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LA SOLDADURA
ÍNDICE
LA SOLDADURA ....................................................... ...........................................................................................01 ....................................01 INTRODUCCIÓN...........................................................................................01 CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTIC AS GENERALES DE LA OPERACIÓN DE SOLDADURA...................01 SOLDADURA ...................01 ZONAS DE LA UNIÓN SOLDADA.....................................................................02 ·METALL BASE NO AFECT ·META AFECTADO.............................................. ADO..........................................................................03 ............................03 ·ZONA TÉRMICAMENTE AFECTADA .................................................................02 ·ZONA DE UNIÓN O BORDE DE UNIÓN............................................................02 UNIÓN................................................ ............02 ·ZONA FUNDIDA ...................................................... ..........................................................................................03 ....................................03 CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA........................................04 ·SOLDADURA HOMOGÉNEA ............................................... ...........................................................................04 ............................04 ·SOLDADURA POR FUSIÓN.........................................................................05 ·SOLDADURA SIN FUSIÓN .........................................................................05 ·SOLDADURA HETEROGÉNEA........................... HETEROGÉNEA.........................................................................06 ..............................................06 ·SOLDADURA FUERTE FUERTE ............................................................................ ..................... ..........................................................06 ...06 ·SOLDADURA BLANDA...............................................................................07 SOLDADURAS EN EN LA REPARACIÓN REPARACIÓN DE AUTOMÓVILES AUTOMÓVILES .......................................08 SOLDADURA POR OXIGAS.............................................................................08 ·EQUIPO PARA PARA LA SOLDADURA SOLDADURA OXIACETILÉNICA OXIACETILÉNICA .............................................09 ·CARACTERÍSTICAS ·CARACTERÍSTICA S DE LA SOLDADURA OXIACETILÉNICA .................................10 SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO. ................................................. ..............................................................11 .............11 ·SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO T.I.G. T.I.G. (TUNGSTEN INERT GAS) ..................12 ·SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO M.I.G. (METAL INERT GAS)........................15 GAS).. ......................15 ·ARGÓN (Ar) ....................................................... ...........................................................................................16 ....................................16 ·ARGÓN + OXÍGENO (Ar+ O2) ................................................... .................................................................16 ..............16 ·HELIO (HE).............................................................................................16 ·SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO M.A.G. (META (METALL ACTIVE GAS) .....................17 ·CO2 17 ·ARGÓN+CO2 ..........................................................................................17 ·EQUIPO DE SOLDADURA..............................................................................18 ·DEFECTOS MÁS COMUNES CON LA SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO. ELÉCTRICO.............19 ............19 SOLDADURA POR RESISTENCIA.....................................................................20 ·EQUIPO PARA SOLDAR POR PUNTOS ................................................. .............................................................21 ............21 ·RECOMENDACIONES .................................................. ..................................................................................22 ................................22 .......................................................................................................
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LA SOLDADURA INTRODUCCIÓN La soldadura es la unión permanente de dos o más piezas, que asegura la continuidad de material entre ellas, mantiene las características mecánicas y metalúrgicas iniciales y no presenta riesgo de fisuración ni rotura frágil.
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA OPERACIÓN DE SOLDADURA. Los aspectos a considerar de una soldadura pueden clasificarse según grupos con características comunes. En el aspecto térmico destacan dos características o requerimientos que son la localización de la soldadura y la rapidez con que se realiza: - La localización supone que la aplicación de calor debe realizarse en una zona muy reducida. - La rapidez implica que el tiempo de exposición a alta temperatura debe ser muy pequeño. En el aspecto físico-químico hay que tener en cuenta que durante la soldadura se produce una modificación de la estructura del material en la zona soldada. En el caso de soldadura con material de aporte, se producen además de transformaciones físicas, transformaciones químicas entre el material base, el de aporte y la atmósfera circundante. Las transformaciones físicas, fundamentalmente de dilución o mezcla entre metales permiten la aparición de zonas con mayor facilidad para corroerse posteriormente. En algunos casos, las diferencias entre el metal de aportación y el material base pueden hacer que la soldadura no sea correcta en todos sus puntos, existiendo incluso zonas en las que la falta de unión entre los materiales provoque la posterior generación y propagación de grietas. En el aspecto mecánico se observa que, debido a la heterogeneidad tanto de los materiales que intervienen como de las temperaturas producidas durante la soldadura, se dan procesos de dilatación en el calentamiento y contracción durante la solidificación, que originan tensiones mecánicas internas capaces de provocar incluso la rotura de la soldadura.
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ZONAS DE LA UNIÓN SOLDADA En cualquier soldadura pueden apreciarse partes diferenciadas que pasamos a explicar a continuación: - - - -
Metal base no afectado. Zona térmicamente afectada. Zona de unión o borde de unión. Zona fundida.
METAL BASE NO AFECTADO Es la parte de la pieza base en la que la temperatura no ha alcanzado un valor tan alto como para modificar sus propiedades físicas, especialmente propiedades mecánicas (resistencia y rigidez).
ZONA TÉRMICAMENTE AFECTADA Es la zona en la que se produce calentamiento sin llegar a la fusión. En esta zona pueden producirse modificaciones internas del material tales como: - Transformaciones físico-químicas, como: Oxidaciones, aumento de la rigidez. - Transformaciones en la estructura, cuando se produce una recristalización interna, que pueden implicar un aumento del tamaño del grano del acero, y con esto una perdida de las propiedades resistentes, como: Disminución del límite elástico. Disminución del límite de rotura.
ZONA DE UNIÓN O BORDE DE UNIÓN Es la frontera a lo largo de la cual se obtiene la continuidad metálica. En esta zona se produce una fusión parcial.
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ZONA FUNDIDA Es la zona en la que se da la fase líquida de los metales en el momento de la operación de soldadura. Debemos señalar que estas zonas no aparecen del mismo modo en todos los tipos de soldadura.
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CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA Todos los procesos de soldadura tienen una serie de características comunes, pero quizás la más importante sea la necesidad de efectuar cierto aporte de energía para que se produzca la unión de los materiales. Las diferentes posibilidades de aportar esta energía, diferencia y define los distintos tipos de soldadura. No obstante, existe un método de clasificación más general que divide a los distintos procesos en dos grandes grupos, atendiendo a que los materiales intervinientes sean o no de la misma naturaleza: - Soldadura homogénea. - Soldadura heterogénea
SOLDADURA HOMOGÉNEA Es aquella soldadura en la que tanto los materiales a unir, como el material de aportación son de la misma naturaleza. Dentro de las soldaduras homogéneas podemos destacar dos grupos, dependiendo de la presencia o no de la fase líquida en el proceso: - Soldadura por fusión. - Soldadura sin fusión
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SOLDADURA POR FUSIÓN La soldadura por fusión se caracteriza fundamentalmente por la presencia de la fase líquida tanto de los materiales a unir como del material de aportación cuando éste exista. Dentro de este tipo de soldadura se pueden distinguir varios subgrupos dependiendo del método de generación del calor necesario para producir la fusión de los materiales. Desde el punto de vista de la reparación del automóvil, nos centraremos en tres de estos tipos de soldadura: - La soldadura por oxigas. - La soldadura por arco eléctrico. - La soldadura por resistencia eléctrica.
SOLDADURA SIN FUSIÓN La soldadura sin fusión se caracteriza fundamentalmente por la ausencia de fusión y de la fase líquida de los materiales intervinientes, si bien se alcanza un estado plástico de los mismos. En este procedimiento la unión metalúrgica entre dos piezas de metal se obtiene como consecuencia de la acción de fuerzas de atracción entre los átomos de los materiales soldados.
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SOLDADURA HETEROGÉNEA Dentro de la soldadura heterogénea se incluyen aquellos procesos en los que intervienen materiales de distinta naturaleza, con o sin material de aportación. Una soldadura heterogénea puede serlo, por ejemplo, porque los materiales a unir sean de la misma naturaleza pero el de aporte sea distinto. Dentro de las soldaduras heterogéneas podemos distinguir dos tipos: - Soldadura fuerte. - Soldadura blanda.
SOLDADURA FUERTE La soldadura fuerte comprende el grupo de procedimientos en los cuales la unión de los metales se efectúa mediante la adhesión del metal de aportación en estado líquido (entre 540º y 900 º C) a las superficies de metal base calientes. Los materiales de aportación empleados son aleaciones tales como oro-plata, orocobre-plata, cobre-zinc (latón), generalmente fundidos con soplete oxiacetilénico. Cuando se trata de trabajos sobre carrocerías, se habla de soldadura “al metal o latón”. Para poder utilizar este procedimiento de soldadura es necesario limpiar de forma correcta las superficies a unir, así como emplear fundentes tales como borax (ácido bórico) que eviten la formación del óxido.
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SOLDADURA BLANDA La soldadura blanda es aquella en la cual la unión de los materiales se efectúa por el mismo procedimiento que la soldadura fuerte, pero la temperatura de trabajo es inferior a 425º C. Como la temperatura a la que se trabaja es pequeña, la deformación que se produce es menor aunque su resistencia es también menor. También por esta razón, además del soplete oxiacetilénico, suelen emplearse otros equipos de soldadura que funcionan con gases combustibles distintos del acetileno. Los materiales que se emplean como aportación son: estaño, plomo, cinc y cadmio. Para evitar la oxidación durante la soldadura se emplea como fundente la denominada "agua de soldar" que es una solución de cinc. Debido a su baja resistencia, tanto mecánica como térmica, este tipo de soldadura se emplea para cubrir costuras ya unidas, proporcionar estanqueidad frente a gases y líquidos, así como en el acabado final de los trabajos de carrocería para rellenar pequeñas cavidades y defectos visibles antes de pasar a la sección de pintura.
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SOLDADURAS EN LA REPARACIÓN DE AUTOMÓVILES SOLDADURA POR OXIGAS En este procedimiento de soldadura, la fuente de energía calorífica que funde los metales, es la llama producida por la combustión de la mezcla de un gas con oxígeno o aire. Los distintos tipos se definen según las distintas mezclas de gases empleadas en la combustión. Todos los procesos clasificables en la soldadura por oxigas tienen una serie de características térmicas comunes, no siempre compatibles con el mantenimiento de las propiedades mecánicas: - El calentamiento y el enfriamiento de los materiales es relativamente lento. - El material ha de permanecer a altas temperaturas durante bastante tiempo. - La zona afectada por las altas temperaturas es extensa. - Existe peligro de sobrecalentamiento, con el consiguiente aumento del tamaño del grano del metal y la pérdida de resistencia y rigidez del mismo El procedimiento más empleado dentro de las soldaduras por oxigás es el de la soldadura oxiacetilénica o soldadura autógena, en la cual la energía calorífica necesaria se obtiene de la combustión de la mezcla gaseosa del acetileno con oxígeno.
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EQUIPO PARA LA SOLDADURA OXIACETILÉNICA
Normalmente se compone de: - Botellas conteniendo los gases (acetileno y oxígeno). - Soplete conectado con tubos flexibles a las botellas. - Válvulas antiretroceso de llama en las conexiones del soporte. - Juego de boquillas de diferentes longitudes y diámetro de salida. - Juego de galgas de limpieza. - Equipo de control y manorreductores de presión: 2 para el acetileno y 2 para el oxígeno (alta y baja). - Carro de transporte para facilitar el traslado del equipo en la zona de trabajo.
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CARACTERÍSTICAS DE LA SOLDADURA OXIACETILÉNICA Las ventajas que se le reconocen son: - El manejo de los equipos es relativamente sencillo. - El proceso de trabajo es fácilmente asimilable con pocos conocimientos previos. - Es necesaria una inversión reducida. - Permite un fácil acceso a los ángulos de la carrocería, debido a las pequeñas dimensiones de las boquillas. Se encuentra negativamente valorada por los fabricantes de automóviles en cuanto a su empleo en la reparación de carrocerías por las siguientes razones: - Para aportar el calor necesario para la fusión de los materiales es necesario aplicar la llama a la zona de la soldadura durante un tiempo demasiado largo. - El calor aportado reduce la resistencia, especialmente la aportada por la laminación en frío, en la zona a soldar y circundantes. - El aumento del contenido de carbono en la zona de la soldadura y adyacentes hace que aumente la fragilidad de las chapas. - Por estos motivos, además, no recomendable para emplearla en la reparación de carrocerías. Por todo lo anteriormente expuesto este tipo de soldadura sólo debe emplearse en casos aislados y para determinadas aplicaciones que no supongan soldar sobre aceros especiale s. NOTA:
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SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO. En este procedimiento de soldadura, la energía calorífica necesaria es proporcionada por un arco eléctrico de gran intensidad que se hace saltar entre un electrodo y la pieza a soldar. Dentro de este tipo de soldaduras existe una gran cantidad de procedimientos diferentes, que se diferencian según la naturaleza de los electrodos empleados, su número o el tipo de atmósfera en que se realiza. Los procedimientos más empleados en la reparación del automóvil son los siguientes: - T.I.G.: Soldadura en atmósfera de gas inerte con electrodo de Tungsteno. - M.I.G.: Soldadura en atmósfera de gas inerte con varilla metálica (hilo). - M.A.G.: Soldadura en atmósfera de gas activo (CO2) con varilla metálica (hilo). Una característica común a estos tres tipos de soldadura, además del arco eléctrico que se crea, es el empleo de un gas que influye tanto sobre el propio arco como sobre el material fundido, consiguiendo con ello dos objetivos fundamentales: - Mayor estabilidad del arco - Formación de una barrera que impide que el oxígeno del aire penetre en la zona de soldadura que, por estar a gran temperatura es muy oxidable. Estos tipos de soldadura proporcionan uniones uniformes y de elevada calidad, con resistencias mecánicas elevadas. Incluso en uniones con accesibilidad por un solo lado, permiten soldar con relativa facilidad en cualquier posición con un buen relleno de las grieta s. Una ventaja añadida es que, dado que su influencia térmica es baja, se reduce el riesgo de disminuir la resistencia de la chapa o de provocar alabeos por sobrecalentamiento.
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SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO T.I.G. (TUNGSTEN INERT GAS)
En el procedimiento de soldadura conocido como T.I.G., o soldadura en atmósfera de un gas inerte con electrodo de tungsteno, el arco salta entre un electrodo de tungsteno rodeado de una atmósfera de gas inerte y el metal base. El gas llega a la zona de soldeo evitando la oxidación del electrodo, del baño de fusión y del metal de las inmediaciones.
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Los gases de protección utilizados suelen ser gases inertes tales como el Argón (Ar), el Helio (He) o una mezcla de ambos. La utilización de uno u otro tipo de gas influye, entre otras cosas, en la profundidad que se consigue en la soldadura y en su coste, ya que el primero es más barato.
La misión del electrodo no consumible es la de mantener el arco sin aportar material al baño de fusión. Por tanto, se hace imprescindible que dicho electrodo tenga un punto de fusión muy alto para que no se desgaste. Además, es muy importante la forma que tenga ya que si no es la correcta, existe el riesgo de que el arco eléctrico sea inestable, con lo que la soldadura no se haría de la forma adecuada. Este sistema se puede emplear con o sin material de aportación. En el primer caso se añade una varilla de composición química similar a la del metal base, la cual se introduce en el baño de fusión siguiendo un método de trabajo similar al empleado en la soldadura oxiacetilénica.
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SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO M.I.G. (METAL INERT GAS)
La soldadura por arco eléctrico en atmósfera de gas inerte con varilla metálica, habitualmente conocida por las siglas M.I.G., tiene un funcionamiento similar al descrito para el caso T.I.G. En este caso, el electrodo de tungsteno es sustituido por una varilla metálica enrollada sobre un carrete como si de una bobina de hilo se tratase. Esta varilla avanza continuamente para aportar el material que se pierde al fundirse debido al calor generado por el arco. El arco eléctrico se ceba al producirse el contacto del hilo (que sobresale entre 15 y 20 mm.) con la pieza. Con ello se inicia el avance del hilo, que suele estar recubierto de cobre para favorecer el contacto eléctrico con la boquilla, disminuir el rozamiento y protegerlo de la oxidación. Se trata de un sistema de soldadura con un metal de aportación que debería, en principio, ser del mismo tipo que los metales a unir. Si bien este sistema de soldadura utiliza como gas protector un gas inerte, la elección de la naturaleza del gas es importante ya que influye en parámetros tales como: cantidad de energía aportada, tipo de transferencia, penetración, velocidad de soldeo, aspecto del cordón y probabilidad de proyecciones y mordeduras.
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De entre los gases más utilizados podemos reseñar los siguientes: - Argón (Ar). - Argón + Oxígeno - Helio (He).
(AR + O2).
ARGÓN (Ar) El argón puro sólo se utiliza en la soldadura de aluminio, cobre, níquel y titanio; pero no sobre acero ya que produce mordeduras y cordones de contorno irregular.
ARGÓN + OXÍGENO (Ar+ O2) El oxígeno disminuye la tendencia a la formación de mordeduras y añadiéndolo en un porcentaje del 5% de O 2 no modifica el carácter inerte del argón. No es recomendable para soldadura de aluminio, si bien es el más utilizado en los talleres de reparación de vehículos.
HELIO (HE) Produce cordones más anchos y con una penetración menor que con argón, por lo que es más apropiado para chapas de menor espesor (0,8 mm. aproximadamente).
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SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO M.A.G. (METAL ACTIVE GAS). El sistema M.A.G., o soldadura por resistencia eléctrica en atmósfera de un gas activo con varilla metálica, es un procedimiento parecido al M.I.G. El gas utilizado es dióxido de carbono (CO2), que además de un bajo coste presenta otras características distintas a las proporcionadas por el gas inerte en la operación del soldeo. Los gases que normalmente se utilizan son: - CO2 - Ar+CO2
CO2 Presenta penetraciones más profundas y anchas en el fondo del cordón así como menor riesgo de mordeduras y falta de fusión. Sin embargo, tiene la desventaja de producir arcos energéticos con proyecciones.
ARGÓN+CO2 Se utiliza para la soldadura de chapas de acero delgadas (espesor inferior a 0,8 mm.). La mezcla de CO2 es del 15 al 25%. Con esta mezclas se consigue mejor visibilidad del baño o material fundido, arco más estable, menos proyecciones y mejor aspecto del cordón.
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EQUIPO DE SOLDADURA
El equipo de soldadura M.I.G.- M.A.G. suele constar de los siguientes elementos: - Rectificador de corriente de soldadura a tensión constante, con el motor accionador del hilo. - Pistola de soldar. - Botella de gas con válvula para regular el caudal. - Otros accesorios: carro de transporte, brazo-soporte de prolongación, etc.
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DEFECTOS MÁS COMUNES CON LA SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO. Los defectos más comunes que podemos encontrar con este procedimiento de soldeo y las causas que los suelen producir son los siguientes:
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SOLDADURA POR RESISTENCIA
Bajo esta definición se agrupan una serie de procesos en los que se combinan el calor derivado del efecto Joule con una fuerza mecánica para conseguir la unión de los metales. - El calor es generado por medio de una corriente eléctrica de elevada intensidad, la cual se hace circular con la ayuda de dos electrodos a través de la unión que se desea soldar durante un corto espacio de tiempo. - La fuerza mecánica se realiza ejerciendo presión entre los electrodos antes, durante y después del instante en que circula la corriente eléctrica. Entre los métodos de soldadura por resistencia destaca la conocida como soldadura eléctrica por puntos, en la cual se unen planchas a solape en puntos locales separados a una determinada distancia. Las características fundamentales de este tipo de soldadura son: - No se produce una salida de calor continua, con lo que se conserva una zona neutra sin transformaciones estructurales entre cada uno de los puntos. - Es el único sistema de soldadura que permite la aplicación de protección anticorrosiva mediante imprimaciones electrosoldables. - La existencia de suciedad, pintura, grasa, etc., en las superficies a soldar dificulta el contacto adecuado de los electrodos con el material y además de contaminarlos, reduce su vida y aumenta la resistencia al paso de la corriente eléctrica por ellos. Las variables que condicionan su aplicación son: - La naturaleza de los materiales con que están fabricadas las chapas a unir. - El espesor de las piezas que influye en la potencia del equipo, de modo que mayores espesores requieren equipos más potentes. - La accesibilidad, que depende además de la posición en la que haya de realizarse la soldadura y de los accesorios de los que el equipo disponga.
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EQUIPO PARA SOLDAR POR PUNTOS
Todos los equipos están diseñados de modo que pueden proporcionar durante el proceso de soldeo una corriente eléctrica durante el tiempo conveniente y con la presión adecuada. Los equipos para soldar por puntos están formados por los siguientes elementos: - Aparato de regulación eléctrica, que es el encargado de regular los parámetros eléctricos que intervienen en el proceso de soldeo. - Punteadora o pistola de soldadura por puntos, que es el elemento con el cual se realiza físicamente la soldadura. Esta punteadora recibe la corriente eléctrica a través del cable que la une al aparato regulador o a la fuente de alimentación de corriente. La punteadora dispone además de dos brazos portaelectrodos, actuando uno como polo positivo y otro como polo negativo. En los extremos de los brazos se encuentran colocados los electrodos, que son las piezas a través de las cuales se transmite tanto la corriente eléctrica como la presión que se ha de ejercer sobre las chapas. Los mandos de la punteadora se encuentran en la palanca de accionamiento a través de la cual se ejerce la presión mecánica que tanta importancia tiene en la realización de una soldadura por puntos de calidad. Esta palanca lleva una articulación a través de la bieleta mediante la cual se hace móvil una de las mordazas de la punteadora consiguiendo así el desplazamiento del portaelectrodos inferior y la presión ejercida sobre las chapas a unir.
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Dib. 021
- Juego de electrodos, con diferentes geometrías, que permiten tener acceso a las diferentes áreas o zonas de la carrocería donde pueda ser preciso realizar la soldadura por puntos.
La capacidad de soldadura que suelen tener las máquinas que se emplean en los talleres de reparación de vehículos viene a ser de 2+2 mm., cuando se trabaja sobre chapa viva y sin rastros de oxidación.
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LA SOLDADURA
RECOMENDACIONES Para obtener resultados satisfactorios en el proceso de soldeo por puntos, así como para realizar una conservación adecuada del equipo es necesario tener en cuenta las siguientes recomendaciones: - Siempre que sea posible, se emplearán brazos portaelectrodos cortos, con el fin de evitar una disminución en la presión de apriete. - Las pinzas de soldadura llevan un electrodo fijo y otro móvil. El electrodo fijo se apoya sobre las chapas y el móvil se acerca a ellas. - La distancia entre electrodos ha de ser lo más pequeña posible para evitar esfuerzos dinámicos sobre los mismos. - Las chapas a unir, así como los electrodos deben estar limpios para facilitar el paso de corriente. - La punta de los electrodos, además, debe presentar una superficie lisa y del diámetro correcto. - Para ejecutar los puntos, los electrodos deben estar perfectamente enfrentados, ya que de lo contrario la presión ejercida no es uniforme y tampoco la intensidad eléctrica de valor suficientemente alto. - Es recomendable refrigerar los electrodos para evitar su calentamiento ante un trabajo continuado. Existen equipos en el mercado que tienen un sistema interno de refrigeración que facilita esta tarea. - Cuando se proceda a soldar chapas de distintos espesores es necesario regular la máquina considerando la chapa más delgada. - La distancia mínima entre los puntos de soldadura debe ser mayor que tres veces su diámetro, ya que puntos muy próximos originan desviaciones de la corriente eléctrica con lo que la intensidad en el punto que se pretende soldar puede ser inferior a la necesaria. - La distancia máxima entre los puntos de soldadura, viene limitada por la rigidez mecánica deseada en la unión, y no se recomienda sobrepasar cinco veces el diámetro del punto. En cualquier procedimiento de soldadura deben seguirse cuidadosamente las indicaciones de los fabricantes de equipos y materiales, sin olvidar que siempre deberán realizarse unas pruebas en taller antes de proceder a soldaduras definitivas. NOTA:
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