2013 Soldadura aluminotérmica
David Herce Diez Alberto García Lara Asier Herreros Sacristán Jorge del Rincón Lorente 07/12/2013 Alpha Pernía Espinoza
Instrumentos de Medición
Universidad de La Rioja
Índice: Págs.
1. Principios teóricos 2. Equipamiento 3. Costes 4. Ventajas / Desventajas 5. Preparación de los operarios
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1. Principios teóricos de soldadura aluminotérmica Este tipo de soldadura es uno de los procedimientos utilizados en la actualidad para el empalme de conductores eléctricos de dimensiones considerables y también en carriles de vías férreas. Desarrollada en 1902, esta técnica se realiza empleando un molde refractario donde se colocan los conductores pletinas o picas de cobre que deseamos unir, dentro del cual se pondrá también el material fundente y el iniciador. Se basa en un proceso fuertemente exotérmico, de reducción del óxido de hierro por el aluminio, siguiendo la formula química siguiente:
La temperatura a la que se lleva a cabo este tipo de soldadura (para que se produzca la reacción) es superior a los 3000ºC, A continuación vemos dos dibujos de cómo es y que partes tiene el molde con el que se realiza la soldadura aluminotérmica:
En el de la izquierda vemos un esquema más general. En el de la derecha, podemos ver un ejemplo de molde dedicado específicamente a la unión de cables eléctricos de grandes dimensiones. Tras ver las partes del molde pasaremos a exponer los pasos a seguir para la realización de una buena soldadura del tipo aluminotérmico. Los expondremos de una forma breve y clara para que no resulte demasiado pesado, y podremos disfrutar a continuación de un vídeo en el cual se ve un claro ejemplo de la realización de esta técnica. Como ya hemos dicho, el soldeo aluminotérmico consiste en la fusión de dos extremos por la acción de un metal de aportación en estado líquido. Los extremos, sobre todo en el caso de los carriles ferroviarios, se envuelven en un molde refractario, destinada a dar forma a esta masa a su solidificación.
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En primer lugar se deben sanear los dos extremos sobre los que se va a efectuar la soldadura requerida, para que estén completamente limpios y con una cala determinada. (Cala: separación entre dos puntas a unir, medidas en mm).
2. Posteriormente se realiza una alineación en planta y una alineación en alzado de los extremos a soldar.
3. Después se colocan los moldes refractarios de contención del material que se va a añadir para la unión, se enmasillan para evitar fugas de material de fundición.
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4. Antes del precalentamiento, para tener ya preparado el material de fundición, se coloca el crisol que es el que contiene la carga aluminotérmica, un acero fundido a una temperatura de entorno a unos 2000º C y se verifica la decantación del oxido de aluminio (corindón) que se separa del acero subiendo hasta la superficie después de algunos segundos de la ebullición correspondiente
5. Una vez hecho lo anterior, se realiza un precalentamiento de los extremos a fusionar y cuando alcanza la temperatura adecuada, se añade el material a fundir, se espera el tiempo determinado para retirar los moldes, y se rebaja mediante corte y esmerilado el material sobrante, hasta darle la forma requerida (adecuada).
6. La sangría del crisol por una piquera de fondo, hace llegar el acero fundido al molde que envuelve los extremos de los carriles y provoca su fusión ocasionando la mezcla que una vez solidificada y fría asegura la unión de los carriles.
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2. Equipamiento para llevar a cabo esta soldadura Como ya hemos dicho con anterioridad, este tipo de soldadura se utiliza generalmente en dos casos; unión de cableado eléctrico de gran medida y para unión de carriles ferroviarios. Para la realización de ambos casos el equipamiento es diferente, puesto que en los carriles ferroviarios se necesitan mayor número de maquinaria para poder realizar el soldeo aluminotérmico. Sin embargo ambos casos tienen en común:
Para calentar el aluminio se dispone en la actualidad varios métodos y equipos que son los siguientes:
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Por oxigeno y propano
2. Por aire inducido y propano 3. Por aire y gasolina 4. Por motor eléctrico
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En el caso de la unión de carriles ferroviarios, el equipamiento necesario es el siguiente:
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También es necesario el empleo de maquinaria adecuada como puede ser:
Llave de impacto: PORTATIL – Pesa sólo 17.5kgs (38 1/2lbs). Puede ser cargado fácilmente por una persona. CALIDAD – Construido con materiales de alta calidad para soportar uso intenso en la Industria de Ferrocarriles a nivel mundial. FIABLE – Un caballo de potencia que proporciona muchos años de servicio fiable. BAJO COSTO DE MANTENIMIENTO – Alta calidad y precios adecuados de los repuestos, aseguran un bajo costo de mantenimiento. ANTI-VIBRACION –Mango acelerador y asidero totalmente aislados contra las vibraciones.
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Cortadora de riel HC 355
Se trata de una máquina para poder efectuar un corte perfectamente regular y perpendicular al riel, siendo importante en toda obra ferroviaria.
Taladro de rieles: Máquina que permite realizar las perforaciones para los agujeros de las juntas y las conexiones.
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Caballete de reglaje CR 61 La soldadura aluminotérmica necesita una nivelación precisa de los extremos de los rieles a unir. Estos caballetes de alineación ligeros están concebidos para alinear los extremos de los rieles de manera fiable, rápida y fácil.
Desbarbadoras ancha EGH 2 y EGH 1, EPM2, TM 1
Está expresamente concebido para cortar el excedente de metal después de la soldadura aluminotérmica del riel, por desplazamiento de dos cuchillas
El tensor hidráulico TR 75
El tensor hidráulico TR 75 permite, gracias a su fuerza de 75T, alargar la B.L.S. (Barra Larga Soldada) para las liberaciones de tensiones y sujetar los rieles durante la operación de soldadura aluminotérmica.
Esmeriladora MR 150, MFR, MFB
Se utiliza especialmente para trabajos de reperfilado de riel después de la soldadura aluminotérmica o recargue al arco.
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Lorry plataforma
Permiten transportar en vía el material y herramientas de mantenimiento.
Lorry R5 y R10
Este tipo de lorry permite el transporte del material pesado así como rieles, paneles de vía o aparatos de vía.
Seguro que existen más herramientas utilizadas para la realización y trabajo sobre carriles ferroviarios, pero creo que este catálogo muestra las más significativas de todas ellas.
3. Coste de este tipo de soldadura Exactamente no hemos podido encontrar el coste exacto de la realización de un soldeo completo aluminotérmico, pero sí que sabemos que este tipo de soldadura tiene un gasto más elevado que la soldadura de arco eléctrico (SHAW). Su empleo se ha convertido en algo común y muy utilizado, gracias a sus buenos resultados a la hora de unir tanto vías férreas como cableado eléctrico de grandes dimensiones.
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4. Ventajas / desventajas Como todo proceso que existe, este tipo de soldeo posee una serie de factores a favor de su utilización y otros tantos desfavorables para su empleo. A continuación podemos encontrar algunos de estos aspectos.
4.1. Ventajas •
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Es asequible de realizar y se puede ha cer “in situ”. Las conexiones no son afectadas por picos de corriente. El conductor se funde antes que las conexiones. Las soldaduras no se aflojan ni se corroen en el punto de unión. No existen problemas de superficie de contacto ni de concentración de tensiones mecánicas.
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Las conexiones poseen elevada capacidad de conducción de corriente.
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No precisa de fuentes de energía externas de importancia.
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Bajos costos del material.
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No requiere un mantenimiento continuado.
4.2. Desventajas •
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El molde es considerablemente grande y pesado en los raíles Solo se utiliza cuando hay que soldar dos piezas grandes, no es económico para unir piezas pequeñas Hay que llevar material precalentado, lo que implica un gran consumo de energía Se trabaja a temperaturas muy altas y mucho material lo que implica que hay que extremar cuidados Reciclaje del material fundido restante. Al realizarse en el exterior se ve afectada por las condiciones climatológicas del momento, lo que provoca retrasos si hay mal tiempo Gran preparación previa.
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5. Preparación de los operarios No se trata de una soldadura difícil de llevar a cabo, pero sí que es cierto que los operarios deben estar capacitados para la realización de la misma. Deben ser operarios capacitados y preparados concienzudamente para la maniobra y utilización de toda la maquinaria necesaria para la limpieza, adecuación y culminación de un soldeo aluminotérmico, tanto en el apartado de cableado eléctrico, como sobre todo en el ámbito de la unión de rieles del sector ferroviario.
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