, (generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo, se puede agregar un material de aporte(metal o plástico),que al fundirse forma un arco de material fundido entre las piezas a soldar (el baño de soldadura) y, al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le denomina cordón. A veces se utiliza conjuntamente presión y calor, o solo presión por sí misma, para producir la soldadura. Esto está en contraste con la soldadura blanda (en inglés soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing), que implican el derretimiento de un material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para formar un enlace entre ellos, sin fundir las piezas de trabajo.

Muchas fuentes de energía diferentes pueden ser usadas para la soldadura, incluyendo una llama de gas, un arco eléctrico, un láser, un rayo de electrones, procesos de fricción o ultrasonido. La energía necesaria para formar la unión entre dos piezas de metal generalmente proviene de un arco eléctrico. La energía para soldaduras de fusión o termoplásticos generalmente proviene del contacto directo con una herramienta o un gas caliente.

Soldadura SMAW

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 combustión del revestimiento del electrodo. Otorga al arco eléctrico su forma cónica.

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

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

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

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

- Función eléctrica del recubrimiento

- Función física de la escoria

- Función metalúrgica del recubrimiento

Experiencia adquirida en el taller

Mi experiencia adquirida en el taller con la soldadura SMAW es la siguiente: buscaba material para soldar, una caja de electrodos, martillo y cepillo de alambre, conectaba la maquina a la corriente eléctrica ponía el electrodo le calentaba y a soldar echaba cordones pequeños para ver como iban quedando y obtener también la regulación optima de la maquina y a partir de hay practicar soldando mas lento mas deprisa y moviendo el electrodo en forma de s y tu mismo te vas dando cuenta de lo que haces mal y también con la ayuda de tus propios compañeros y profesores la finalidad de esta soldadura a la que al finalizar tienes que quitarle la escoria es que se caiga sin apenas rozarle con el martillo esto indica que es un buen cordón.

Soldadura MIG/MAG

En este procedimiento se establece el arco eléctrico entre el electrodo consumible protegido y la pieza a soldar. La protección del proceso recae sobre un gas, que puede ser inerte, o sea que no participa en la reacción de la soldadura, dando lugar al llamado procedimiento de soldadura MIG (Metal Inert Gas); o por el contrario el gas utilizado es activo, que participa de forma activa en la soldadura, dando lugar al llamado procedimiento MAG (Metal Active Gas).

El empleo del procedimiento MIG-MAG se hace cada ve más frecuente en el sector industrial, debido a su alta productividad y facilidad de automatización. La flexibilidad es otro aspecto importante que hace que este procedimiento sea muy empleado, dado 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.

A continuación se define los parámetros que caracterizan a este tipo de procedimiento:

- Fuente de calor: por arco eléctrico;

- Tipo de electrodo: consumible;

- Tipo de protección: por gas inerte (MIG); por gas activo (MAG);

- Material de aportación: externa mediante el mismo electrodo que se va consumiendo;

• Aplicaciones: el procedimiento MAG se aplica a los aceros, mientras que el procedimiento MIG para el resto de metales.

Experiencia adquirida en el taller

Mi experiencia adquirida en el taller con la soldadura MIG/MAG es la siguiente:

Lo primero de todo me enseñaron a dominar la maquina que es lo que se podía regular y como tenia que hacerlo. La regulación es compleja al principio pero una vez que te lo explican y vas practicando te haces con ello.

Graduamos el voltaje y la corriente del equipo, de acuerdo al tipo y espesor de metal a unir. La velocidad de avance del alambre es también muy importante para obtener una buena soldadura con el calor y la penetración adecuados. El ajuste de la velocidad no es complicado. Simplemente hay que escuchar el sonido que el equipo está haciendo mientras se deposita un cordón recto. Si la velocidad es demasiado rápida, la mayor parte del alambre que sale de la tobera estará al rojo vivo y habrá un crujido fuerte. Por lo tanto, hay que ajustar gradualmente la velocidad hasta que obtener un sonido de chisporroteo constante. Después cogí una chapa gruesa para aprender y comencé a echar puntos, tenia un problema que la soldadura se me contaminaba es decir se ponía negra, el profesor me explico que tenia que corregir la posición de la boquilla para que no pasara eso. teniendo dominado los puntos pase a cordones y después soldé circunferencias y chapas paralelas y empece a bajar el grosor de la chapa y llegan los problemas la agujereas y tu me di cuenta de que tenia que bajar la intensidad para que no me pasara eso.

Este tipo de soldadura me gusta mas que la de electrodo por que es mas rápida al no tener que estar cambiando de electrodo y que no te varia la posición por el desgaste de electrodo aquí siempre es la misma. 

Soldadura por soplete

La soldadura fuerte consiste en un proceso de unión de dos metales a través del calentamiento de estos y la posterior adición de un metal de aportación, el cual debe tener una temperatura de fusión superior a 450 °C y menor al del metal base. Este material de aportación se colocará en el hueco que dejan las dos partes a unir y se distribuirá entre las superficies de unión por atracción capilar. Este tipo de unión es muy común en la industria y sirve para unir la mayoría de los metales y aleaciones que encontramos en el sector de la metalurgia.

La soldadura fuerte como bien indica su nombre se caracteriza por tener una fortaleza y ductilidad alta. De hecho la zona de unión es igual o más fuerte que los metales que se han unido. También es una unión que destaca por su homogeneidad en la unión, lo que implica un buen acabado a nivel estético y estanqueidad a la hora de contener fluidos.

Este es uno de los procedimientos de soldadura fuerte más utilizados. Es muy utilizado en volúmenes de producción pequeños o en operaciones especializadas. Hay varias clases de soldadura por soplete, manual, semiautomática y automática.

Operario soldando con soplete

En la soldadura manual el operario se encarga de manejar el soplete y de colocar las piezas para su unión así como el material fundente. Se utiliza en procesos de bajo volumen o en los que una máquina operaría con dificultades. Su principal inconveniente radica en la habilidad del operario para realizar la soldadura.

La soldadura automática se caracteriza por eliminar casi por completo la necesidad de mano de obra humana para la realización de la soldadura, salvo para cargar y descargar las piezas de unión. Se usa para altos niveles de producción y para conseguir acabados mejores.

La soldadura semiautomática es una mezcla de la manual y la automática. En este tipo de soldadura es la máquina la que maneja el soplete mientras que el operario coloca los elementos a unir el fundente. Este proceso tiene como ventajas la reducción de la mano de obra y el hecho de que no es influyente la habilidad del operario para soldar.

Soldadura TIG

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

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 el oxígeno de la atmósfera y el baño de fusión.

La soldadura por puntos en las carrocerías

En la fabricación de vehículos se utiliza habitualmente la soldadura por puntos de resistencia para el ensamblado de las piezas de chapa de la carrocería. Este sistema de soldadura también es utilizado en multitud de ocasiones para la reparación, debido a que es una soldadura limpia (no requiere mecanización posterior) y que se puede retirar con facilidad usando una despunteadora.

El sistema

Para realizar la soldadura por puntos se aplica sobre las chapas a unir una corriente eléctrica. Esta corriente se transmite a través de unos electrodos con una determinada presión lo que eleva la temperatura de los materiales en ese punto a un estado pastoso en el cual se unen debido a la presión ejercida en el procedimiento (forja).

Para que la soldadura sea eficaz se deben tener en cuenta factores como:

PRESIÓN: Ejercer la presión adecuada, alrededor de los diez kilogramos por milímetro cuadrado según el espesor y el material a soldar (Para los aceros actuales este valor incrementa).

INTENSIDAD: La intensidad de la corriente debe ser la máxima sin llegar a fusionar el material.

Nota: Hay que utilizar una máquina de soldadura por puntos de 10.000 mil a 12 mil amperios en adelante.. para poder soldar aceros de aleaciones de alta resistencia, ultra alta resistencia, acero al boro, etc..

TIEMPO: El tiempo de soldadura debe ser corto y siempre dependiendo del espesor del material.

El no necesitar material de aportación es una ventaja de este tipo de soldadura.

Esta soldadura es rápida, limpia y fuerte.

Soldadura por puntos en la fabricación de nuevos vehículos:

Los encargados de la soldadura por puntos de resistencia en la fabricación son los robots, están programados mediante software con los parámetros para la soldadura como la intensidad de corriente, el tiempo de soldadura, y la presión de apriete dependiendo del grosor de las chapas y de los materiales a unir como describíamos antes.

Soldadura por puntos en la reparación de vehículos:

Para la soldadura en las reparaciones de vehículos se usan máquinas portátiles de soldadura por puntos de resistencia muy sofisticadas. Éstas son prácticamente automáticas aunque para una mayor versatilidad se pueden ajustar los parámetros manualmente.

Opcionalmente podemos disponer de un equipo multifunción en este tipo de máquinas de soldadura.

Un poco de inglés...

Soldadura por puntos de resistencia 

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

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

Características del proceso

Es un tipo de soldadura que se cataloga por soldadura sin fusión del metal base a soldar, se considera un proceso en el cual los electrodos utilizados no son consumibles, además no se necesita material de aporte para que se produzca la unión entre las dos piezas, se considera un tipo de soldadura rápida, limpia y fuerte.

El material utilizado de los electrodos es una aleación de cobre con Cd, Cr, Be, W con objeto de que presente una baja resistencia y una elevada oposición a la deformación bajo una presión estando su dureza comprendida entre 130 y 160 HB.

También este tipo de soldadura necesita de un transformador donde la bobina secundaria suministra un voltaje a los electrodos de 1V a 10V y una gran corriente, debido a que generalmente la resistencia de las piezas a soldar es muy baja por tanto la corriente que debe pasar por la zona a soldar debe de ser del orden de los 500 amperios.

  

Proceso de soldadura

El principio de 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 el resto de sus cuerpos, se genera el aumento de la temperatura en juntura, Efecto Joule (Q = I^2 R t).

Donde:

Q = Cantidad de calor generado (J)

I = Intensidad de la corriente de la soldadura (A)

R = Resistencia eléctrica de la unión a soldar (Ω)

t = Tiempo durante el cual circula la corriente (s)

Aprovechando esta energía y con una determinada presión se logra la unión. Solamente se obtienen soldaduras uniformes si las chapas a soldar están limpias, los óxidos superficiales son causa de variaciones en el tamaño y resistencia de los puntos de soldadura. Esto es especialmente cierto en el aluminio. La presencia de óxidos o suciedad puede aumentar diez veces o más la resistencia total entre los puntos de los electrodos.

La soldadura por resistencia es aplicable a casi todos los metales, excepto, zinc y plomo.

Junto con la soldadura MIG-MAG son los dos procesos de soldadura en los cuales existe un mayor nivel de automatización robotizada.

Parámetros a considerar

Para este tipo de soldadura se deben de tener en cuenta varios parámetros regulables:

1. Intensidad-tiempo de soldadura

2. Resistencia eléctrica de la unión

3. Presión de apriete

4. Geometría de los electrodos

La intensidad es el factor más influyente en el calentamiento final. Para una soldadura rápida se necesita más intensidad y menos tiempo y viceversa. El parámetro correspondiente a la resistencia eléctrica de la unión, es un parámetro a tener en cuenta pues influye directamente en la cantidad de calor generado en la soldadura. A mayor conductividad eléctrica menor resistencia al paso de la corriente (Aumento de la intensidad). Los factores que influyen en la resistencia eléctrica son:

La temperatura, cuyo aumento provoca una disminución de la resistencia.

La fuerza aplicada a los electrodos, que al aumentar la presión a las piezas a unir, provoca la disminución de las resistencias de contacto.

El estado superficial de las superficies a unir, su limpieza y la eliminación de rugosidades ocasión menores resistencias de contacto.

El estado de conservación de los electrodos, cuyo desgaste y deterioro provoca el aumento de las resistencias de contacto con las piezas a unir.

La presión de apriete, también se considera un parámetro muy importante a tener en cuenta.

Al inicio de la soldadura la presión debe de ser baja, con una resistencia de contacto elevada y calentamiento inicial con intensidad moderada. Esta presión debe de ser suficiente para que las chapas a unir tengan un contacto adecuado y se acoplen entre si. Iniciada la fusión del punto de la resistencia de contacto es la zona delimitada por los electrodos, la presión debe de ser alta para expulsar los gases incluidos y llevar la forja del punto.

Las presiones excesivamente bajas son consecuencia de una forja deficiente además de altas resistencias de contacto produciendo salpicaduras, proyecciones, cráteres y pegaduras. Por el contrario, una presión excesivamente alta puede producir una expulsión del metal fundido y una disminución de la resistencia, además de esto también puede producir, una baja resistencia de contacto, huellas profundas en la chapa, partículas de material del electrodo desprendidas y una deformación plástica de los electrodos.

Por ultimo indicar lo extensa que puede llegar a ser esta entrada, si nos ponemos meticulosos y explicamos perfectamente y completos cada uno de los apartados, por eso nos hemos referido a lo mas simple pero a la vez mas importante.