Soldadura

El trabajo industrial ha significado un gran avance en la vida de los seres humanos, pues el crear procedimientos, máquinas, instrumentos, y tantas otras cosas que le abren camino a la creatividad, producción y concreción de ideas que permiten satisfacer necesidades en todos los ámbitos de la vida humana. Es de esta manera en que la soldadura se ha constituido como un baluarte en lo que a creación y ejecución se refiere de diversas obras, sin importar su naturaleza, su finalidad o a lo que s dedicada.

Existen diversas informaciones sobre esta materia y es variada y extensa, por lo que se ha tratado de resumir en el presente trabajo, luego de una extensa búsqueda, la mayor parte de los conceptos que pueden ayudar a enriquecer la expectativa de saber y conocer sobre el tema propuesto, se presenta así una complicación más o menos extensa de un tema aún mucho más extenso e interesante, con lo cual se busca, de igual manera el impulso del saber.

En conclusión, se presenta el resultado de una larga investigación de tipo documental, en la cual se investigó lo más puntual al tema referido.

Uniones

Unión, en soldadura

La unión en soldadura se define: "la unión de los miembros o de las orillas de los miembros que se van a unir o que han sido unidos". La operación de soldar es un proceso de unión de materiales que produce su coalescencia calentándolos a temperatura de fusión, con o sin aplicación de presión, o por medio de la aplicación de presión solamente y con o sin el uso de material de aporte, el cual se usa en trabajos de soldadura. La coalescencia significa adherirse uno a otro o adherir a un cuerpo los materiales que se sueldan. El ensamble soldado es un conjunto de partes unidas con soldadura, y puede hacerse a partir de muchos o de pocas partes metálicas.

Tipos de Uniones

Uniones fijas

Las uniones fijas son aquellas uniones cuyos elementos de unión son imposibles de separar sin producir algún desperfecto o rotura en alguno de ellos. Las uniones fijas más comunes hoy en día son las uniones fijas soldadas, las remachadas y por roblones, por ajuste a presión y mediante adhesivos. Las uniones fijas se utilizan cuando se esta seguro que no se va a realizar un desmontaje posterior. Con la salvedad de la unión mediante adhesivo, las uniones fijas normalmente se utilizan cuando la unión entre los dos elementos debe aguantar esfuerzos mecánicos importantes (aunque existen adhesivos sintéticos muy y muy fuertes).

Uniones desarmables (temporales)

Son aquellas que permiten ensamblar y desmontar el conjunto sin dañar las piezas que lo forman. Uniones roscadas. Son aquellas que pueden ser desmontadas sólo por medio de la destrucción o deformación de uno de los elementos de la unión hasta dejarlo inservible.

Uniones en T

Se usan ampliamente en la soldadura por arco y se efectúan con o sin preparación de los bordes de una cara o de las dos caras. La plancha vertical debe tener el borde base bien elaborado, de tal manera que no hayan inconvenientes al empalmar las partes.

Cuando los bordes de la plancha vertical se biselan por una o ambas caras, entre las piezas horizontal y vertical se deja una holgura de 2-3 mm para obtener una buena penetración en todo el espesor de la pieza vertical. El bisel en una sola cara se realiza en caso de que la construcción de la pieza no permita efectuar la soldadura en T por los dos lados.

Uniones en ángulo

Se usan para la soldadura de diferentes planchas cuyos bordes se han elaborado previamente. Las partes a soldar se colocan en ángulo recto o en otro ángulo y se sueldan por los bordes.

Tales uniones se usan generalmente en la soladura de depósitos, los cuales habrán de ser sometidos a condiciones de trabajo, bajo la acción de una presión no conocida de gas o líquido. A veces las uniones en ángulo se sueldan también por la parte interior.

Uniones de tapón

Se usan cuando la longitud del cordón normal elaborado a solapo no garantiza una resistencia suficiente. Las uniones de tapón pueden ser de tipo abierto o cerrado. Le hendidura se efectúa generalmente con ayuda del corte por oxígeno.

Uniones de brida

Las chapas se juntan por sus superficies y se sueldan por los bordes adyacentes.

Uniones con cubrejuntas

Esas uniones exigen un gasto suplementario de metal y por eso se usa en aquellos casos, en los que por alguna causa no pueden ser sustituidas por las uniones a tope o a solapo.

Unión de botones

Con ayuda de los botones se obtienen unas uniones resistentes pero no compactas. En la chapa de arriba se taladra un orificio y luego éste se suelda de modo que la chapa inferior también se suelde. Cuando se aplica el procedimiento de la soldadura automática por arco sumergido no hay necesidad de taladrar la plancha superior, pues la misma se derrite en todo su espesor mediante la acción del arco eléctrico.

Las uniones a que nos hemos referido son típicas de la soldadura manual por arco. Si se aplican los procedimientos de soldadura oxiacetilénica, soldadura por arco sumergido, soldadura de metales no ferrosos, etc., la forma de los bordes puede ser distinta.

Soldadura

La soldadura es un proceso de fijación en donde se realiza la unión de dos o más piezas de un material, (generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo, se puede agregar un material de aporte (metal o plástico), que, al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a soldar (el baño de soldadura) y, al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le denomina cordón.

A veces se utiliza conjuntamente presión y calor, o solo presión por sí misma, para producir la soldadura. Esto está en contraste con la soldadura blanda (en inglés soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing), que implican el derretimiento de un material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para formar un enlace entre ellos, sin fundir las piezas de trabajo.

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

La soldadura con frecuencia se realiza en un ambiente industrial, pero puede realizarse en muchos lugares diferentes, incluyendo al aire libre, bajo del agua y en el espacio. Independientemente de la localización, sin embargo, la soldadura sigue siendo peligrosa, y se deben tomar precauciones para evitar quemaduras, descarga eléctrica, humos venenosos, y la sobreexposición a la luz ultravioleta.

Hasta el final del siglo XIX, el único proceso de soldadura era la soldadura de fragua, que los herreros han usado por siglos para juntar metales calentándolos y golpeándolos. La soldadura por arco y la soldadura a gas estaban entre los primeros procesos en desarrollarse tardíamente en ese mismo siglo, siguiéndoles, poco después, la soldadura por resistencia y soldadura eléctrica. La tecnología de la soldadura avanzó rápidamente durante el principio del siglo XX mientras que la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial condujeron la demanda de métodos de unión fiables y baratos.

Después de las guerras, fueron desarrolladas varias técnicas modernas de soldadura, incluyendo métodos manuales como la Soldadura manual de metal por arco, ahora uno de los más populares métodos de soldadura, así como procesos semiautomáticos y automáticos tales como Soldadura GMAW, soldadura de arco sumergido, soldadura de arco con núcleo de fundente y soldadura por electroescoria. Los progresos continuaron con la invención de la soldadura por rayo láser y la soldadura con rayo de electrones a mediados del siglo XX. Hoy en día, la ciencia continúa avanzando.

Se dice que la soldadura es un sistema porque intervienen los elementos propios de este, es decir, las 5 M: mano de obra, materiales, máquinas, medio ambiente y medios escritos (procedimientos). La unión satisfactoria implica que debe pasar las pruebas mecánicas (tensión y doblez). Las técnicas son los diferentes procesos (SMAW, SAW, GTAW, etc.) utilizados para la situación más conveniente y favorable, lo que hace que sea lo más económico, sin dejar de lado la seguridad.

Procedimiento para soldar

Lo primero que se debe hacer es limpiar las superficies, tanto mecánicamente como desde el punto de vista químico, es decir, desengrasarlas, desoxidarlas y posteriormente recubrirías con una capa de material fundente que evite la posterior oxidación y facilite el «mojado» de las mismas. A continuación se calientan las superficies con un soldador y, cuando alcanzan la temperatura de fusión del metal de aportación, se aplica éste; el metal corre libremente, moja las superficies y se endurece cuando enfría. El estaño se une con los metales de las superficies que se van a soldar. Comúnmente se estañan, por el procedimiento antes indicado, ambas caras de las piezas que se van a unir y posteriormente se calientan simultáneamente, quedando así unidas.

En muchas ocasiones, el material de aportación se presenta en forma de hilo enrollado en un carrete. En este caso, el interior del hilo es hueco y va relleno con la resma antioxidante, lo que hace innecesario recubrir la superficie.

Tiene multitud de aplicaciones, entre las que destacan:

• Electrónica. Para soldar componentes en placas de circuitos impresos.

• Soldaduras de plomo. Se usan en fontanería para unir tuberías de plomo, o tapar grietas existentes en ellas.

• Soldadura de cables eléctricos.

• Soldadura de chapas de hojalata.

Aunque la soldadura blanda es muy fácil de realizar, presenta el inconveniente de que su resistencia mecánica es menor que la de los metales soldados; además, da lugar a fenómenos de corrosión.

Requisitos para lograr una soldadura de calidad

Para obtener una unión de alta calidad, las superficies a soldar deben ser de igual sección y paralelas una a otra. La longitud de cada uno de los extremos a y b, que sobresalen de los sujetadores (fig. 1), debe variar en los límites de 0,6 – 0,7 d. Si los metales a soldar poseen distinta conductividad eléctrica, la longitud de la parte saliente del metal con mejor conductividad eléctrica debe ser mayor que la del otro. El sobre espesor para la fusión y recalcado debe hallarse en los límites de 0,35 a 0,75 de la longitud de la parte sobresaliente de la pieza.

Cordones de soldadura

Los cordones de soldadura se dividen en los siguientes grupos:

Por su posición en el espacio en: horizontales, planas, verticales y sobre cabeza. Los cordones más fáciles de elaborar son los horizontales y los más difíciles son los sobre cabeza.

Los cordones sobre cabeza pueden ser ejecutados por aquellos soldadores que han adquirido una gran destreza en la aplicación de dicho procedimiento de soldadura.

La soldadura de los cordones sobre cabeza por arco eléctrico resulta más difícil que la soldadura en esta posición por el procedimiento oxiacetilénico. La soldadura vertical en comparación con la plana resulta un poco más difícil. En relación con los esfuerzos que actúan: laterales, frontales, combinados y oblicuos.

Por la extensión en continuos o discontinuos: Los cordones discontinuos se elaboran en los casos que no es exigible que el cordón sea compacto, y que según el cálculo de resistencia no resulte necesario elaborar un cordón continuo. Por el grado de convexidad: en normales, reforzados y huecos. Por el tipo de unión pueden ser: a tope y en ángulo. Cada uno de los tipos de soldadura se explicara a continuación en el presente trabajo.

Tipos de Soldadura

Existen diversos tipos de soldadura que son utilizados por el soldador de acuerdo al tipo de proyecto que emprende, la estructura que se necesita y los materiales a emplear, teniendo cada uno un procedimiento, un uso y aplicación determinado.

Soldadura heterogénea

Se efectúa entre materiales de distinta naturaleza, con o sin metal de aportación: o entre metales iguales, pero con distinto metal de aportación. Puede ser blanda o fuerte. La soldadura blanda se realiza a temperaturas por debajo de los 400 °C.

El material metálico de aportación más empleado es una aleación de estaño y plomo, que funde a 230 °C aproximadamente. La soldadura fuerte, también se llama dura o amarilla, es similar a la blanda, pero se alcanzan temperaturas de hasta 800 °C.

Como metal de aportación se suelen usar aleaciones de plata, y estaño (conocida como soldadura de plata); o de cobre y cinc. Como material fundente para cubrir las superficies, desoxidándolas, se emplea el bórax. Un soplete de gas aporta el calor necesario para la unión. La soldadura se efectúa generalmente a tope, pero también se suelda a solape y en ángulo.

Este tipo de soldadura se lleva a cabo cuando se exige una resistencia considerable en la unión de dos piezas metálicas, o bien se trata de obtener uniones que hayan de resistir esfuerzos muy elevados o temperaturas excesivas. Se admite que, por lo general, una soldadura fuerte es más resistente que el mismo metal que une.

Soldadura homogénea

Los materiales que se sueldan y el metal de aportación, si lo hay, son de la misma naturaleza. Puede ser oxiacetilénica, eléctrica (por arco voltaico o por resistencia), etc. Si no hay metal de aportación, las soldaduras homogéneas se denominan autógenas. Por soldadura autógena se entiende aquélla que se realiza sin metal de aportación, de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusión de los mismos; así, al enfriarse, forman un todo único.

Esta expresión quiere decir engendrada o efectuada por sí misma». Tuvo su origen en Francia hacia la mitad del siglo XIX. Una confusión bastante extendida, que es importante aclarar, es la de denominar como soldadura autógena a la oxiacetilénica, que sólo lo será cuando se realice sin metal de aportación.

Soldadura en frío

La soldadura en frío es un tipo de soldadura donde la unión entre los metales se produce sin aportación de calor. Puede resultar muy útil en aplicaciones en las que sea fundamental no alterar la estructura o las propiedades de los materiales que se unen. Se puede realizar de las siguientes maneras:

• 1. Por presión en frio o en caliente. Consiste en limpiar concienzudamente las superficies que hay que unir; y, tras ponerlas en contacto, aplicar una presión sobre ellas hasta que se produzca la unión.

• 2. Por fricción. Se hace girar el extremo de una de las piezas y, después, se pone en contacto con la otra. El calor producido por la fricción une ambas piezas por deformación plástica.

Soldadura oxiacetilénica (con gases al soplete)

El calor aportado en este tipo de soldadura se debe a la reacción de combustión del acetileno (C2H2): que resulta ser fuertemente exotérmica, pues se alcanzan temperaturas del orden de los 3500 °C. (Cuadro nro. 1)

En la llama se distinguen diferentes zonas, claramente diferenciadas: Una zona fría a la salida de la boquilla del soplete sonde se mezclan los gases, a continuación el dardo que es la zona más brillante de la llama y tiene forma de tronco de cono, posteriormente se encuentra la zona reductora que es la parte más importante de la llama, donde se encuentra la mayor temperatura (puede llegar a alcanzar los 3150 ºC) y por último el penacho o envoltura exterior de la llama.

Según la relación oxígeno/acetileno la llama puede ser oxidante si tiene exceso de O2, es una llama corta, azulada y ruidosa. Alcanza las máximas temperaturas. Reductora si tiene falta de O2, es una llama larga, amarillenta y alcanza menos temperatura. Neutra o normal que es aquella ideal para soldar acero O2/C2H2 = 1 a 1"14.

Para llevar a cabo esta soldadura es necesario disponer de:

• Una botella de acetileno disuelto en acetona (lo que reduce el riesgo de explosiones indeseables). La botella va provista de válvulas de seguridad, de una llave de cierre y reducción de presión y de un manómetro de control de baja y alta presión. O bien, un generador de acetileno, aparato para producir acetileno a partir del C2Ca y el agua.

• Una botella de oxígeno a gran presión provista también de manómetros de control de baja y alta presión, y de válvulas de cierre y reducción. La presión de trabajo se consigue abriendo la válvula de cierre por completo, y la de reducción hasta que el manómetro de baja indique la presión adecuada.

• Como material de aportación se emplean varillas metálicas de la misma composición que el metal que se desea soldar.

• El desoxidante depende de la naturaleza de los metales que se suelden. Suele presentarse en forma de polvo que recubre las varillas del material de aportación.

• Tuberías, por lo general de goma, que conducen el acetileno y el oxígeno hasta el soplete, permitiendo además que éste se pueda mover con facilidad. Suelen ser de distinto color, lo que permite diferenciarlas.

• Soplete. Es el dispositivo en el que se realiza la combustión de la mezcla de acetileno y oxígeno, cuya composición se regula adecuadamente por medio de dos válvulas situadas en la empuñadura. También suele disponer de boquillas intercambiables que permiten trabajar con piezas de distintos grosores.

• Material de protección adecuado (gafas protectoras, ropa, guantes).

• Puesto de trabajo. Suele ser una mesa compuesta por un tablero de material refractario y provisto de un soporte para apoyar el soplete. También suele llevar un tornillo de banco para sujetar piezas pequeñas, así como un recipiente con agua para enfriar las piezas que se sueldan. El procedimiento de soldeo puede ser a izquierda o a derechas. (Ver anexo) nro. 3

Soldadura por arco eléctrico

En la actualidad, la soldadura eléctrica resulta indispensable para un gran número de industrias. Es un sistema de reducido coste, de fácil y rápida utilización, resultados perfectos y aplicables a toda clase de metales. Puede ser muy variado el proceso.

El procedimiento de soldadura por arco consiste en provocar la fusión de los bordes que se desea soldar mediante el calor intenso desarrollado por un arco eléctrico. Los bordes en fusión de las piezas y el material fundido que se separa del electrodo se mezclan íntimamente, formando, al enfriarse, una pieza única, resistente y homogénea.

Al ponerse en contacto los polos opuestos de un generador se establece una corriente eléctrica de gran intensidad. Si se suministra la intensidad necesaria, la sección de contacto entre ambos polos -por ser la de mayor resistencia eléctrica- se pone incandescente. Esto puede provocar la ionización de la atmósfera que rodea a la zona de contacto y que el aire se vuelva conductor, de modo que al separar los polos el paso de corriente eléctrica se mantenga de uno a otro a través del aire

Antes de iniciar el trabajo de soldadura se deben fijar las piezas sobre una mesa o banco de trabajo, de manera que permanezcan inmóviles a lo largo de todo el proceso. Durante la operación, el soldador debe evitar la acumulación de escoria, que presenta una coloración más clara que el metal. El electrodo ha de mantenerse siempre inclinado, formando un ángulo de 15º aproximadamente sobre el plano horizontal de la pieza, y comunicar un movimiento lento en zigzag -de poca amplitud-, para asegurar una distribución uniforme del metal que se va desprendiendo del electrodo.

El arco eléctrico genera un cráter en la pieza. Es fundamental, para que la soldadura presente una penetración eficaz, tener en cuenta la longitud del arco (distancia entre el extremo del electrodo y la superficie del baño fundido). Si el arco es demasiado pequeño, la pieza se calienta exageradamente y la penetración resulta excesiva; en ese caso, puede llegar a producirse una perforación peligrosa. Por el contrario, si el arco es demasiado largo, se dispersa parte de su calor, y la penetración resulta insuficiente. El operario soldador ha de ser lo bastante hábil como para mantener el arco a la longitud adecuada. Las temperaturas que se generan son del orden de 3 500 °C.

Este tipo de soldadura puede realizarse con electrodos metálicos o de carbón. Esto ha dado lugar, a lo largo de la historia de la soldadura por arco, a varios procedimientos distintos:

• Procedimiento Zerener. Con este método, de patente alemana, el arco salta entre dos electrodos de carbón, y mediante un electroimán se dirige hacia la junta que se desea soldar para mejorar la aportación de calor.

Actualmente este procedimiento ha caído en desuso, debido a que se forma óxido en la soldadura y a que resulta excesivamente complicada tanto la construcción de los porta electrodos como la posterior retirada de los mismos.

• Procedimiento Bernardos. Sustituye uno de los electrodos de carbón por la pieza que hay que soldar, de manera que el arco salta entre ésta y el otro electrodo de carbón. Constituye una mejora del método de Zerener, y aún se emplea en algunas máquinas de soldadura automática con corriente continua.

• Procedimiento Slavianoff. Este método, de origen ruso y que data de 1891, realiza la soldadura mediante el arco que salta entre la pieza y un electrodo metálico. Estas soldaduras son bastante deficientes, pues se oxidan con el oxígeno del aire.

• Procedimiento Kjellberg. Finalmente, en el año 1908, Kjellberg comenzó a utilizar electrodos metálicos recubiertos de cal. Este revestimiento, aunque no es el más adecuado, mejora mucho la soldadura. Efectivamente, la idea respondió al fin deseado, de manera que en la actualidad se están obteniendo importantes avances en la investigación de recubrimientos apropiados (recubrimiento ácido, básico, oxidante, de rutilo…) para los electrodos, que son cada vez más gruesos y completos. El recubrimiento, además, tiene otros fines como son: añadir elementos de aleación al baño fundido, formar una escoria fluida, estabilizare el arco, etc.

Todos estos procedimientos son manuales pero hay otros procedimientos semiautomáticos o totalmente automáticos.

Soldadura por arco sumergido

Utiliza un electrodo metálico continuo y desnudo. El arco se produce entre el alambre y la pieza bajo una capa de fundente granulado que se va depositando delante del arco. Tras la soldadura se recoge el fundente que no ha intervenido en la operación.

Soldadura por arco en atmósfera inerte

Este procedimiento se basa en aislar el arco y el me tal fundido de la atmósfera, mediante un gas inerte (helio, argón, hidrógeno, anhídrido carbónico, etc.).

Existen varios procedimientos:

• Con electrodo refractario (método TIG). (ver anexo nro.3)

El arco salta entre el electrodo de Wolframio o tungteno (que no se consume) y la pieza, el metal de aportación es una varilla sin revestimiento de composición similar a la del metal base.

• Con electrodo consumible (método MIG y MAG). (ver anexo nro.4)

Aquí se sustituye el electrodo refractario de wolframio por un hilo de alambre contínuo y sin revestimiento que se hace llegar a la pistola junto con el gas. Según sea el gas así recibe el nombre, (MIG = Metal Inert Gas) o MAG si utiliza anhídrido carbónico que es más barato.

La soldadura por arco eléctrico puede realizarse empleando corriente continua o alterna. La tensión más ventajosa en corriente continua es de 25 a 30 voltios, pero para cebar el arco al comenzar la tensión ha de ser de 70 a 100 voltios; por este motivo, es necesario intercalar una resistencia en serie que haga de regulador. La intensidad de corriente está comprendida entre 30 y 300 amperios, según la amplitud y la profundidad de la soldadura que se vaya a realizar. Las máquinas de corriente alterna para soldadura llevan un transformador que reduce la tensión de la red, generalmente de 220 voltios, a la de soldadura (inferior a 70 voltios). Estos equipos son más sencillos y económicos; por eso son los más empleados, sobre todo para algunos trabajos que se realizan en pequeños talleres.

Soldadura aluminotérmica o con termita

Utiliza como fuente de calor para fundir los bordes de las piezas a unir y metal de aportación el hierro líquido y sobrecalentado que se obtiene de la reacción química se produce entre el óxido de hierro y el aluminio de la cual se obtiene la alúmina (óxido de aluminio), hierro y una muy alta temperatura (Anexo nro. 6).

3 Fe3O4 + 8 Al 4 Al2O3 + 9 Fe + calor

La alúmina forma una escoria en la parte superior de la unión evitando la oxidación. Para efectuar la soldadura se realiza un molde de arena alrededor de la zona de soldadura y se vierte el metal fundido en él.

Soldadura energía radiante

Un reducido número de procesos utilizan para la soldadura energía radiante. (Anexo nro.7) Su importancia, dentro del volumen total del producto industrial es todavía muy reducida; pero merecen ser destacados por lo que aportan de perspectiva de futuro.

Lo que caracteriza a estos procedimientos es su extraordinario poder para aportar la energía en la zona exacta donde se necesita, mediante e enfoque de la fuente radiante sobre el objeto que se va a soldar. Como consecuencia se reduce al mínimo la zona afectada por la unión, no produciendo deformaciones apreciables.

Por todo ello, y como excepción en los procesos de soldadura, estos procedimientos aparecen como procesos de acabado, ejecutados como últimos pasos de la fabricación. De todos ellos, el único que ya ha tomado forma de procedimiento industrial es la soldadura por haz de electrones.

El procedimiento se basa en aprovechar la energía cinética de un haz de electrones para bombardear la pieza en la zona que se desea fundir. El proceso tiene lugar en una cámara de vacío a partir de un cañón de electrones.

Soldadura por resistencia eléctrica

Este tipo de soldadura se basa en el efecto Joule: el calentamiento se produce al pasar una corriente eléctrica a través de la unión de las piezas. El calor desprendido viene dado por la expresión:

Q = 0,24 . I2 . R . t

Siendo:

Q = calor (en calorías).

I = intensidad de corriente eléctrica (en amperios).

R = resistencia (en ohmios) al paso de la corriente eléctrica.

t = tiempo (en segundos).

La soldadura por resistencia puede realizarse de las siguientes maneras:

• Por puntos: Las piezas -generalmente chapas- quedan soldadas por pequeñas zonas circulares aisladas y regularmente espaciadas que, debido a su relativa pequeñez, se denominan puntos. Las chapas objeto de unión se sujetan por medio de los electrodos y, a través de ellos, se hace pasar la corriente eléctrica para que funda los puntos. Cuando se solidifican, la pieza queda unida por estos puntos, cuyo número dependerá de las aplicaciones y de las dimensiones de las chapas que se unen.

Este tipo de soldadura por puntos tiene gran importancia en la industria moderna, sobre todo en chapa fina. Se emplea en la fabricación de carrocerías de automóviles, electrodomésticos (por ejemplo, neveras), y en las industrias eléctrica y de juguetería.

Existen algunas variantes de la soldadura por puntos: por puntos individuales, por puntos múltiples, bilateral, unilateral, etc.

• Por costura: La soldadura eléctrica por costura se basa en el mismo principio que la soldadura por puntos, pero en este caso las puntas de los electrodos se sustituyen por rodillos, entre los cuales y, presionadas por el borde de éstos, pasan las piezas a soldar. De esta manera se pueden electrodos mientras pasa la corriente eléctrica.

Formas de soldadura

Soldadura de Filete

Los cordones de soldadura a filete A están cargados en corte longitudinal y el cordón B está cargado en corte transversal. Si se incrementa la fuerza Ru hasta que exceda la resistencia de las soldaduras, la ruptura ocurrirá en los planos de menor resistencia. Se asume que esto sucede en la garganta de la soldadura donde se presenta la menor área transversal. Pruebas de soldadura a filete utilizando electrodos compatibles han demostrado que la soldadura falla a través de su garganta efectiva antes que el material falle a lo largo del lado del cordón.

Las soldaduras de filete son más resistentes a la tracción y a la compresión que al corte, de manera que los esfuerzos determinantes son los de corte. Este tipo de soldadura falla por corte en un ángulo de aproximadamente 45 grados a través de la garganta.

La dimensión efectiva de la garganta de una soldadura de filete es, nominalmente, la distancia más corta desde la raíz a la cara de la soldadura. Si se asume que la soldadura de filete tiene lados iguales de tamaño nominal a, la garganta efectiva es igual a 0.707a. Si la soldadura a filete se diseña para ser asimétrica (una situación rara), con lados desiguales, el valor de te debe calcularse de la forma de la soldadura. LRFD modifica las dimensiones efectivas de la garganta para cordones de soldadura a filete hechos con el proceso de arco sumergido (SAW), para tomar en cuenta la calidad superior de dichas soldaduras:

• Para cordones de soldadura a filete con el tamaño nominal menor o igual a 3/8" (10 mm), la dimensión efectiva de la garganta se tomará igual al tamaño nominal w.

• Para cordones con tamaño nominal mayor que 3/8" la dimensión efectiva de la garganta se tomará como 0.707w + 2.8 mm (0.11 in). Dimensiones Efectivas de la garganta para soldadura a filete

El área efectiva de un cordón de soldadura a filete AW es el producto de la longitud efectiva del cordón de soldadura por la dimensión efectiva de la garganta.

Soldadura a tope

Es una soldadura en la que las piezas a soldar se unen por sus extremos a tope, al presionarlas cuando se circula por ellas una corriente eléctrica se genera una temperatura, lográndose de esta manera la unión.

Durante la soldadura a tope (fig. 1), las piezas a soldar se fijan en los sujetadores de cobre de la máquina de soldar. El sujetador 2 va fijado en el carro portaherramientas y puede desplazarse por las guías de la placa, al mismo tiempo el sujetador 1 se afirma a la placa inmóvil. El devanado secundario del transformador se conecta, con los sujetadores de la máquina de soldar, por medio de conductores flexibles; el devanado primario se conecta a la red de corriente alterna. El recalcado de las piezas calentadas se efectúa mediante un mecanismo especial desplazado por el carro portaherramientas.

Se distinguen tres procedimientos de soldar a tope:

Soldadura por resistencia

Para soldar por resistencia, las piezas fijadas en los sujetadores se oprimen estrechamente una contra otra y se conecta la corriente. Una vez calentados los cantos a soldar hasta un estado plástico, se interrumpe la corriente y se hace un recalcado. La soldadura por resistencia se emplea para unir piezas de aceros pobres en carbono y de aleaciones no ferrosas, con una superficie de las zonas a unir igual a unos 1 000 mm2.

Soldadura por fusión

Para soldar por fusión, la corriente se conecta antes de unir las piezas. Una vez conseguida la holgura determinada entre las piezas, se origina un chisporroteo y se funden los bordes. Acto seguido, se corta la corriente y se efectúa el recalcado, a una presión de 250 a 500 kg/m2, para obtener un empalme soldado. La soldadura por fusión se emplea para unir cadenas, carriles, tubos, herramientas, piezas estampadas de chapas y también materiales de distinta naturaleza, a saber: acero – cobre, acero – latón, aluminio – cobre, acero al carbono, etc.

La ventaja de este procedimiento de soldar consiste en su elevada productividad y en la alta calidad del empalme soldado; su desventaja consiste en las pérdidas de metal debido a la quemadura originada. La soldadura por fusión intermitente se efectúa alternando la presión durante el contacto de las caras a soldar. Al calentarse las caras hasta la temperatura determinada, la descarga eléctrica provoca la fusión de los bordes. Una vez conseguida la fusión de la zona requerida, se aprietan enérgicamente las caras a soldar.

Soldadura por fusión intermitente

La soldadura por fusión intermitente se recomienda en los casos en que la potencia de la máquina no es suficiente para soldar por fusión continua. La potencia de las máquinas de soldar a tope se calcula partiendo de 6 a 15 kW por cm2 de sección a soldar. Al soldar las piezas con contornos cerrados la potencia ha de ser duplicada. La tensión de la corriente de soldadura oscila de 5 a 15 V.

Clasificación de las máquinas para soldar a tope

Según su destino, las máquinas de soldar a tope pueden ser de funcionamiento a mano y automático.

Aplicaciones de la soldadura a tope

La soldadura a tope es la usada comúnmente para la unión de hilos o alambres y tubos, muy utilizada en la fabricación de cestas, rejas, mallas, cadenas, etc, en la actualidad se utiliza este tipo de soldadura en la unión de tubos de polietileno.

Soldadura a solapo o de monta

Tienen sus ventajas cuando se ejecuta la soldadura por arco eléctrico de estructuras de construcción fabricadas de chapas cuyos espesor no sea mayor de 10-12 mm. Estas planchas no requieren que sus bordes sean especialmente elaborados. Durante tales uniones se recomienda soldar por las dos caras, puesto que si efectuáramos la soldadura por una sola cara pudiera ocurrir que la humedad se filtrase entre la hendidura de las piezas, con la posterior oxidación del metal en ese sitio.

Soldadura de recargue o de superficie

Una soldadura en superficie no se usa para unir partes, sino para depositar metal de relleno sobre la superficie de una parte base en una o más gotas de soldadura. Las gotas de soldadura se incorporan en una serie de pasadas paralelas sobrepuestas, con lo que se cubren grandes áreas de la parte base. El propósito es aumentar el grosor de la placa o proporcionar un recubrimiento protector sobre la superficie. Los parámetros a tener en cuenta en cuanto al ángulo de avance y de posicionamiento son los mismos que en la posición horizontal.

Se suele utilizar para el rectificado de ejes y los cordones habrá que ejecutarlos alternamente (paso peregrino), para evitar deformaciones debido a las tensiones producidas por altas temperaturas que origina la soldadura. Al a ver aumentado su diámetro con los cordones de soldadura procederíamos a su rectificado en la maquina adecuada.

Soldadura de ranura

Las soldaduras con insertos y las soldaduras ranuradas se usan para unir placas planas, como se muestra en la siguiente figura, usando uno o más huecos o ranuras en la parte superior, que después se rellenan con metal para fundir las dos partes.

La soldadura de puntos y la soldadura engargolada, usadas para uniones sobrepuestas, se muestran en la siguiente figura. Una soldadura de puntos es una pequeña sección fundida entre las superficies de dos chapas o placas.

Normalmente se requieren varias soldaduras de puntos para unir las partes. Se asocia más estrechamente con la soldadura por resistencia. Una soldadura engargolada es similar a una de puntos, excepto que consiste en una sección fundida más o menos continua entre las dos chapas o placas.

Electrodo

Un electrodo es un conductor eléctrico utilizado para soldaduras. En la soldadura por arco se emplea el electrodo como un polo del circuito eléctrico y en su extremo se genera el arco eléctrico. En algunos tipos de electrodo, se utiliza también como material fundente. El electrodo es una varilla metálica que suele ir recubierta de diferentes materiales. Estos materiales de recubrimiento dependen del tipo de soldadura que se quiera realizar. Las funciones pueden ser: función eléctrica para conseguir una buena ionización, función física para facilitar la formación de cordón de soldadura y función metalúrgica para conseguir propiedades contra la oxidación.

Cada electrodo precisa un rango de corriente de soldadura (Amperios) concreta en función de su diámetro y su composición. Todos los fabricantes de electrodos adjuntan esta información en la placa de características de los electrodos.

Existe una forma genérica para determinar la corriente de soldadura necesaria, que sale de multiplicar la sección del electrodo a utilizar por la constante 35. Así pues, tendremos cuatro medidas de electrodos: Electrodo 2mm x 35 (70A), Electrodo 2,5mm x 35 (90A), Electrodo 3,25mm x 35 (110A) y Electrodo 4mm x 35 (160A). El primer número indica el diámetro del cátodo y el segundo la longitud total del electrodo. Esto va en función del trabajo concreto a realizar, el espesor del material a soldar, la posición de soldadura.

Clasificación de electrodos para aceros al carbono

La especificación AWS A5.1, que se refiere a los electrodos para soldadura de aceros al carbono, trabaja con la siguiente designación para electrodos revestidos:

E XXYZ – 1 HZR

donde,

E, indica que se trata de un electrodo para soldadura eléctrica manual; XX, son dos dígitos (o tres si se trata de un número de electrodo de cinco dígitos) que designan la mínima resistencia a la tracción, sin tratamiento térmico post soldadura, del metal depositado, en Ksi (Kilo libras/pulgada2, como se indican en los ejemplos siguientes:

E 60XX… 62000 lbs/pulg2 mínimo (62 Ksi)

E 70XX… 70000 lbs/pulg2 mínimo (70 Ksi)

E110XX… 110000 lbs/pulg2 mínimo (110 Ksi)

Y, el tercer dígito indica la posición en la que se puede soldar satisfactoriamente con el electrodo en cuestión. Así si vale 1 (por ejemplo, E6011) significa que el electrodo es apto para soldar en todas posiciones (plana, vertical, techo y horizontal), 2 si sólo es aplicable para posiciones planas y horizontal; y si vale 4 (por ejemplo E 7048) indica que el electrodo es conveniente para posición plana, pero especialmente apto para vertical descendente.

Z, el último dígito, que está íntimamente relacionado con el anterior, es indicativo del tipo de corriente eléctrica y polaridad en la que mejor trabaja el electrodo, e identifica a su vez el tipo de revestimiento, el que es calificado según el mayor porcentaje de materia prima contenida en el revestimiento. Por ejemplo, el electrodo E 6010 tienen un alto contenido de celulosa en el revestimiento, aproximadamente un 30% o más, por ello a este electrodo se le califica como un electrodo tipo celulósico.

A continuación se adjunta una tabla interpretativa para el último dígito, según la clasificación AWS de electrodos:

(1) E 6010: Orgánico; E 6020: Mineral; E 6020: CA y CC polaridad directa.

(2) E 6010: profunda; E 6020: Media.

Por otro lado, los códigos para designación que aparecen después del guión son opcionales e indican lo siguiente: