Procesos de Soldadura: Categorías y Tipos - Prof. Delgado Gonzales, Apuntes de Ética

¡Descarga Procesos de Soldadura: Categorías y Tipos - Prof. Delgado Gonzales y más Apuntes en PDF de Ética solo en Docsity! FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA; Mikell P. Groover Dpto.: Procesos PROCESOS DE SOLDADURA: categorías Profesor: Jorge E. Salazar 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. Clasificación de los procesos de soldadura La soldadura con gas, en su forma más común, es con oxiacetileno, la cual obtiene el calor por medio de la combustión de gases inflamables; sin embargo, este proceso es lento comparado con otros métodos de soldeo más modernos, por lo tanto, la soldadura por gas se usa principalmente en las reparaciones y mantenimiento y no en una mayor producción masiva. El principal proceso de soldadura es por arco, en donde el calor es generado por un arco eléctrico cerrado entre un electrodo o barra y la pieza a soldar. El arco está a alta temperatura por lo que la fusión y subsiguiente solidificación ocurren muy rápido. La soldadura por resistencia eléctrica es ampliamente utilizada, especialmente en trabajos de producción masiva. Como en la soldadura por arco, la soldadura por resistencia emplea electricidad, pero no se genera arco, en su lugar el calor se crea de la pérdida por efecto Joule, de manera que una corriente de alto amperaje es enviada a través de la junta entre las dos superficies a unir. Los procesos de soldadura se dividen en dos categorías principales: 1) soldadura por fusión en la cual se logra una coalescencia al fundirse las dos superficies que se van a unir, en algunos casos añadiendo un metal de relleno a la unión; y 2) soldadura de estado sólido, en la cual se usa calor o presión para obtener la coalescencia, pero los metales base no se funden y no se agrega un metal de relleno. La soldadura constituye una unión fija entre dos o más piezas metálicas, por lo general de igual material, las cuales por medio de calor entregado a las mismas, y casi siempre a un material adicional de aporte, se funden y se combinan resultando una unión. Soldaduras Fuertes: Unión por Cohesión. Oxiacetilénica (autógena), soldadura eléctrica por arco voltaico, soldadura aluminotérmica y por resistencia eléctrica y presión. Soldaduras Blandas: Unión por Adhesión. Aleaciones de estaño y plomo, el material aportado es de menor resistencia y dureza que los que se unen Soldaduras con aporte de material: Unión por fusión de los materiales o del material de aporte Soldaduras sin aporte de material: Además de la fusión necesitan presión para la soldadura. La resistencia de la soldadura depende de: - Calidad del metal de aportación - Espesor de la junta - Tersura de las superficies - Tipos de materiales a soldar - Temperatura del soldado - Duración del contacto entre la soldadura y la parte a la temperatura de soldado. Valores óptimos del refuerzo en cortante: (valores últimos) - Soldadura blanda: Cobre: 41.46 MPa (422.7 kg/cm2) Acero dulce: 64.55 MPa (352.3 kg/cm2) Latón: 27.64 MPa (281.8 kg/cm2) Soldadura Fuerte: Bronce: 345.47 MPa (3522.7 kg/cm2 De los más de cuarenta procesos de soldeo utilizados actualmente sólo unos cuantos son industrialmente importantes. Las soldaduras por:  arco eléctrico,  por gas y por  resistencia Son los tres tipos de soldeo más importantes. Las piezas a trabajar son fundidas a lo largo de un borde o superficie en común, de manera que el metal en fusión y usualmente un metal de aportación puedan formar un charco o mezcla de fusión. Las piezas están soldadas cuando dicha mezcla se solidifica  La soldadura con termita (TW, por sus siglas en inglés) es un proceso de fusión en el cual el calor para la coalescencia se produce mediante el metal fundido supercalentado de la reacción química de la termita. El metal de relleno se obtiene a partir del metal líquido y, aunque el proceso se usa para unir, es más común en las fundiciones que en la soldadura. SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO En la soldadura de estado sólido, la coalescencia de las superficies de la pieza se obtiene: 1) mediante presión solamente o 2) por calor y presión. En la soldadura de estado sólido, no se añade metal de relleno. En resumen, los ingredientes esenciales para una soldadura de estado sólido exitosa son que las dos superficies deben estar muy limpias y deben ponerse en un contacto muy estrecho entre sí para permitir la unión atómica. Los procesos de soldadura que no implican una fusión tienen varias ventajas sobre los procesos de soldadura por fusión. Si no ocurre la fusión, entonces no hay una zona afectada por el calor, por lo que el metal que rodea la unión conserva sus propiedades originales. Procesos de soldadura de estado sólido 1. Soldadura por forjado La soldadura por forjado es un proceso en el cual los componentes que se van a unir se calientan a una temperatura de trabajo y después se forjan juntos por medio de un martillo u otro medio. Se requiere la habilidad del artesano que lo realiza para obtener una buena soldadura bajo las normas actuales 2. La soldadura en frío (CW, por sus siglas en inglés) La soldadura en frío (CW, por sus siglas en inglés) es un proceso de soldadura en estado sólido que se realiza aplicando alta presión entre superficies en contacto a temperatura ambiente. Para piezas pequeñas, las fuerzas se aplican mediante herramientas sencillas operadas en forma manual. Para trabajo más pesado se requieren prensas poderosas para ejercer la fuerza necesaria. En la CW no se aplica calor de fuentes externas, pero el proceso de deformación eleva algo la temperatura del trabajo. Las aplicaciones de la CW incluyen la fabricación de conexiones eléctricas. 3. Soldadura con rodillos ROW La soldadura con rodillos (ROW, por sus siglas en inglés) es un proceso en estado sólido en el cual se aplica una presión suficiente para producir coalescencia mediante rodillos, ya sea con o sin aplicación externa de calor. Si no se suministra calor externo, el proceso se denomina soldadura con rodillos en frío; si se proporciona calor, se usa el término soldadura con rodillos en caliente. Las aplicaciones de la soldadura con rodillos incluyen el revestimiento con acero inoxidable para aleaciones medias o bajas a fin de conseguir resistencia a la corrosión, la fabricación de tiras bimetálicas para medir la temperatura y la producción de monedas acuñadas tipo “emparedado”. Figura: soldadura con rodillos ROW 4. Soldadura con presión en caliente HPW La soldadura con presión en caliente (HPW, por sus siglas en inglés) es otra variable de la soldadura por forjado, en el cual ocurre la coalescencia por la aplicación de calor y presión suficientes para producir una deformación considerable de los metales base. Las aplicaciones principales de la HPW están en la industria aeroespacial. 5. Soldadura por difusión DFW La soldadura por difusión (DFW, por sus siglas en inglés) es un proceso de soldadura en estado sólido que resulta de la aplicación de calor y presión, por lo general en una atmósfera controlada, durante el tiempo suficiente para que ocurran la difusión y la coalescencia. 6. Soldadura explosiva EXW La soldadura explosiva (EXW, por sus siglas en inglés) es un proceso de estado sólido en el cual se produce una rápida coalescencia de dos superficies metálicas mediante la energía de un explosivo detonado. En la EXW no se usa un metal de relleno ni se aplica calor externo. Además, durante el proceso no ocurre difusión (el tiempo es demasiado corto). FIGURA: Soldadura explosiva (EXW): 1) disposición en la configuración paralela y 2) durante la detonación de la carga explosiva. 7. Soldadura por fricción FRW La soldadura por fricción (FRW, por sus siglas en inglés) es un proceso en estado sólido en el cual se obtiene la coalescencia mediante una combinación de calor por fricción y presión. La fricción se induce mediante el frotamiento mecánico entre las dos superficies, generalmente por la rotación de una pieza respecto a la otra, con el propósito de elevar la temperatura en la interfaz de unión hasta un rango de trabajo caliente para los metales involucrados. FIGURA: Soldadura por fricción (FRW): 1) pieza rotatoria, sin contacto; 2) piezas puestas en contacto para generar calor por fricción; 3) rotación detenida y presión axial aplicada; y 4) soldadura creada. Casi todas las operaciones de FRW usan la rotación para generar el calor por fricción necesario para la soldadura. Existen dos sistemas de conducción principales que distinguen dos tipos de FRW: 1) soldadura por fricción de conducción continua y 2) soldadura por fricción con inercia. En la soldadura por fricción de conducción continua se dirige una pieza a una velocidad de rotación constante y se impone un contacto con la pieza estacionaria a cierto nivel de fuerza, para que se genere calor por fricción en la interfaz. Cuando se alcanza la temperatura de trabajo correcta, se frena la rotación en forma abrupta y de manera simultánea se juntan las piezas a presiones de forjado. En la soldadura por fricción con inercia, la pieza rotatoria se conecta a un volante, el cual se acelera a una velocidad predeterminada. Después, se desconecta el volante del motor de conducción y se aprietan las piezas. La energía cinética almacenada en el volante se disipa en forma de calor por fricción para producir la coalescencia en las superficies de empalme. El ciclo total para estas operaciones es de alrededor de 20 segundos. 8. Soldadura ultrasónica USW La soldadura ultrasónica (USW, por sus siglas en inglés) es un proceso en estado sólido en el cual se integran dos componentes bajo fuerzas de sujeción modestas y se aplican intensas FIGURA: Soldadura con arco de metal protegido (SMAW). B. Soldadura con arco de metal y gas GMAW La soldadura con arco de metal y gas (GMAW, por sus siglas en inglés) es un proceso de AW en el cual el electrodo es un alambre metálico desnudo consumible y la protección se proporciona inundando el arco eléctrico con un gas. El alambre desnudo se alimenta en forma continua y automática desde un rollo a través de la pistola de soldadura, como se ilustra en la figura. (1) Dirección de avance, (2) Tubo de contacto, (3) Electrodo, (4) Gas (5) Metal derretido de soldadura, (6) Metal de soldadura solidificado, (7) Pieza a soldar. FIGURA: Soldadura con arco de metal y gas (GMAW). Los diferentes metales en los que se usa la GMAW y las variaciones del proceso han dado origen a diferentes nombres para la soldadura con arco de metal y gas. En la la década de 1940, se aplicó a la soldadura de aluminio usando un gas inerte (argón) para protección del arco. Este proceso recibió el nombre de:  soldadura MIG (por metal inert gas welding, que significa soldadura metálica con gas inerte).  Cuando este proceso de soldadura se aplicó al acero, se encontró que los gases inertes eran costosos y se usó CO2 como sustituto. Entonces, se aplicó el término de soldadura con CO2. Algunos refinamientos en la GMAW para el acero condujeron al uso de mezclas de gases, incluidos CO2 y argón, e incluso oxígeno y argón. Ventajas La GMAW se usa ampliamente en operaciones de fabricación para soldar diversos metales ferrosos y no ferrosos.  Como usa alambre de soldadura continuo en lugar de varillas de soldadura, tiene una ventaja importante sobre la SMAW en términos de tiempo de arco cuando se realiza en forma manual.  Por la misma razón, también se presta a la automatización de la soldadura con arco.  Los fragmentos de electrodo que quedan después de la soldadura con varilla también implican desperdicio de metal de relleno, por lo que la utilización del material del electrodo es mayor con la GMAW.  Otras características de la GMAW incluyen que no es necesario remover escoria (puesto que no se usa un fundente),  velocidades de deposición más altas que en la SMAW y una buena versatilidad. C. Soldadura con arco de núcleo fundente Este proceso de soldadura con arco fue desarrollado a principios de la década de 1950 como una adaptación de la soldadura con arco de metal protegido, con el propósito de vencer las limitaciones impuestas por el uso de electrodos de varilla. La soldadura con arco de núcleo fundente (FCAW, por sus siglas en inglés) es un proceso en el cual el electrodo es un tubo consumible continuo que contiene fundente y otros ingredientes en su núcleo. FIGURA: Soldadura con arco de núcleo fundente. La presencia o ausencia de gas protector incorporado desde el exterior distingue los dos tipos: 1) auto protegida, en la cual el núcleo proporciona los ingredientes protectores y 2) protegida con gas, en la cual se suministra gases protectores externos. En la primera versión de la FCAW, la protección se proporcionaba por medio de un núcleo de fundente; de allí se obtuvo el nombre de soldadura con arco de núcleo fundente auto protegida. El núcleo en esta forma de FCAW no sólo incluye fundentes, sino también ingredientes que generan gases protectores para el arco. La segunda versión de FCAW, primordialmente para soldar aceros, obtiene la protección del arco mediante gases que se incorporan en forma externa, de manera similar a la soldadura con arco de metal y gas. Esta versión se llama soldadura con arco de núcleo fundente protegida por gas. Debido a que utiliza un electrodo que contiene su propio fundente junto con gases protectores separados, podría considerarse una combinación de la SMAW y la GMAW. Los gases protectores que se emplean de manera típica son el dióxido de carbono para aceros suaves, o mezclas de argón y dióxido de carbono para aceros inoxidables. Ventajas La FCAW tiene ventajas similares a la GMAW, debido a:  la alimentación continua del electrodo. Se usa primordialmente para soldar aceros y aceros inoxidables en un amplio rango de espesores de materias primas.  Es notable su capacidad para producir uniones soldadas de muy alta calidad que son lisas y uniformes. D. Soldadura electro gaseosa EGW La soldadura electro gaseosa (EGW, por sus siglas en inglés) es un proceso de AW que usa un electrodo consumible continuo, ya sea de alambre con núcleo de fundente o alambre desnudo con gases protectores que se suministran en forma externa y zapatas de moldeo para contener el metal fundido. Soldadura por arco de plasma La soldadura por arco de plasma (PAW, por sus siglas en inglés) es una forma especial de la soldadura con arco de tungsteno y gas, en la cual un arco de plasma controlado se dirige hacia el área de soldadura. 3. La soldadura con arco de carbono (CAW, por sus siglas en inglés) es un proceso de soldadura con arco que utiliza un electrodo de carbono (grafito) no consumible. Tiene importancia histórica debido a que fue el primer proceso de soldadura con arco eléctrico en desarrollarse, pero su importancia comercial actual es prácticamente nula. 4. La soldadura de pernos (SW, por sus siglas en inglés) es un proceso especializado de AW para unir pernos o componentes similares a piezas básicas SOLDADURA POR RESISTENCIA RW La soldadura por resistencia (RW, por sus siglas en inglés) es un grupo de procesos de soldadura por fusión que utiliza una combinación de calor y presión para obtener la coalescencia; el calor se genera mediante una resistencia eléctrica dirigida hacia el flujo de corriente en la unión que se va a soldar. La operación produce una zona fundida entre las dos piezas, llamada una pepita de soldadura en la soldadura de puntos. Procesos de soldadura por resistencia Los procesos de soldadura por resistencia de mayor importancia comercial son:  la soldadura de puntos,  de costura y  por proyección. Soldadura de puntos por resistencia RSW La soldadura de puntos por resistencia es por mucho el proceso predominante en este grupo. Se usa ampliamente en la producción masiva de automóviles, aparatos domésticos, muebles metálicos y otros productos hechos a partir de láminas metálicas. Soldadura de costura por resistencia RSEW En la soldadura de costura por resistencia (RSEW, por sus siglas en inglés), los electrodos con forma de varilla de la soldadura de puntos se sustituyen con ruedas giratorias. Soldadura de proyección por resistencia RPW La soldadura de proyección por resistencia (RPW, por sus siglas en inglés) es un proceso de soldadura por resistencia en el cual ocurre la coalescencia en uno o más puntos de contacto relativamente pequeños sobre las piezas. Estos puntos de contacto están determinados por el diseño de las piezas que se van a unir y pueden consistir en proyecciones, grabados o intersecciones localizadas de las piezas. SOLDADURA CON OXÍGENO Y GAS COMBUSTIBLE La soldadura con oxígeno y gas combustible (OFW, por sus siglas en inglés) es el término que se usa para describir el grupo de operaciones de fusión durante las cuales se queman diferentes combustibles mezclados con oxígeno para ejecutar la soldadura. Los procesos de OFW emplean varios tipos de gases, los cuales representan la principal diferencia entre los integrantes de este grupo. El oxígeno y el gas combustible también se usan normalmente en sopletes de corte para cortar y separar placas metálicas y otras piezas. El proceso más importante de OFW es la soldadura con oxiacetileno. Clases:  La soldadura con oxiacetileno (OAW, por sus siglas en inglés) es un proceso de soldadura por fusión realizado mediante una flama de alta temperatura a partir de la combustión del acetileno y el oxígeno. La flama se dirige mediante un soplete de soldadura. En ocasiones se agrega un metal de relleno y a veces se aplica presión entre las superficies de las piezas que hacen contacto. FIGURA: Una operación típica de soldadura con oxiacetileno (OAW). FIGURA: La flama neutral de un soplete de oxiacetileno; en la figura se indican las temperaturas alcanzadas.  Cuando se quema hidrógeno con oxígeno como combustible, el proceso se denomina soldadura de oxihidrógeno (OHW, por sus siglas en inglés).  Soldadura por gas a presión Éste es un proceso especial de la OFW; se distingue más por el tipo de aplicación que por el gas combustible. La soldadura por gas a presión (PGW, por sus siglas en inglés) es un proceso de soldadura por fusión, mediante el cual se obtiene la coalescencia sobre todas las superficies de contacto de las dos piezas, calentándolas con una mezcla de combustible apropiada (por lo general gas oxiacetileno) y después aplicando presión para unir las superficies. Soldadura OXIACETILÉNICA: •Regiones de la llama: •DARDO: zona de combustión (brillante) •REDUCTORA: zona de soldadura (azul) •PENACHO: zona de protección (rosada) •Tipos de llama: •NEUTRA: la más utilizada (aceros con bajo contenido en C) •REDUCTORA: temperatura más baja (fundiciones) •OXIDANTE: llama corta con temperaturas muy altas (latones)