Soldadura

Principiu xeneral de la soldadura:

1.- Metal de base.

2.- Gordón de soldadura.

3.- Fonte d'enerxía.

4. -Metal d'aportación.

La soldadura ye un proceso de fixación onde se realiza la unión de dos o más pieces d'un material, (xeneralmente metales o termoplásticos), usualmente llográu al traviés de la coalescencia (fusión), na cual les pieces son soldaes fundiendo, puede amestase un material d'apurra (metal o plásticu), que, al fundise, forma un charcu de material fundíu ente les pieces a soldar (el bañu de soldadura) y, al esfrecese, convertir nuna unión fixa a la que se-y denomina gordón. Dacuando utilízase conxuntamente presión y calor, o solo presión por sigo mesma, pa producir la soldadura. Esto ta en contraste cola soldadura blanda (n'inglés soldering) y la soldadura fuerte (n'inglés brazing), qu'impliquen el derretimiento d'un material de baxu puntu de fusión ente pieces de trabayu pa formar un enllaz ente ellos, ensin fundir les pieces de trabayu.

Munches fuentes d'enerxía distintes pueden ser usaes pa la soldadura, incluyendo una llapada de gas, un arcu llétricu, un láser, un rayu d'electrones, procesos de resfregón o ultrasoníu. La enerxía necesaria pa formar la unión ente dos pieces de metal xeneralmente provién d'un arcu llétricu. La enerxía pa soldadures de fusión o termoplásticos xeneralmente provién del contautu direutu con una ferramienta o un gas caliente.

La soldadura con frecuencia realizar nun ambiente industrial, pero puede realizase en munchos llugares distintos, incluyendo al campu, baxu de l'agua y nel espaciu. Independientemente de la llocalización, sicasí, la soldadura sigue siendo peligrosa, y débense tomar procuros pa evitar quemadures, descarga llétrica, fumos venenosos, y la sobreexposición a la lluz ultravioleta.

Hasta'l final del sieglu XIX, l'únicu procesu de soldadura yera la soldadura de fragua, que los ferreros usaron por sieglos pa xuntar metales calecer y cutiéndolos. La soldadura per arcu y la soldadura a gas taben ente los primeros procesos en desenvolvese tardíamente nesi mesmu sieglu, siguiéndo-yos, pocu dempués, la soldadura por resistencia y soldadura llétrica. La teunoloxía de la soldadura avanzó rápido mientres el principiu del sieglu XX ente que la Primer Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial conducieron la demanda de métodos d'unión fiables y baratos. Dempués de les guerres, fueron desenvueltes delles téuniques modernes de soldadura, incluyendo métodos manuales como la Soldadura manual de metal per arcu, agora unu de los más populares métodos de soldadura, según procesos semiautomáticos y automáticos tales como Soldadura GMAW, soldadura d'arcu somorguiáu, soldadura d'arcu con nucleu de fundente y soldadura por electroescoria. Los progresos siguieron cola invención de la soldadura per rayu láser y la soldadura con rayu d'electrones a mediaos del sieglu XX. Anguaño, la ciencia sigue avanzando. Ta aportar# a corriente nes instalaciones industriales, y los investigadores siguen desenvolviendo nuevos métodos de soldadura y ganando mayor comprensión de la calidá y les propiedaes de la soldadura.

Dizse que la soldadura ye un sistema porque intervienen los elementos propios d'este, esto ye, les 5 M: mano d'obra, materiales, máquines, mediu ambiente y medios escritos (procedimientos). La unión satisfactoria implica que tien de pasar les pruebes mecániques (tensión y doblez). Les téuniques son los distintos procesos (SMAW, SAW, GTAW, etc.) utilizaos pa la situación más conveniente y favorable, lo que fai que sía lo más económico, ensin dexar de llau la seguridá.

Historia

El Pilar de fierro de Delhi.

La hestoria de la soldadura remontar a dellos milenios tras, colos primeros exemplos de soldadura dende la edá del bronce y la edá del fierro n'Europa y n'Oriente Mediu. La soldadura foi usada na construcción del Pilar de fierro de Delhi, na India, alzáu cerca del añu 310 y pesando 5.4 tonelaes métriques. La Edá Media traxo meyores na soldadura de fragua, cola que los ferreros cutíen repetidamente y calecíen el metal hasta que se producía la unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó De la pirotechnia, qu'inclúi descripciones de la operación de forxáu. Los artesanos del Renacimientu yeren habilidosos nel procesu, y dicha industria siguió desenvolviéndose mientres los sieglos siguientes. Sicasí, la soldadura foi tresformada mientres el sieglu XIX. En 1800, Sir Humphry Davy afayó'l arcu llétricu, y les meyores na soldadura per arcu siguieron coles invenciones de los electrodos de metal pol rusu Nikolai Slavyanov y el norteamericanu, C. L. Coffin a finales de los años 1800. Inclusive la soldadura per arcu de carbón, qu'usaba un electrodu de carbón, ganó popularidá. Alredor de 1900, A. P. Strohmenger llanzó un electrodu de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arcu más estable, y en 1919, la soldadura de corriente alterna foi inventada por C. J. Holslag, pero nun aportar# a popular por otra década.

La soldadura por resistencia tamién foi desenvuelta mientres les décades finales del sieglu XIX, coles primeres patentes del sector en manes d'Elihu Thomson en 1885, quien produció otres meyores mientres los siguientes 15 años. La soldadura de termita foi inventada en 1893, y alredor d'esi tiempu, establecióse otru procesu, la soldadura a gas. El acetilenu foi afayáu en 1836 por Edmund Davy, pero'l so usu na soldadura nun foi práuticu hasta cerca de 1900, cuando foi desenvueltu un soplete conveniente. De primeres, la soldadura de gas foi unu de los más populares métodos de soldadura por cuenta de la so portabilidad y costu relativamente baxu. Sicasí, a midida que progresaba'l sieglu 20, baxó nes preferencies pa les aplicaciones industriales. Foi sustituyida, en gran midida, pola soldadura d'arcu, na midida que siguieron siendo desenvueltes les cubiertes de metal pal electrodu (conocíes como fundente), qu'estabilicen l'arcu y blindaben el material base de les impureces.

La Primer Guerra Mundial causó un repique importante nel usu de los procesos de soldadura, coles distintes fuercies militares procurando determinar cuálos de los variaos nuevos procesos de soldadura seríen los meyores. Los británicos usaron primariamente la soldadura per arcu, inclusive construyendo, por aciu esti procedimientu, una nave, el Fulagar, con un cascu dafechu soldáu. Los estauxunidenses yeren más duldosos, pero empezaron a reconocer los beneficios de la soldadura d'arcu cuando dichu procesu dexó-yos reparar rápido les sos naves dempués de los ataques alemanes nel puertu de Nueva York de primeres de la guerra. Tamién la soldadura d'arcu foi aplicada per primer vegada a los aviones mientres la guerra, pos dellos fuselajes d'aeroplanos alemanes fueron construyíos usando dichu procesu.

Mientres los años 1920, importantes meyores fueron fechos na teunoloxía de la soldadura, incluyendo la introducción de la soldadura automática en 1920, na que l'alambre del electrodu yera alimentáu de cutio. El gas de proteición convertir nuna tema importante, ente que los científicos procurarban protexer les soldadures contra los efeutos del osíxenu y el nitróxenu de l'atmósfera. La porosidá y la fraxilidá yeren los problemes básicos derivaos d'esti intercambiu, y les soluciones que desenvolvieron incluyeron l'usu del hidróxenu, del argón, y del heliu como gases proteutores de la soldadura. Mientres la siguiente década, posteriores meyores dexaron la soldadura de metales reactivos como'l aluminiu y el magnesiu. Esto, conxuntamente con desarrollos na soldadura automática, la soldadura so corriente alterna, y los fundentes, alimentaron una importante estensión de la soldadura d'arcu mientres los años 1930 y mientres la Segunda Guerra Mundial.

A mediaos del sieglu XX, fueron inventaos munchos métodos nuevos de soldadura. 1930 vio'l llanzamientu de la soldadura de perno, que llueu aportó a popular na fabricación de naves y la construcción. La soldadura d'arcu somorguiáu foi inventada'l mesmu añu, y sigue siendo popular anguaño. En 1941, dempués de décades de desenvolvimientu, la soldadura d'arcu de gas con electrodu de tungsteniu foi finalmente perfeccionada, siguida en 1948 pola soldadura per arcu metálicu con gas, dexando la soldadura rápida de materiales non ferrosos pero riquiendo costosos gases de blindaxe. La soldadura d'arcu metálicu blindáu foi desenvuelta mientres los años 1950, usando un fundente d'electrodu consumible cubiertu, y convirtióse rápido nel más popular procesu de soldadura d'arcu metálicu. En 1957, debutó'l procesu de soldadura per arcu con nucleu fundente, nel que l'electrodu d'alambre autu blindáu podía ser usáu con un equipu automáticu, resultando en velocidaes de soldadura altamente amontaes, y ési mesmu añu foi inventada la soldadura d'arcu de plasma. La soldadura por electroescoria foi introducida en 1958, y foi siguida en 1961 pola so prima, la soldadura por electrogas.

Otros desarrollos recién na soldadura inclúin en 1958 l'importante llogru de la soldadura con rayu d'electrones, faciendo posible la soldadura fondo y estrecho per mediu de la fonte de calor concentrada. Siguiendo la invención del láser en 1960, la soldadura per rayu láser debutó delles décades más tarde, y demostró ser especialmente útil na soldadura automatizada d'alta velocidá,. Sicasí, dambos procesos siguen siendo altamente costosos debíu al altu costu del equipu necesariu, y esto llindó les sos aplicaciones.

Sistemes de soldadura

Soldadura d'estáu sólidu

Como'l primer procesu de soldadura, la soldadura de fragua, dellos métodos modernos de soldadura nun impliquen derretimiento de los materiales que son xuntaos. Unu de los más populares, la soldadura ultrasónica, ye usada pa coneutar fueyes o alambres finos fechos de metal o termoplásticos, faciéndolos cimblar n'alta frecuencia y baxu alta presión. L'equipu y los métodos implicaos son similares a los de la soldadura por resistencia, pero en cuenta de corriente llétrica, la vibración apurre la fonte d'enerxía. Soldar metales con esti procesu nun implica'l derretimiento de los materiales; nel so llugar, la soldadura fórmase introduciendo vibraciones mecániques horizontalmente so presión. Cuando se tán soldando plásticos, los materiales tienen de tener similares temperatures de fusión, y les vibraciones son introducíes verticalmente. La soldadura ultrasónica úsase comúnmente pa faer conexones llétriques d'aluminiu o cobre, y tamién ye un bien común procesu de soldadura de polímeros.

Otru procesu común, la soldadura esplosiva, implica xuntar materiales emburriándolos xuntos so una presión desaxeradamente alta. La enerxía del impautu plastifica los materiales, formando una soldadura, anque solamente una llindada cantidá de calor sía xenerada. El procesu ye usáu comúnmente pa materiales disímiles de soldadura, tales como la soldadura del aluminiu con aceru en cascos de naves o plaques compuestes. Otros procesos de soldadura d'estáu sólidu inclúin la soldadura de coextrusión, la soldadura en fríu, la soldadura per espardimientu, la soldadura per resfregón (incluyendo la soldadura per resfregón-baturiciu n'inglés Friction Stir Welding), la soldadura por alta frecuencia, la soldadura por presión caliente, la soldadura per inducción, y la soldadura de rodiellu.

Soldadura blanda y fuerte

La soldadura blanda y la soldadura fuerte son procesos nos cualos nun se produz la fusión de los metales base, sinón namái del metal d'aportación. Siendo'l primer procesu de soldadura utilizáu pol home, yá na antigua Sumeria.

• La soldadura blanda dar a temperatures inferiores a 450 °C.
• La soldadura fuerte dar a temperatures cimeres a 450 °C.
• Y la soldadura fuerte a altes temperatures dar a temperatures cimeres a 900 °C.

Soldadura per arcu

Artículu principal: Soldadura per arcu

Trátase, en realidá, de distintos sistemes de soldadura, que tienen de mancomún l'usu d'una fonte d'alimentación llétrico. Ésta úsase pa xenerar un arcu voltaicu ente un electrodu y el material base, que derrite los metales nel puntu de la soldadura. Puede usase tantu corriente continua (CC) como alterna (AC), ya inclúin electrodos consumibles o non consumibles, que atópense cubiertos por un material llamáu revestimiento. Dacuando, la zona de la soldadura ye protexida por un ciertu tipu de gas inerte o semi inerte, conocíu como gas de proteición, y, n'ocasiones, úsase un material de rellenu.

Fuentes d'enerxía

P'aprovir la enerxía llétrica necesaria pa los procesos de la soldadura d'arcu, pueden ser usaes distintes fontes d'alimentación. La clasificación más común de diches fontes consiste en dixebrar les de corriente constante y les de voltaxe constante. Na soldadura d'arcu, el llargor del arcu ta direutamente rellacionada col voltaxe, y la cantidá de calor xeneráu ta rellacionada cola intensidá de la corriente. Les fontes d'alimentación de corriente constante son usaes con más frecuencia pa los procesos manuales de soldadura tales como la soldadura d'arcu de gas con electrodu de tungsteniu y la soldadura d'arcu metálicu blindáu, porque elles caltienen una corriente constante inclusive mientres el voltaxe varia. Esto ye importante na soldadura manual, yá que puede ser difícil sostener l'electrodu perfectamente estable, y como resultancia, el llargor del arcu y el voltaxe tienden a fluctuar. Les fontes d'alimentación de voltaxe constante caltienen ésti y varien la corriente. Como resultancia, son usaes más de cutiu pa los procesos de soldadura automatizados tales como la soldadura d'arcu metálicu con gas, soldadura per arcu de nucleu fundente, y la soldadura d'arcu somorguiáu. Nestos procesos, el llargor del arcu ye caltenida constante, yá que cualquier fluctuación na distancia ente electrodu y material base ye rápido rectificáu por un cambéu grande na corriente. Si l'alambre y el material base avérense demasiáu, la corriente va aumentar rápido, lo que, de la mesma, causa un aumentu del calor y ésti fai que la estremidá del alambre fúndase, faciéndolo, asina, volver a la so distancia de separación orixinal.

El tipu de corriente usáu na soldadura d'arcu tamién xuega un papel importante. Los electrodos de procesu consumibles como los de la soldadura d'arcu de metal blindao y la soldadura d'arcu metálicu con gas xeneralmente usen corriente direuta (continua), polo que l'electrodu puede ser cargáu positiva o negativamente, dependiendo de cómo se realicen les conexones de los electrodos. Na soldadura, en casu de cargar l'electrodu positivamente va xenerar mayor de calor nel mesmu, y como resultancia, la soldadura resulta más superficial (al nun fundise casi'l material base). Si l'electrodu ye cargáu negativamente, el metal base va tar más caliente, amontando la penetración del apurra y la velocidá de la soldadura. Los procesos d'electrodu non consumible, tales como la soldadura d'arcu de gas y electrodu de tungsteniu, pueden usar dambos tipos de corriente direuta, según corriente alterna. Como nel casu antes citáu, un electrodu positivamente cargáu causa soldadures superficiales y un electrodu negativamente cargáu, tamién provoca soldadures más fondes. En casu d'utilizar corriente alterna, al invertise constante y rápido la polaridá llétrica, consígense soldadures de penetración entemedia. Una desventaxa de la CA, el fechu de que l'arcu anular a cada inversión de polaridá, superóse cola invención d'unidaes d'enerxía especiales que producen un patrón cuadráu d'onda, en vegada del patrón normal d'onda sinusoidal, xenerando pasos per cero bien rápidos qu'embriven los efeutos del problema de la desapaición del arcu voltaicu.

Distintos sistemes de soldadura

Soldadura per arcu de metal blindao.

Unu de los tipos más comunes de soldadura d'arcu ye la soldadura manual con electrodu revistíu (SMAW, Shielded Metal Arc Welding), que tamién ye conocida como soldadura manual d'arcu metálicu (MMA) o soldadura d'electrodu. La corriente llétrica usar pa crear un arcu ente'l material base y la baniella d'electrodu consumible, que ye d'aceru y ta cubiertu con un fundente que protexe l'área de la soldadura contra la oxidación y la contaminación, per mediu de la producción del gas CO₂ mientres el procesu de la soldadura. El nucleu en sí mesmu del electrodu actúa como material de rellenu, faciendo innecesariu un material de rellenu adicional.

El procesu ye versátil y puede realizase con un equipu relativamente baratu, faciéndolo fayadizu pa trabayos domésticos y pa trabayos de campu. Un operador puede faese razonablemente competente con una modesta cantidá d'entrenamientu y puede algamar la maestría cola esperiencia. Los tiempos de soldadura son daqué lentos, yá que los electrodos consumibles tienen de ser sustituyíos con frecuencia y porque la escoria, la residuu del fundente, ten de ser retirada dempués de soldar. Amás, el procesu ye xeneralmente llindáu a materiales de soldadura ferrosos, anque electrodos especializaos fixeron posible la soldadura del fierro fundíu, níquel, aluminiu, cobre, aceru inoxidable y d'otros metales.

La soldadura d'arcu metálicu con gas (GMAW, Gas Metal Arc Welding), tamién conocida como soldadura de metal y gas inerte o poles sigles n'inglés MIG (Metal Inert Gas) y MAG (Metal Active Gas), ye un procesu semiautomático o automáticu qu'usa una alimentación continuo d'alambre como electrodu y un amiestu de gas inerte o semi-inerte pa protexer la soldadura contra la contaminación. Como cola SMAW, l'habilidá razonable del operador puede ser algamada con entrenamientu modestu. Yá que l'electrodu ye inyectáu de forma continua, les velocidaes de soldáu son mayores pa la GMAW que pa la SMAW. Tamién, el tamañu más pequeñu del arcu, comparáu a los procesos de soldadura d'arcu metálicu protexíu, fai más fácil faer les soldadures en postures complicaes (ej, empalmes a lo cimero, como sería soldando per debaxo d'una estructura).

L'equipu riquíu pa realizar el procesu de GMAW ye más complexu y costosu que'l riquíu pa la SMAW, y esixe un procedimientu más complexu de preparación. Poro, la GMAW ye menos portable y versátil, y, debíu al usu d'un gas de blindaxe separáu, nun ye particularmente fayadizu pal trabayu al campu. Sicasí, la velocidá media más alta qu'en -y SMAW, faen que la GMAW sía más fayadiza pa la soldadura de producción. El procesu puede ser aplicáu a una amplia variedá de metales, tanto ferrosos como non ferrosos.

Un procesu rellacionáu, la soldadura d'arcu de nucleu fundente (FCAW), usa un equipu similar pero utiliza un alambre que consiste nun electrodu d'aceru relleno d'un material en polvu. Esti alambre nucleado ye más costosu que l'alambre sólidu estándar y puede xenerar fumos y/o escoria, pero dexa inclusive una velocidá más alta de soldadura y mayor penetración del metal.

La soldadura d'arcu, tungsteniu y gas (GTAW), o soldadura de tungsteniu y gas inerte (TIG) (tamién dacuando designada equivocadamente como soldadura heliarc), ye un procesu manual de soldadura qu'usa un electrodu de tungsteniu non consumible, un amiestu de gas inerte o semi-inerte, y un material de rellenu separáu. Especialmente útil pa soldar materiales finos, esti métodu ye carauterizáu por un arcu estable y una soldadura d'alta calidá, pero rique una significativa habilidá del operador y solamente da velocidaes de trabayu relativamente baxes.

La GTAW pueden ser usada en casi tolos metales soldables, anque ye aplicada más de cutiu a aleaciones d'aceru inoxidable y metales llixeros. Usar nos casos en que son desaxeradamente importantes les soldadures calidable, por casu en fabricación de cuadros de bicicletes, aviones y aplicaciones navales. Un procesu rellacionáu, la soldadura d'arcu de plasma, tamién usa un electrodu de tungsteniu pero utiliza un gas de plasma pa faer l'arcu. L'arcu ye más concentráu que l'arcu de la GTAW, faciendo'l control tresversal más críticu y asina xeneralmente acutando la téunica a un procesu mecanizado. Por cuenta de la so corriente estable, el métodu puede ser usáu nuna gama más amplia de materiales gruesos que nel casu de la GTAW, y amás, ye muncho más rápido qu'ésta. Aplicar a los mesmos materiales que la GTAW sacante al magnesiu, y la soldadura automatizada del aceru inoxidable ye una aplicación reseñable d'esti sistema. Una variante del mesmu ye'l corte por plasma, un eficiente sistema pa la corte d'aceru.

La soldadura d'arcu somorguiáu (SAW) ye un métodu de soldadura d'alta productividá nel cual l'arcu xenérase somorguiáu nun fluyíu. Esto aumenta la calidá del arcu, yá que los contaminantes de l'atmósfera son movíos por dichu fluyíu. La escoria que forma la soldadura, xeneralmente, sale por sigo mesma, y, combinada col usu d'una alimentación d'alambre continua, la velocidá de deposición de la soldadura ye alta. Les condiciones de trabayu ameyoren enforma en comparanza con otros sistemes de soldadura d'arcu, yá que el fluyíu despinta l'arcu y, asina, casi nun se produz nengún fumu. Esti sistema ye usáu comúnmente na industria, especialmente pa productos grandes y na fabricación de recipientes de presión soldaos. Otros procesos de soldadura d'arcu inclúin la soldadura d'hidróxenu atómicu, la soldadura d'arcu de carbonu, la soldadura de electroescoria, la soldadura por electrogas, y la soldadura d'arcu de perno.

Soldadura a gas

Soldadura a gas d'una armadura d'aceru usando'l procesu d'oxiacetileno.

El procesu más común de soldadura a gas ye la soldadura oxiacetilénica, tamién conocida como soldadura autógena o soldadura oxi-combustible. Ye unu de los más vieyos y más versátiles procesos de soldadura, pero n'años recién aportó a menos popular n'aplicaciones industriales. Inda ye usada estensamente pa soldar tuberíes y tubos, como tamién pa trabayu d'arreglu. L'equipu ye relativamente baratu y simple, xeneralmente emplegando la combustión del acetilenu n'osíxenu pa producir una temperatura de la llapada de soldadura de cerca de 3100 °C. Yá que la llapada ye menos concentrada qu'un arcu llétricu, causa un enfriamientu más lentu de la soldadura, que puede conducir a mayores tensiones residuales y distorsión de soldadura, anque facilita la soldadura d'aceros d'alta aleación. Un procesu similar, xeneralmente llamáu corte de oxicombustible, ye usáu pa cortar los metales. Otros métodos de la soldadura a gas, tales como soldadura d'acetilenu y aire, soldadura d'hidróxenu y osíxenu, y soldadura de gas a presión son bien similares, xeneralmente estremándose solamente nel tipu de gases usaos. Una antorcha d'agua dacuando ye usada pa la soldadura de precisión d'artículos como xoyería. La soldadura a gas tamién ye usada na soldadura de plásticu, anque la sustancia calecida ye l'aire, y les temperatures son muncho más baxes.

Soldadura por resistencia

La soldadura por resistencia implica la xeneración de calor al travesar la corriente llétrica dos o más superficies de metal. Fórmense pequeños charcos de metal fundíu nel área de soldadura a midida que la elevada corriente (1.000 a 100.000 A) trespasa'l metal. Polo xeneral, los métodos de la soldadura por resistencia son eficientes y causen poca contaminación, pero les sos aplicaciones son daqué llindaes y el costu del equipu puede ser altu.

Soldador de puntu.

La soldadura por puntos ye un popular métodu de soldadura por resistencia usáu pa xuntar fueyes de metal asolapaes d'hasta 3 mm de gruesu. Dos electrodos son usaos simultáneamente pa suxetar les fueyes de metal xuntu y pa pasar la corriente al traviés d'elles. Les ventayes del métodu inclúin l'usu eficiente de la enerxía, una llindada deformación de la pieza de trabayu, altes velocidaes de producción, bona automatización, y el non requerimientu de materiales de rellenu. La fuercia de la soldadura ye perceptiblemente más baxa que con otros métodos de soldadura, faciendo'l procesu solamente conveniente pa ciertes aplicaciones. Ye usada extensivamente na industria d'automóviles -- Los coches ordinarios puede tener dellos miles de puntos soldaos fechos por robots industriales. Un procesu especializáu, llamáu soldadura de choque, pue ser usada pa los puntos de soldadura del aceru inoxidable.

Como la soldadura de puntu, la soldadura de cordura confía en dos electrodos p'aplicar la presión y la corriente pa xuntar fueyes de metal. Sicasí, en cuenta de electrodos de puntu, los electrodos con forma de rueda, rueden a lo llargo y de cutiu alimenten la pieza de trabayu, faciendo posible les soldadures continues llargues. Nel pasáu, esti procesu foi usáu na fabricación de llates de bébores, pero agora los sos usos son más llindaos. Otros métodos de soldadura por resistencia inclúin la soldadura de rellumu, la soldadura de proyeición, y la soldadura d'entornáu.

Soldadura per rayu d'enerxía

Los métodos de soldadura per rayu d'enerxía, llamaos soldadura per rayu láser y soldadura con rayu d'electrones, son procesos relativamente nuevos que aportaron a absolutamente populares n'aplicaciones d'alta producción. Los dos procesos son bien similares, estremándose más notablemente na so fonte d'enerxía, La soldadura de rayu láser emplega un rayu láser altamente enfocáu, ente que la soldadura de rayu d'electrones ye fecha nun vacíu y usa un fexe d'electrones. Dambes tienen una bien alta densidá d'enerxía, faciendo posible la penetración de soldadura fonda y embriviendo el tamañu del área de la soldadura. Dambos procesos son desaxeradamente rápidos, y son fáciles de automatizar, faciéndolos altamente granibles. Les desventaxes primaries son les sos bien altos costos d'equipu (anque éstos tán menguando) y una susceptibilidá al agrietamiento. Los desarrollos nesta área inclúin la soldadura de láser híbrido, qu'usa los principios de la soldadura de rayu láser y de la soldadura d'arcu pa inclusive meyores propiedaes de soldadura.

Xeometría

Tipos comunes de xuntes de soldadura
(1) La xunta d'estremu cuadráu
(2) Xunta de preparación solo-V
(3) Xunta de cuellu o traslape
(4) Xunta-T.

Les soldadures pueden ser preparaes geométricamente de munches maneres distintes. Los cinco tipos básicos de xuntes de soldadura son la xunta d'estremu, la xunta de cuellu, la xunta d'esquina, la xunta de cantu, y la xunta-T. Esisten otres variaciones, como por casu la preparación de xuntes doble-V, caracterizaes poles dos pieces de material caúna qu'afilar a un solu puntu central na metá del so altor. La preparación de xuntes solo-O y doble-O son tamién abondo comunes —en llugar de tener cantos rectos como la preparación de xuntes solo-V y doble-V, elles son curvadas, teniendo la forma d'una O. Les xuntes de cuellu tamién son comúnmente más que dos pieces grueses —dependiendo del procesu usáu y de la grosez del material, munches pieces pueden ser soldaes xuntes nuna xeometría de xunta de cuellu.

De cutiu, ciertos procesos de soldadura usen puramente o casi puramente diseños de xunta particulares. Por casu, la soldadura de puntu de resistencia, la soldadura de rayu láser, y la soldadura de rayu d'electrones son realizaes más frecuentemente con xuntes de cuellu. Sicasí, dellos métodos de soldadura, como la soldadura por arcu de metal blindao, son desaxeradamente versátiles y pueden soldar virtualmente cualquier tipu de xunta. Adicionalmente, dellos procesos pueden ser usaos pa faer soldadures multipasos, nes que se dexa esfrecer una soldadura, y entós otra soldadura ye realizada enriba de la primera. Esto dexa, por casu, la soldadura de seiciones grueses dispuestes nuna preparación de xunta solo-V.

La seición cruciada d'una xunta d'estremu soldáu, col gris más escuru representando la zona de la soldadura o la fusión, el gris mediu la zona afeutada pol calor ZAT, y el gris más claru'l material base.

Dempués de soldar, un númberu de distintes rexones pueden ser identificaes nel área de la soldadura. La soldadura en sí mesma ye llamada la zona de fusión —más específicamente, ésta ye onde'l metal de rellenu foi puestu mientres el procesu de la soldadura. Les propiedaes de la zona de fusión dependen primariamente del metal de rellenu usáu, y la so compatibilidá colos materiales base. Ye arrodiada pola zona afeutada de calor, l'área que tuvo la so microestructura y propiedaes alteriaes pola soldadura. Estes propiedaes dependen del comportamientu del material base cuando ta suxetu al calor. El metal nesta área ye con frecuencia más débil que'l material base y la zona de fusión, y ye tamién onde son atopaes les tensiones residuales.

Calidá

Bien de cutiu, la midida principal usada pa xulgar la calidá d'una soldadura ye la so fortaleza y la fortaleza del material alredor d'ella. Munchos factores distintos inflúin nesto, incluyendo'l métodu de soldadura, la cantidá y la concentración de la entrada de calor, el material base, el material de rellenu, el material fundente, el diseñu del empalme, y les interacciones ente toos estos factores. Pa probar la calidá d'una soldadura úsense tantu ensayos non destructivos como ensayos destructivos, pa verificar que les soldadures tán llibres de defectos, tienen niveles aceptables de tensiones y distorsión residuales, y tienen propiedaes aceptables de zona afeutada pol calor (FAI). Esisten códigos y especificaciones de soldadura pa emponer a los soldadores en téuniques apropiaes de soldadura y en cómo xulgar la calidá estes.

Zona afeutada térmicamente

L'área azul resulta de la oxidación nuna temperatura correspondiente a 316 °C. Esto ye una manera precisa d'identificar la temperatura, pero nun representa l'anchu de la zona afeutada térmicamente (ZAT). La ZAT ye l'área estrecha que darréu arrodia'l metal base soldáu.

Los efeutos de soldar pueden ser perxudiciales nel material arrodiando la soldadura. Dependiendo de los materiales usaos y la entrada de calor del procesu de soldadura usáu, la zona afeutada térmicamente (ZAT) puede variar en tamañu y fortaleza. La difusividad térmica del material base ye bien importante - si la difusividad ye alta, la velocidá d'enfriamientu del material ye alta y la ZAT ye relativamente pequeña. Inversamente, una difusividad baxa conduz a un enfriamientu más lentu y a una ZAT más grande. La cantidá de calor inyectada pol procesu de soldadura tamién desempeña un papel importante, pos los procesos como la soldadura oxiacetilénica tienen una entrada de calor ensin concentrar y aumenten el tamañu de la zona afeutada. Los procesos como la soldadura por rayu láser tienen una cantidá altamente concentrada y llindada de calor, resultando una ZAT pequeña. La soldadura d'arcu cai ente estos dos estremos, colos procesos individuales variando daqué n'entrada de calor. Pa calcular el calor pa los procedimientos de soldadura d'arcu, pue ser usada la siguiente fórmula:

$Q=\left({\frac {V\times I\times 60}{S\times 1000}}\right)\times {\mathit {Rendimientu}}$

onde

• Q = entrada de calor (kJ/mm), *

V = voltaxe (V), * I = corriente (A), y * S = velocidá de la soldadura (mm/min)

El rendimientu depende del procesu de soldadura usáu, cola soldadura d'arcu de metal revistío teniendo un valor de 0,75, la soldadura por arcu metálicu con gas y la soldadura d'arcu somorguiáu, 0,9, y la soldadura d'arcu de gas tungsteniu, 0,8.

Distorsión y agrietamiento

Los métodos de soldadura qu'impliquen dilir el metal nel sitiu del empalme son necesariamente propensos a la contraición a midida que el metal calecíu esfrezse. De la mesma, la contraición puede introducir tensiones residuales y tantu distorsión llonxitudinal como rotatoria. La distorsión puede plantegar un problema importante, yá que el productu final nun tien la forma deseyada. Pa solliviar la distorsión rotatoria, les pieces de trabayu pueden ser compensaes, de cuenta que la soldadura dea llugar a una pieza correutamente formada. Otros métodos de llindar la distorsión, como afitar nel llugar les pieces de trabayu con abrazaderes, causa l'acumuladura de la tensión residual na zona afeutada térmicamente del material base. Estes tensiones pueden amenorgar la fuercia del material base, y pueden conducir a la falla catastrófica por agrietamiento fríu, como nel casu de delles de les naves Liberty. El agrietamiento en fríu ta llindáu a los aceros, y ta acomuñáu a la formación del martensita ente que la soldadura esfrezse. El agrietamiento asocede na zona afeutada térmicamente del material base. P'amenorgar la cantidá de distorsión y estrés residual, la cantidá d'entrada de calor tien de ser llindada, y la secuencia de soldadura usada nun tien de ser d'un estremu direutamente al otru, sinón daqué en segmentos. L'otru tipu de agrietamiento, el agrietamiento en caliente o agrietamiento de solidificación, puede asoceder en tolos metales, y asocede na zona de fusión de la soldadura. Pa menguar la probabilidá d'esti tipu de agrietamiento, ten de ser evitáu l'escesu de material acutáu, y tien de ser usáu un material de rellenu apropiáu.

Soldabilidad

La calidá d'una soldadura tamién depende de la combinación de los materiales usaos pal material base y el material de rellenu. Non tolos metales son afechos pa la soldadura, y non tolos metales de rellenu trabayen bien con materiales base aceptables. Hai que tener en cuenta'l 60% de la espesura base menor de les plaques a xunir pa usu d'unu de los catetos de la soldadura.

Aceros

La soldabilidad d'aceros ye inversamente proporcional a una propiedá conocida como la templabilidad del aceru, que mide la probabilidá de formar la martensita mientres el tratamientu de soldadura o calor. La templabildad del aceru depende de la so composición química, con mayores cantidaes de carbonu y d'otros elementos d'aleación resultando en mayor templabildad y polo tanto una soldabilidad menor. Pa poder xulgar les aleaciones compuestes de munchos materiales distintos, úsase una midida conocida como'l conteníu equivalente de carbonu pa comparar les soldabilidades relatives de distintes aleaciones comparando les sos propiedaes a un aceru al carbonu simple. L'efeutu sobre la soldabilidad d'elementos como'l cromu y el vanadiu, ente que nun ye tan grande como la del carbonu, ye por casu más significativa que la del cobre y el níquel. A midida que álzase'l conteníu equivalente de carbonu, la soldabilidad de l'aleación escai. La desventaxa d'usar simple carbonu y los aceros de baxa aleación ye la so menor resistencia - hai una compensación ente la resistencia del material y la soldabilidad. Los aceros d'alta resistencia y baxa aleación fueron desenvueltos especialmente pa los usos na soldadura mientres los años 1970, y estos materiales, xeneralmente fáciles de soldar tienen bona resistencia, faciéndolos ideales pa munches aplicaciones de soldadura.

Por cuenta de el so altu conteníu de cromu, los aceros inoxidables tienden a portase d'una manera distinta a otros aceros con al respective de la soldabilidad. Los graos austeníticos de los aceros inoxidables tienden a ser más soldables, pero son especialmente susceptibles a la distorsión por cuenta del so altu coeficiente d'espansión térmica. Delles aleaciones d'esti tipu son propenses a sedase y tamién a tener una amenorgada resistencia al escomiu. Si nun ta controlada la cantidá de ferrita na soldadura ye posible'l agrietamiento caliente. Pa solliviar el problema, úsase un electrodu que deposita un metal de soldadura que contién una cantidá pequeña de ferrita. Otros tipos d'aceros inoxidables, tales como los aceros inoxidables ferríticos y martensíticos, nun son fácilmente soldables, y de cutiu tienen de ser precalentados y soldaos con electrodos especiales.

Aluminiu

La soldabilidad de les aleaciones d'aluminiu varia significativamente dependiendo de la composición química de l'aleación usada. Les aleaciones d'aluminiu son susceptibles al agrietamiento caliente, y pa combatir el problema'l soldadores aumenten la velocidá de la soldadura p'amenorgar l'apurra de calor. El precalentamiento amenorga'l gradiente de temperatura al traviés de la zona de soldadura y polo tanto ayuda a amenorgar el agrietamiento caliente, pero puede amenorgar les carauterístiques mecániques del material base y nun tien de ser usáu cuando'l material base ta acutáu. El diseñu del empalme tamién puede camudase, y puede escoyese una aleación de rellenu más compatible pa menguar la probabilidá del agrietamiento caliente. Les aleaciones d'aluminiu tamién tienen de ser llimpiaes antes de la soldadura, al envís de quitar tolos óxidos, aceites, y partícules sueltes de la superficie a ser soldada. Esto ye especialmente importante por cuenta de la susceptibilidá d'una soldadura d'aluminiu a la porosidá debíu al hidróxenu y a la escoria debíu al osíxenu.

Condiciones inusuales

Soldadura subacuática.

Anque munches aplicaciones de la soldadura llevar a cabu n'ambientes controlaos como fábriques y talleres d'arreglos, dellos procesos de soldadura usar con frecuencia nuna amplia variedá de condiciones, como al aire abierto, so l'agua y en vacíos (como nel espaciu). N'usos al campu, tales como la construcción y l'arreglu n'esteriores, la soldadura d'arcu de metal blindao ye'l procesu más común. Los procesos qu'empleguen gases inertes pa protexer la soldadura nun pueden usase fácilmente en tales situaciones, porque los movimientos atmosféricos impredicibles pueden dar llugar a una soldadura fallida. La soldadura d'arcu de metal blindao de cutiu tamién ye usada na soldadura subacuática na construcción y l'arreglu de naves, plataformes costa fuera, y tuberíes, pero tamién otres son comunes, tales como la soldadura d'arcu con nucleu de fundente y soldadura d'arcu de tungsteniu y gas. Ye tamién posible soldar nel espaciu, foi intentáu per primer vegada en 1969 por cosmonautes rusos, cuando realizaron esperimentos pa probar la soldadura d'arcu de metal blindao, la soldadura d'arcu de plasma, y la soldadura de fexe d'electrones nun ambiente despresurizado. Fixéronse pruebes adicionales d'estos métodos nes siguientes décades, y anguaño los investigadores siguen desenvolviendo métodos pa usar otros procesos de soldadura nel espaciu, como la soldadura de rayu láser, soldadura por resistencia, y soldadura per resfregón. Les meyores nestes árees podríen probar ser indispensables pa proyeutos como la construcción de la Estación Espacial Internacional, que probablemente va utilizar profusamente la soldadura pa xunir nel espaciu les partes manufacturadas na Tierra.

Seguridá

La soldadura ensin los procuros apropiaos pue ser una práutica peligroso y dañible pa la salú. Sicasí, col usu de la nueva teunoloxía y la proteición apropiada, los riesgos de mancadura o muerte acomuñaos a la soldadura pueden ser práuticamente esaniciaos. El riesgu de quemadures o electrocución ye significativu por cuenta de que munchos procedimientos comunes de soldadura impliquen un arcu llétricu o flama abiertos. Pa preveniles, les persones que sueldan tienen d'utilizar ropa de proteición, como calzáu homologado, guantes de cueru gruesos y chaquetes proteutores de mangues llargues pa evitar la esposición a les chispes, el calor y les posibles llapaes. Amás, la esposición al rellumu del área de la soldadura produz una mancadura llamada güeyu d'arcu (queratitis) por efeutu de la lluz ultravioleta qu'engafa la córnea y puede quemar les retines. Les gafes proteutores y los cascos y mazcaritos de soldar con filtros de cristal escuru usar pa prevenir esta esposición, y n'años recién comercializáronse nuevos modelos de cascos nos que'l filtru de cristal ye tresparente y dexa ver l'área de trabayu cuando nun hai radiación UV, pero s'autu escurez en cuanto esta produzse al empecipiase la soldadura. Pa protexer a los espectadores, la llei de seguridá nel trabayu esixe que s'utilicen mampares o cortines tresllúcíes qu'arrodien l'área de soldadura. Estes cortines, feches d'una película plástica de cloruru de polivinilo, protexen a los trabayadores cercanos de la esposición a la lluz UV del arcu llétricu, pero nun tienen de ser usaes pa reemplazar el filtru de cristal usáu nos cascos y mazcaritos del soldador.

De cutiu, el soldadores tamién s'esponen a gases peligrosos y a partícules fines suspendíes nel aire. Los procesos como la soldadura por arcu de nucleu fundente y la soldadura por arcu metálicu blindáu producen fumu que contién partícules de dellos tipos d'óxidos, qu'en dellos casos pueden producir cuadros médicos como'l llamáu fiebre del vapor metálicu. El tamañu de les partícules en cuestión inflúi na toxicidá de los vapores, pos les partícules más pequeñes presenten un peligru mayor. Amás, munchos procesos producen vapores y dellos gases, comúnmente dióxidu de carbonu, ozonu y metales pesaos, que pueden ser peligrosos ensin la ventilación y la proteición apropiaos. Pa esti tipu de trabayos, suelse llevar mázcaru pa partícules de clasificación FFP3, o bien mázcaru pa soldadura. Debíu al usu de gases estruyíos y llapaes, en munchos procesos de soldadura plantégase un riesgu d'esplosión y fueu. Dellos procuros comunes inclúin la llimitación de la cantidá d'osíxenu nel aire y caltener los materiales combustibles lloñe del llugar de trabayu.

Costos y enclinos

Como en cualquier procesu industrial, el costu de la soldadura xuega un papel crucial nes decisiones de la producción. Munches variables distintos afecten el costu total, incluyendo'l costu del equipu, el costu de la mano d'obra, el costu del material, y el costu de la enerxía llétrica. Dependiendo del procesu, el costu del equipu puede variar, dende baratu pa métodos como la soldadura d'arcu de metal blindao y la soldadura de oxicombustible, a desaxeradamente costosu pa métodos como la soldadura de rayu láser y la soldadura de fexe d'electrones. Por cuenta de el so altu costu, éstes son solamente usaes n'operaciones d'alta producción. Similarmente, por cuenta de que la automatización y los robots aumenten los costos del equipu, solamente son implementaos cuando ye necesaria l'alta producción. El costu de la mano d'obra depende de la velocidá de deposición (la velocidá de soldadura), del salariu per hora y del tiempu total d'operación, incluyendo'l tiempu de soldar y del manexu de la pieza. El costu de los materiales inclúi'l costu del material base y de rellenu y el costu de los gases de proteición. Finalmente, el costu de la enerxía depende del tiempu del arcu y el consumu d'enerxía de la soldadura.

Pa los métodos manuales de soldadura, los costos de trabayu xeneralmente son la vasta mayoría del costu total. Como resultancia, munches midíes d'aforru de costu enfocar nel amenorgamientu al mínimu del tiempu d'operación. Pa faer esto, pueden escoyese procedimientos de soldadura con altes velocidaes de deposición y los parámetros de soldadura pueden afaese p'aumentar la velocidá de la soldadura. La mecanización y l'automatización son frecuentemente implementaes p'amenorgar los costos de trabayu, pero, de cutiu, con ésta aumenta'l costu d'equipu y crea tiempu adicional de disposición. Los costos de los materiales tienden a amontase cuando son necesaries propiedaes especiales nellos y los costos de la enerxía de normal nun suman más qu'un porcentaxe del costu total de la soldadura.

N'años recién, p'amenorgar al mínimu los costos de trabayu na manufactura d'alta producción, la soldadura industrial volvióse cada vez más automatizada, sobremanera col usu de robots na soldadura de puntu de resistencia (especialmente na industria del automóvil) y na soldadura d'arcu. Na soldadura robotizada, unos dispositivos mecánicos sostienen el material y realicen la soldadura, y de primeres, la soldadura de puntu foi'l so usu más común. Pero la soldadura d'arcu robótica amontó la so popularidá a midida que la teunoloxía avanzó. Otres árees clave d'investigación y desenvolvimientu inclúin la soldadura de materiales distintos (como por casu, aceru y aluminiu) y los nuevos procesos de soldadura. Amás, deseyar progresar en que métodos especializaos como la soldadura de rayu láser sían práuticos pa más aplicaciones, por casu nes industries aeroespaciales y del automóvil. Los investigadores tamién tienen la esperanza d'entender meyor les frecuentes propiedaes impredicibles de les soldadures, especialmente la microestructura, les tensiones residuales y l'enclín d'una soldadura a sedase o deformarse.

Especificaciones de soldadura

• American Society of Mechanical Engineers - Boiler and Pressure Vessel Code - Section IX
• American Welding Society – Structural Welding Code
• American Welding Society – Bridge Welding Code

Ver tamién

• Cobre
• Inspeición por líquidos caltriantes
• Electrodu
• Soldador llétricu
• Tratamientu térmicu
• Tensión mecánico
• Tubería
• Otres téunica d'unión: adesivu, atornelláu, remacháu

Bibliografía

• ASM International (2003). Trends in Welding Research. Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 0-87170-780-2
• Blunt, Jane and Nigel C. Balchin (2002). Health and Safety in Welding and Allied Processes. Cambridge: Woodhead. ISBN 1-85573-538-5.
• Cary, Howard B. and Scott C. Helzer (2005). Modern Welding Technology. Upper Saddle River, Nueva Jersey: Pearson Education. ISBN 0-13-113029-3.
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• Kalpakjian, Serope and Steven R. Schmid (2001). Manufacturing Engineering and Technology. Prentice Hall. ISBN 0-201-36131-0.
• Lincoln Electric (1994). The Procedure Handbook of Arc Welding. Cleveland: Lincoln Electric. ISBN 99949-25-82-2.
• Weman, Klas (2003). Welding processes handbook. Nueva York: CRC Press LLC. ISBN 0-8493-1773-8.
• Hernández Riesco, Germán. Manual del Soldador, Madrid 2006. ISBN 978-84-934316-1-7.

Enllaces esternos

• Wikimedia Commons tien conteníu multimedia tocante a Soldadura.
• Soldadura
• Tipo de soldadures ya industries caseres Archiváu 2022-08-09 en Wayback Machine
• soldadura Carauterístiques y usos de los guantes de soldadura (enllaz rotu disponible n'Internet Archive; ver l'historial y la última versión).

• Datos: Q131172
• Multimedia: Welding