Soldadura. Procesos y Procedimientos

La soldadura es un proceso de unión de materiales en el cual se funden las superficies de contacto de dos o más piezas mediante la aplicación conveniente de calor y/o presión.
En algunos procesos de soldadura se agrega material de relleno para facilitar la fusión.
La soldadura se asocia por lo regular con piezas metálicas, pero el proceso también se usa para unir plásticos.

Los invito a observar el siguiente video que muestra generalidades sobre la soldadura y algunos procesos

Procesos de Soldadura

Los procesos de soldadura se dividen en dos categorías importantes:

1) Soldadura por Fusión, en la cual se logra una coalescencia al fundirse las dos superficies que se van a unir, en algunos casos con la adición de un metal de relleno a la unión

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 por fusión es la categoría más importante, y ésta incluye la soldadura con arco, la soldadura por resistencia, la soldadura con oxígeno y gas combustible, y otros procesos que no pueden clasificarse en alguno de los tres anteriores.

Soldadura con arco eléctrico (AW, por sus siglas en inglés) . En este proceso de soldadura por fusión la coalescencia de los metales se obtiene mediante el calor de un arco eléctrico entre un electrodo y la pieza de trabajo. Figura 1.

Figura 1. Arco eléctrico formado en la soldadura de arco eléctrico

Un arco eléctrico es una descarga de corriente eléctrica a través de una separación en un circuito. Se sustenta por la presencia de una columna de gas térmicamente ionizada llamada plasma, a través de la cual fluye la corriente. Para iniciar el arco en un proceso de AW, se acerca el electrodo a la pieza de trabajo, después del contacto el electrodo se separa rápidamente de la pieza a una distancia corta.

La energía eléctrica del arco así formado produce temperaturas de 5500 °C o mayores, que son suficientemente altas para fundir cualquier metal. Se forma un pozo de metal fundido cerca de la punta del electrodo, constituido por el (los) metal (es) base y metal de relleno (si se usa alguno). En la mayoría de los procesos de soldadura con arco se agrega un metal de relleno durante la operación, para aumentar el volumen y fortalecer la unión. Conforme el electrodo se mueve a lo largo de la unión, el pozo de metal fundido se solidifica de inmediato.

El movimiento que dirige al electrodo hacia la piaza se consigue ya sea mediante un soldador humano (soldadura manual) o por medios mecánicos (soldadura con máquina, automática o robótica). Una de las desventajas de la soldadura manual con arco es que la calidad de la unión soldada depende de la calidad y ética de trabajo del soldador. La productividad también es un aspecto a considerar, la cual se mide como tiempo de arco (tiempo con el arco encendido), es decir, la proporción de las horas trabajadas en las que se obtine una soldadura con arco.

Los electrodos que se usan en los procesos de AW se clasifican como consumibles y no consumibles. Los consumibles proporcionan el metal de relleno en la soldadura con arco. Estos electrodos están disponibles en dos formas principales: varillas o bastones y alambres. Los electrodos no consumibles están hechos de tungsteno (o en raras ocasiones de carbono), los cuales resisten la fusión durante el arco. A pesar de su nombre, un electrodo no consumible se degrada en forma gradual durante el proceso de soldadura (la vaporización es el mecanismo principal) y ocurre en forma similar al desgaste gradual de una herramienta de corte en una operación de maquinado. Para los procesos de AW que utilizan electrodos no consumibles, cualquier metal de relleno usado en la operación debe proporcionarse mediante un alambre separado que se alimenta dentro del pozo soldado.

Protección del arco. En la soldadura con arco, las altas temperaturas provocan que los metales que se unen reaccionen intensamente al oxígeno, nitrógeno e hidrógeno del aire. Las propiedades mecánicas de la unión soldada pueden degradarse seriamente por estas reacciones. A fin de proteger la operación de soldadura de este resultado no deseado, casi todos los procesos de AW proporcionan algún medio para proteger el arco del aire circundante. Esto se logra al cubrir la punta del electrodo, el arco y el pozo de soldadura fundida con un manto de gas o fundente o ambos, lo que inhibe la exposición del metal soldado al aire.

Los gase de protección comunes incluyen el argón y el helio, pues ambos son inertes. En la soldadura de metales ferrosos con ciertos procesos de AW se usa oxígeno y dióxido de carbono, por lo general en combinación con Ar ó He, para producir una atmésfera oxidante o para controlar la forma de la soldadura.

Un fundente es una sustancia usada para evitar la formación de óxidos y otros contaminantes no deseados o para disolverlos y facilitar su remoción. Durante la soldadura, el fundente se derrite y se convierte en una escoria líquida que cubre la operación y protege el metal de soldadura fundido. La escoria se endurece después del enfriamiento y debe removerse con cincel o cepillo. Por lo general, un fundente es formulado para cumplir con varias funciones adicionales que incluyen:

• Proporcionar una atmósfera protectora para la soldadura


• Estabilizar el arco


• Reducir las salpicaduras

El método de aplicación del fundente es diferente para cada proceso. Entre las técnicas de adición se encuentran:

• Vaciar fundente granular en la operación de soldadura


• Usar un electrodo de varilla cubierto con material fundente, en el cual el recubrimiento se derrite durante la soldadura para cubrir la operación


• Usar electrodos tubulares que contienen fundente en el núcleo, el cual se libera conforme se consume el electrodo.

Soldadura con arco de metal protegido. La soldadura con arco de metal protegido (SMAW por sus siglas en inglés) es un proceso de AW que usa un electrodo consumible y consiste en una varilla de metal de relleno cubierto con materiales químicos que proporcionan un fundente y protección. El metal de relleno usado en la varilla debe ser compatible con el metal que se va a soldar y, por lo tanto, la composición debe ser muy parecida a la del metal base. El calor del proceso de soldadura funde el recubrimiento y proporciona una atmósfera protectora y escoria para la operación de soldadura. También ayuda a estabilizar el arco y regula la velocidad a la que se funde el electrodo.

Durante la operación, el extremo de metal descubierto de la varilla de soldadura (opuesto a la punta con que se suelda) se sujeta a un soporte de electrodos conectado a la fuente de potencia. El soporte tiene una manija aislada para que lo tome y manipule el soldador. Las corrientes que se usan regularmente en la SMAWvarían entre 30 y 300 A a voltajes de 15 a 45 V. La selección de los parámetros de potencia adecuados depende de los metales que se van a soldar, del tipo y longitud del electrodo, así como de la profundidad de penetración de la soldadura requerida.

Soldadura con arco de metal y gas (GMAW). 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. En la GMAW se usan diámetros de alambre que van de 0,8 a 6,5 mm, el tamaño depende del espesor de las piezas que se van a unir y de la velocidad de deposición deseada. Los gases usados para protección incluyen gases inertes como argón y helio y también gases activos como dióxido de carbono. La selección de gases (y mezclas de los mismos) dependen del metal que se va a soldar así como de otros factores. Se usan gases inertes para soldar aleaciones de alumnio y aceros inoxidables, mientras que comúnmente se usa CO2 para soldar aceros al bajo y mediano carbono.


Soldadura con arco de núcleo fundente (FCAW). Es un proceso en el cual el electrodo es un tubo consumible continuo que contiene fundente y otros ingredientes en su núcleo. Tales ingredientes incluyen elementos desoxidantes y aleantes. El "alambre" tubular con núcleo de fundente es flexible, y por ende puede suministrarse en forma de rollos para que sea alimentado de forma continua a través de la pistola para soldadura con arco. Existen dos versiones de la FCAW:

• Soldadura con arco de núcleo fundente autoprotegida: el núcleo incluye fundente e ingredientes que generan gases protectores para el arco


• Soldadura con arco de núcleo fundente protegida con gas: utiliza un electrodo que contiene su propio fundente junto con gases protectores separados
  

Soldadura oxiacetilénica (OAW). 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. Cuando se usa metal de relleno normalmente está en forma de varillas con diámetros que van de 1,6 a 9,5 mm. La composición del relleno debe ser similar a la de los metales base. Con frecuencia el relleno se recubre con un fundente que ayuda a limpiar la superficie y a evitar la oxidación, con lo que se produce una mejor unión soldada.



Soldadura por puntos (RSW). Es un proceso en el cual se obtiene la fusión en una ubicación de las superficies de empalme de una unión superpuesta, mediante electrodos opuestos. El proceso se usa para unir piezas de láminas metálicas con un espesor de 3 mm o menos, usando una serie de soldaduras de puntos en situaciones donde no se requiere un ensamble hermético.
Este proceso de soldadura puede realizarse de forma automatizada como se puede observar en el siguiente video.


Seguridad Industrial.

Es importante durante el desarrollo de cualquier proceso de soldadura normas de seguridad.