Introducción a la Soldadura: Tipos, Ventajas, Desventajas y Preparación, Apuntes de Edificacion y prefabricacion

¡Descarga Introducción a la Soldadura: Tipos, Ventajas, Desventajas y Preparación y más Apuntes en PDF de Edificacion y prefabricacion solo en Docsity! < V pr E l INGENIERÍA DE FABRICACIÓN É f INTRODUCCIÓN A LA SOLDADURA Introducción a la Soldadura 14.2 Tema 14 INTRODUCCIÓN A LA SOLDADURA 14.1 Introducción Las técnicas de unión engloban los diferentes procedimientos que permiten realizar la fijación de partes que han de someterse a unas condiciones de trabajo o carga comunes. Los sistemas de unión se pueden clasificar atendiendo a su carácter, en permanentes o desmontables, y en base al método de unión en: Por soldadura se entiende una unión continua y homogénea, a nivel local o global, de materiales, con o sin aplicación directa de calor y con o sin la adición de material de aportación. La soldadura empezó siendo un valioso procedimiento para la reparación de piezas rotas, pero actualmente tiene más importancia como procedimiento constructivo. El término soldadura lo podemos definir como la unión mecánicamente resistente de dos o más piezas metálicas diferentes. La primera manifestación de ello, aunque poco tiene que ver con los sistemas modernos, se remonta a los comienzos de la fabricación de armas. Los trozos de hierro por unir eran calentados hasta alcanzar un estado plástico, para ser así fácilmente deformados por la acción de golpes sucesivos. Introducción a la Soldadura 14.5 14.4 Tipos de soldaduras Los tipos de soldadura más utilizados son:  Soldaduras a tope [Figuras 14.2.]: son las realizadas sobre uniones a tope, independientemente de la forma del chaflán, que podrá ser plano, en bisel, en V, etc. Soldadura a tope con chaflán en V Soldadura a tope con chaflán plano Figura 14.2. Soldaduras a tope  Soldaduras en ángulo [Figuras 14.3.]: son las que unen dos superficies que forman entre sí un ángulo aproximadamente recto en una unión en T, a solape o en esquina. Los cantos de las piezas a unir son planos. Soldadura en ángulo sobre unión en T Soldadura en ángulo sobre unión a solape Figura 14.3. Soldaduras en ángulo  Soldaduras en ángulo con chaflán [Figura 14.4.]: una de las piezas sobre las que se realiza la soldadura tiene los bordes preparados, de esta forma se facilita la preparación. Figura 14.4. Soldadura en ángulo con chaflán  Soldaduras de tapón y en ojal [Figuras 14.5. y 14.6.]: las soldaduras de tapón y en ojal son similares en diseño pero diferentes en forma. En ambos casos se realiza un taladro en una de las piezas a unir. Figura 14.5. Soldadura de tapón Figura 14.6. Soldadura en ojal  Soldaduras de recargue [Figura 14.7.]: soldadura efectuada sobre una superficie, en contra posición a la realizada en una unión, para obtener unas dimensiones o Introducción a la Soldadura 14.6 propiedades deseadas (en general, aumentar la resistencia al desgaste o a la corrosión). Figura 14.7. Soldadura de recargue  Soldaduras por puntos [Figuras 14.8. y 14.9.]: soldadura efectuada en piezas solapadas y cuya forma es aproximadamente circular. Se puede realizar en la intercara entre las dos piezas mediante soldeo por resistencia, o mediante un proceso capaz de producir la fusión de ambas piezas a través de una de ellas; normalmente mediante soldeo por haz de electrones o soldeo por arco. Figura 14.8. Soldadura por puntos Figura 14.9. Soldadura por puntos por resistencia por arco  Soldaduras de costuras [Figuras 14.10. y 14.11.]: soldadura continua efectuada en piezas solapadas. Se puede realizar entre las superficies de contacto mediante soldeo por resistencia, o mediante un proceso capaz de fundir ambas piezas a través de una de ellas, normalmente mediante soldeo por haz de electrones o soldeo por arco. Figura 14.10. Soldadura de costuras Figura 14.11. Soldadura de costuras por resistencia por arco 14.5 Preparaciones de soldeo Consisten en dar forma apropiada a los bordes a unir. Son función de:  Espesor a unir  Forma y dimensiones de las piezas  Elementos disponibles de trabajo  Cualidades requeridas a la unión  Metal a soldar  Métodos de soldadura  Posición de soldeo Introducción a la Soldadura 14.7 La preparación de bordes tiene una gran importancia en el comportamiento mecánico de la unión puesto que un mal diseño o ejecución puede originar tensiones de trabajo no deseables. El otro factor que podemos considerar también es la importancia económica de la preparación tanto por el tiempo a emplear, como por el consumo de materiales. Las preparaciones se pueden realizar tanto con técnicas de oxicorte como de mecanizado. El chaflán de una soldadura es la abertura entre las dos piezas a soldar que facilita el especio para contener la soldadura. Las geometrías más usuales son [Figura 14.12.]: Figura 14.12. Tipos de preparaciones de soldeo 14.6 Terminología Para definir correctamente el chaflán de las piezas que se van a soldar, deben ser identificadas todas sus dimensiones [Figura 14.13.]: Figura 14.13. Geometría del chaflán de una soldadura Introducción a la Soldadura 14.10 Tabla 14.1. Características del soldeo fuerte y blando Soldadura fuerte Soldadura blanda Tfusión M.A. > 450 ºC < 450 ºC Metales Cobre, plata, oro, níquel, magnesio, aluminio Estaño, plomo, zinc, cadmio Características  Buena resistencia mecánica  Baja resistencia mecánica  Peligro de corrosión Aplicaciones  Unión entre metales de composición diferente  Unión plaquitas de corte  Recargue de piezas  Asegurar estanqueidad  Contactos de conexiones eléctricas  Circuitos impresos 14.8.1 Metal de aportación MA El metal de aportación es el metal que se añade cuando se realiza el soldeo fuerte o blando. Las características que debe cumplir el metal de aportación son:  Capacidad de mojar al M.B.  Apropiada temperatura de fusión (inferior a la del metal base) y buena fluidez para permitir su distribución  Punto de fusión compatible con el metal a soldar  Apropiada resistencia mecánica y a la corrosión en estado normal de servicio Cada MA se usará para un rango de temperaturas determinado, el rango de temperaturas depende de su composición química y está limitado inferiormente por su temperatura de fusión. Para cada metal base se debe elegir cuidadosamente el metal de aportación. 14.8.1.1 Métodos de aplicación del metal de aportación El MA puede aplicarse durante el soldeo manualmente o bien ser presituado antes del trabajo. En el caso de producción masiva el MA debe presituarse, para así asegurar una cantidad uniforme de metal de aporte en cada unión. En la Figura 14.17. se muestra un ejemplo de cómo se presitúa el metal de aportación en forma de alambre y también se muestra como queda el cordón después del soldeo. Existen formas estándar de MA como pueden ser varillas, rollos de alambre, polvos, láminas, etc. Dependiendo del diseño de la unión, método de calentamiento y nivel de automatización se podrá utilizar una u otra. Figura 14.17. Métodos de colocación del metal en forma de alambre. Situación del metal antes de soldar y resultado después de soldar. Introducción a la Soldadura 14.11 14.8.2 Fundentes El fundente tiene un papel fundamental en el soldeo fuerte y en el soldeo blando. Cada fundente tiene un rango de temperaturas recomendado. Los fundentes son mezclas de muchos compuestos químicos, y se suelen suministrar en forma de polvo, pasta o líquido. El fundente debe aplicarse después de la limpieza de las piezas. En muchas ocasiones es útil precalentar el fundente (50-60 ºC) antes de su aplicación porque de esta forma se mejora el mojado. Las funciones principales de los fundentes son:  Fundir a temperatura inferior a la de la soldadura  Disolver la película de óxido o combinarse con ella para dar escoria  Recubrir la superficie metálica para evitar que vuelva a oxidarse  Dejarse desplazar fácilmente por la soldadura fundida  El residuo no debe ser corrosivo ni higroscópico Se deposita el fundente sobre el metal base y se calienta hasta que se funde y limpia la superficie de oxido, que queda protegida contra la oxidación por el fundente líquido. En un punto de la unión se funde la varilla de aportación que desplaza al fundente líquido, porque la atracción entre el MB y el MA es varias veces superior a la del fundente y el MB, el metal se distribuye entre los MB por capilaridad. Así se produce la unión del MA y el MB al solidificar el MA. Una vez finalizada la operación, los residuos se deben eliminar para evitar la corrosión de las piezas. Como la mayoría de los fundentes se disuelven en agua, el método más fácil para retirar el fundente es mediante agua caliente, sumergiendo la pieza en agua caliente, una vez que el MA ha solidificado totalmente. 14.8.3 Diseño de las uniones Los tipos de unión básicos utilizados son [Figura 14.18.]:  A solape: son las que proporcionan mayor resistencia en la unión. El solape suele variar de una a tres veces el espesor de la pieza más delgada.  A tope: no tienen la resistencia de la unión a solape. Se usan cuando las condiciones de servicio no son muy severas.  Con chaflán inclinado o escarpado: es una mezcla de las dos anteriores y sus propiedades son intermedias. A solape A tope Con bisel escarpado Intermedio entre solape y tope Figura 14.18. Diseño de uniones más utilizadas en el soldeo fuerte y blando. Introducción a la Soldadura 14.12 Es necesario mantener un espacio adecuado entre los dos metales para que la acción capilar se produzca de forma eficaz. Por lo general este espacio debe ser reducido. Este espacio está directamente relacionado con la tensión que soportará la soldadura. Si el espacio es demasiado estrecho se le hará difícil al MA distribuirse adecuadamente por toda la unión y su fortaleza se reducirá. También se reducirá la fortaleza si el espacio es demasiado amplio. 14.8.4 Preparación de las piezas antes del soldeo 14.8.4.1 Limpieza La limpieza para lograr superficies libres de óxidos y grasas es imprescindible para asegurar una unión de calidad y favorecer la uniformidad en la atracción capilar. Los métodos de limpieza se suelen dividir en dos categorías, químicos y mecánicos. En los químicos se utilizan disolvente, ácidos o detergentes, y en los mecánicos se emplea el esmerilado, limado, soplado, cepillado,… 14.8.4.2 Recubrimiento de superficies A veces se realiza un recubrimiento de las superficies de las piezas con un material que tenga mejores aptitudes para el soldeo que el metal base. Las ventajas son que el soldeo es más rápido y uniforme y se evita el empleo de fundentes ácidos fuertes. Este procedimiento se utiliza mucho en aquellos materiales que tienen una película de óxido que se retira con dificultad, como aluminio, bronces de aluminio o aceros muy aleados. 14.8.5 Procesos de soldeo fuerte y blando Se destacarán los siguientes procedimientos de soldeo fuerte y blando: 14.8.5.1 Soldeo fuerte y blando con soplete El calentamiento del metal de aporte se consigue mediante la llama de un soplete. El soldeo fuerte y el soldeo blando pueden llevarse a cabo con uno o más sopletes, y puede ser manual o no. Es necesario aplicar un fundente para realizar el decapado. Normalmente, el MA se va introduciendo manualmente entre las partes a unir, tal y como muestra la Figura 14.19. Figura 14.19. Soldeo fuerte o blando con soplete. Introducción a la Soldadura 14.15  Proporciona una temperatura máxima de 3100 ºC.  La composición de los productos de la llama corresponde a unas propiedades típicamente reductoras.  Presenta suficiente flexibilidad y es fácilmente regulable, ya sea con exceso de oxígeno o de acetileno, en función de los metales a unir.  No es un producto derivado del petróleo y, por tanto, no esta sujeto a oscilaciones de producción y precios. 14.9.1 Combustible y comburente Como gas comburente se utiliza el oxígeno. Es un gas incoloro, inodoro e insípido que se encuentra en el aire en un 21%. Se combina con todos los elementos excepto con el F, Au y He. Industrialmente se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido. Como gas combustible se utiliza el acetileno, gas incoloro de olor aliáceo característico. Es más ligero que el aire, pues su densidad relativa es 0,91. Altamente inflamable, forma mezclas explosivas con el aire en concentraciones entre el 2,5 y el 80 %. Es un hidrocarburo no saturado, cuyo triple enlace le da inestabilidad frente a otros compuestos con los que puede reaccionar con violencia. Puede respirarse en proporciones bastante elevadas sin producir efectos crónicos. El acetileno mezclado con el oxígeno consigue una llama de mayor temperatura que aporta mayor calor que con cualquier otro gas. 14.9.2 Equipos de soldeo La función de los equipos de soldeo será suministrar la mezcla de gases a una velocidad, presión y proporción adecuadas. El equipo oxiacetilénico consta de los siguientes elementos [Figura 14.21.]: 1) Botellas de oxígeno y de acetileno: Recipientes cilíndricos, de acero, con tratamiento de normalización posterior a su fabricación; de una pieza, sin soldaduras, destinados a conservar y transportar gases a alta presión; o soldados para gases licuados. El Acetileno se transporta disuelto con acetona junto con un material poroso porque es muy peligroso comprimirlo. El oxígeno puede ir en estado líquido o gaseoso (presión de 150 Kg/cm2). 2) Manorreductores de presión y válvulas de seguridad: Tanto el oxígeno como el gas se encuentran en la botella a presiones superiores a la de utilización; para reducir estas presiones y obtener las de trabajo se emplean los manorreductores. De ellos depende el correcto suministro de gases y la seguridad del operario. Van provistos de dos manómetros, el de alta que indica la presión del gas en la botella, y el de baja que suministra la presión de salida del gas. 3) Mangueras para cada gas: Las mangueras son tubos flexibles de goma por cuyo interior circula cada gas. Son las encargadas de transportar dicho gas desde las botellas hasta el soplete. Deben ser de caucho de buena calidad y resistentes al corte y abrasión.  Diámetro interior  4 – 9 mm para O2 y 6 – 11 mm para el gas Introducción a la Soldadura 14.16  Espesor  4,5 – 5,5 mm para O2 y 2,5 mm para el gas  Longitud  5 m y totalmente desplegada en uso para permitir libertad de movimientos  Manguera del oxígeno: azul o verde, con rosca a derechas al soplete  Manguera del acetileno: rojo o marrón, con rosca izquierdas al soplete 4) Soplete: La misión del soplete será asegurar la correcta mezcla del gas combustible con el oxígeno, teniendo lugar la combustión al salir ambos por el extremo de la boquilla. La velocidad mínima debe ser 150 m/s, a fin de superar la de propagación de la llama y evitar que esta se encienda en el interior del soplete, lo que produciría una detonación. Los componentes del soplete son el mango con dos tubos, la cámara donde desembocan los gases para que se mezclen y la boquilla. 5) Válvulas antirretroceso: Cuando se produce un retroceso de la llama, ésta se introduce en el soplete, pudiendo llegar incluso a los cilindros y provocar su explosión. Las válvulas antirretroceso previenen:  La entrada de oxígeno o aire en el conducto y cilindro que suministra el acetileno.  El retroceso de llama dentro del soplete, manguera, tubería, cilindros, o depósitos.  El suministro durante o después de un retroceso de llama (si el retroceso ha sido leve, no se corta el suministro, sólo se corta si aumenta la temperatura 90 ó 100 ºC). La colocación ideal es a la entrada del soplete, pero como alternativa se colocan a la salida de los manorreductores, para dar una mayor facilidad de manejo del soplete. Figura 14.21. Equipo de soldeo oxiacetilénico. 14.9.3 Características de la llama oxiacetilénica La llama se obtiene haciendo llegar a un soplete, que asegura su mezcla íntima, los gases acetileno y oxígeno. La llama se produce en el extremo de la boquilla del soplete por la combustión teórica de un volumen de acetileno con un volumen de oxígeno. En la práctica, de 1,1 a 1,3 según la potencia del soplete. En esta llama se ponen de manifiesto los fenómenos de luz y calor, y para que esto se produzca es preciso que por un medio auxiliar cualquiera, se alcance, en Introducción a la Soldadura 14.17 una porción de sustancia, la temperatura de inflamación (variable, dependiendo de la sustancia). Las llamas utilizadas en la soldadura autógena de los metales y sus aleaciones presentan las siguientes zonas [Figura 14.22.]: a) Mezcla de combustible: mezcla preliminar de combustible, ya sea vapor o gas, con oxígeno, en una proporción determinada para cada combustible, pero variable con cada uno de ellos, propiedad que se denomina poder de combustión. b) Cono o Dardo: es donde la mezcla se calienta hasta la temperatura de inflamación. Es de color blanco deslumbrante y su contorno está claramente delimitado. Es donde se produce la combustión del acetileno con el oxígeno. c) Zona de trabajo: es la zona más importante de toda la llama, pero no se puede reconocer ópticamente. Es la zona donde se localiza la temperatura más alta y aquí se realiza el soldeo de la pieza. d) Penacho: es donde se produce la combustión con el oxígeno del aire de la atmósfera, de todos los productos que no se han quemado antes, en una combustión más o menos completa. Figura 14.22. Zonas características de la llama oxiacetilénica. 14.9.3.1 Tipos de llamas Se distinguen tres tipos de llamas [Figura 14.23.]:  Carburante: Exceso de acetileno. Penacho blanco, alargado y arde irregularmente.  Neutra: Cantidad similar de oxígeno y acetileno. Dardo definido, blanco y penacho sombreado  Oxidante: Exceso de oxígeno. Dardo azulado y corto. Llama carburante Llama neutra Llama oxidante Figura 14.23. Tipos de llamas.