INTRODUCCIÓN La soldadura, al igual que la mayoría de los procesos industriales disciplinas técnicas, posee sus propios términos especializados, mismos que resultan necesarios para lograr una comunicación efectiva entre la gente que de alguna manera está relacionada con los procesos, operaciones, equipo, materiales, diseño y otras actividades pertenecientes a los métodos de unión involucrados. Debido a que es indispensable el uso correcto y preciso de estos términos, los institutos
y organizaciones técnicas encargadas de las aplicaciones y del
desarrollo científico y tecnológico tecnológico de la soldadura
de diferentes diferentes países, han
preparado y publicado normas que establecen los términos estandarizados a emplearse y la definición de los mismos. La soldadura en general, como proceso de fabricación implica la fusión de un material metálico y su posterior solidificación, estos cambios de estado se desarrollan en un lapso muy breve lo que implica transformaciones metalúrgicas y cambios dimensionales que afectan las propiedades físicas, mecánicas, químicas y dimensionales de los materiales en la zona en que se ha realizado la unión soldada. La ingeniería de soldadura, que debe ser desarrollada antes de iniciar los procesos de producción, deben contemplar el efecto de las variables y establecer límites operativos que permitan obtener una unión sana y capaz de responder a las demandas extremas del servicio al que será sometida durante su vida útil.
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RESEÑA HISTÓRICA DE LA SOLDADURA: La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios, con los primeros ejemplos de soldadura desde la edad de bronce y la edad de hierro en Europa y el Oriente Medio. La soldadura fue usada en la construcción del Pilar de hierro de Delhi, en la India, erigido cerca del año 310 y pesando 5.4 toneladas métricas. La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que los herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó a De la pirotecnia, que incluye descripciones de la operación de forjado. Los artesanos del Renacimiento eran habilidosos en el proceso, y la industria continuó creciendo durante los siglos siguientes. Sin embargo, la soldadura fue transformada durante el siglo XIX. En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico, y los avances en la soldadura por arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por un ruso, Nikolai Slavyanov, y un americano, C. L. Coffin a finales de los años 1800, incluso como la soldadura por arco de carbón, que usaba un electrodo de carbón, ganó popularidad. Alrededor de 1900, A. P. Strohmenger lanzó un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco más estable, y en 1919, la soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag, pero no llegó a ser popular por otra década. La soldadura por resistencia también fue desarrollada durante las décadas finales del siglo XIX, con las primeras patentes yendo a Elihu Thomson en 1885. La soldadura de termita fue inventada en 1893, y alrededor de ese tiempo, se estableció otro proceso, la soldadura a gas.
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RESEÑA HISTÓRICA DE LA SOLDADURA: La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios, con los primeros ejemplos de soldadura desde la edad de bronce y la edad de hierro en Europa y el Oriente Medio. La soldadura fue usada en la construcción del Pilar de hierro de Delhi, en la India, erigido cerca del año 310 y pesando 5.4 toneladas métricas. La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que los herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó a De la pirotecnia, que incluye descripciones de la operación de forjado. Los artesanos del Renacimiento eran habilidosos en el proceso, y la industria continuó creciendo durante los siglos siguientes. Sin embargo, la soldadura fue transformada durante el siglo XIX. En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico, y los avances en la soldadura por arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por un ruso, Nikolai Slavyanov, y un americano, C. L. Coffin a finales de los años 1800, incluso como la soldadura por arco de carbón, que usaba un electrodo de carbón, ganó popularidad. Alrededor de 1900, A. P. Strohmenger lanzó un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco más estable, y en 1919, la soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag, pero no llegó a ser popular por otra década. La soldadura por resistencia también fue desarrollada durante las décadas finales del siglo XIX, con las primeras patentes yendo a Elihu Thomson en 1885. La soldadura de termita fue inventada en 1893, y alrededor de ese tiempo, se estableció otro proceso, la soldadura a gas.
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SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES: La soldadura por haz de electrones es un proceso de soldadura de soldadura de fusión, de fusión, que que se logra mediante el contacto de la pieza a soldar con un haz de electrones de alta densidad energética. El haz de electrones es de pequeño diámetro y elevada intensidad energética, lo cual permite atravesar grandes espesores de material (hasta 65 milímetros de una sola pasada aproximadamente). El principio de soldadura se puede explicar mediante el efecto keyhole (también denominado como ojo de cerradura).
CARACTERÍSTICAS DE LA SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES: ELECTRONES :
Capacidad para hacer soldaduras profundas y con cordones de soldadura estrechos en una sola pasada.
Soldadura casi uniforme y limpia, debido a que se realiza en un ambiente de vacío, lo cual evita la formación de óxidos de óxidos y nitruros.
Cantidad reducida de calor transmitida a la pieza, por lo que su micro estructura se ve menos alterada que mediante otros procedimientos.
No se necesita metal de aportación.
Las velocidades de soldadura son muy elevadas (hasta 2000 mm/min).
Permitir la unión de una gran diversidad de materiales e incluso de multitud de materiales distintos entre sí.
El coste de los equipos es elevado.
Genera rayos Genera rayos X, lo X, lo que requiere extremar las precauciones.
PROCESO DE SOLDADURA: El proceso de soldadura mediante haz de electrones se efectúa en una cámara de vacío. Encima vacío. Encima de dicha cámara se encuentra una pistola de electrones. Las piezas
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a soldar se colocan en un manipulador motorizado dentro de la cámara de vacío produciendo así soldaduras axiales o lineales. La pistola de haz de electrones, consta de un cátodo y un ánodo entre los que se genera una diferencia de potencial y se induce el paso de corriente. Debajo del ánodo, hay una lente magnética, para dirigir el haz de electrones hacia la zona de soldadura.
EQUIPO NECESARIO. Cámara de vacío: La forma más usual de la cámara de trabajo es la cúbica, ya que se puede trabajar con piezas de diferente forma, aunque para piezas específicas como tubulares se puede diseñar una cámara de trabajo con forma cilíndrica. La cámara de trabajo se ha de diseñar conforme a la pieza a trabajar. Para generar la presión de trabajo en su interior se emplean diferentes tipo de bombas de vacío: rotativas, difusoras y turbo moleculares.
Pistola de haz de electrones: En la pistola de electrones se encuentra el cátodo, formado por una banda de Wolframio, por la cual fluye una fuerte corriente alcanzando grandes temperaturas (2500 °C) que emitirá una corriente de electrones. Por debajo de la pistola se encuentra un anillo ánodo que acelera los electrones hasta un 50-70% la velocidad de la luz. La pistola se conecta a un sistema de potencia, el cual genera la diferencia de potencial necesaria entre cátodo y ánodo. Estos sistemas se pueden clasificar en dos tipos: Equipos de baja tensión (15-60kV) y Equipos de alta tensión (100200kV).
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Clasificación: En función del grado de vacío que existe en la cámara donde se realiza el proceso, el soldeo por haz de electrones se clasifica en:
Soldeo de alto vacío: El vacío practicado en la cámara es del orden de 0,13-13 MPa. Es un procedimiento idóneo para:
Conseguir uniones y zonas afectadas por la temperatura de reducidas dimensiones.
Soldeo de metales reactivos con el oxígeno y nitrógeno, al trabajar a vacío.
Soldeo de metales de gran espesor, debido a su gran poder de penetración.
Las limitaciones del proceso son:
La limitación del tamaño de la pieza a soldar, pues la cámara de vacío tiene un espacio útil reducido.
La baja producción, ya que requiere altos tiempos de bombeo para alcanzar el vacío.
Soldeo de medio vacío: El vacío practicado en la cámara es del orden de 0,13-3300 Pa. Las principales ventajas de este proceso son:
La productividad es mayor al reducirse el tiempo de bombeo.
El equipo es más barato, al no ser necesaria una bomba difusora (imprescindible para obtener el alto vacío).
Las limitaciones más importantes del proceso son:
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La alta concentración de aire en la cámara aumenta la divergencia del haz de electrones y en consecuencia la soldadura presenta cordones más anchos y de menor espesor.
Soldeo atmosférico: No se practica vacío en la cámara de soldadura, pero el cañón debe trabajar a un vacío de 13 MPa como mínimo. En este proceso la protección de la pieza se realiza con un chorro de gas inerte.
Las ventajas de este proceso son:
Es la soldadura de mayor productividad, al no ser necesario esperar a que se alcancen las condiciones de vacío.
No existen tantas limitaciones en relación al tamaño de la pieza.
Las limitaciones del proceso son:
La divergencia del haz de electrones como consecuencia de la mayor concentración de aire da lugar a cordones considerablemente más anchos y menos profundos que los obtenidos con los otros procesos.
Metales soldables:
Aceros al carbono y aleados.
Metales refractarios (W,Mo,Nb).
Cobre y sus aleaciones.
Aleaciones de Magnesio.
Aleaciones de Titanio.
Berilio.
Zirconio.
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Aplicaciones:
Industria aeroespacial.
Industria automotriz: soldadura de engranes y turbocompresor.
Construcción e ingeniería: válvulas, sierras, tanques blindados...
Industria
energética:
calderas
nucleares,
recipientes
para
desechos
nucleares, turbinas de vapor...
SOLDADURA POR RAYO LÁSER: La soldadura por rayo láser (LBW, de laser-beam welding) es un proceso de soldadura por fusión que utiliza la energía aportada por un haz láser para fundir y recristalizar el material o los materiales a unir, obteniéndose la correspondiente unión entre los elementos involucrados. En la soldadura láser comúnmente no existe aportación de ningún material externo. La soldadura se realiza por el calentamiento de la zona a soldar, y la posterior aplicación de presión entre estos puntos. De normal la soldadura láser se efectúa bajo la acción de un gas protector, que suelen ser helio o argón.
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Mediante espejos se focaliza toda la energía del láser en una zona muy reducida del material. Cuando se llega a la temperatura de fusión, se produce la ionización de la mezcla entre el material vaporizado y el gas protector (formación de plasma). La capacidad de absorción energética del plasma es mayor incluso que la del material fundido, por lo que prácticamente toda la energía del láser se transmite directamente y sin pérdidas al material a soldar. La elevada presión y elevada temperatura causadas por la absorción de energía del plasma, continúa mientras se produce el movimiento del cabezal arrastrando la "gota" de plasma rodeada con material fundido a lo largo de todo el cordón de soldadura. Para controlar el espesor del cordón de soldadura, la anchura y la profundidad de la penetración se pueden utilizar otro tipo de espejos como son los espejos de doble foco. De esta manera se consigue un cordón homogéneo y dirigido a una pequeña área de la pieza a soldar, con lo que se reduce el calor aplicado a la soldadura reduciendo así las posibilidades de alterar propiedades químicas o físicas de los materiales soldados. Dependiendo de la aplicación de la soldadura, el láser de la misma puede ser amplificado en una mezcla de itrio, aluminio, granate y neodimio, si se requiere un láser de baja potencia, o el amplificado por gas como el dióxido de carbono, con potencias superiores a los 10 kilovatios y que por tanto son empleados en soldaduras convencionales y pueden llegar hasta los 100 kilovatios. Los sistemas de varios kilovatios en continua se utilizan para secciones gruesas lo que hace que la soldadura pueda llegar a ser más profunda. Para evitar la formación de burbujas de oxígeno durante la fase liquida del material se utilizan
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algún tipo de gas inerte, como pueden ser el argón o el helio. De esta forma se produce un poco de porosidad, dejando escapar dichas burbujas.
Características del proceso: El láser de alta potencia utilizado para la soldadura se trata de un dispositivo que amplifica la radiación en una determinada longitud de onda y la emite como haz coherente, casi paralelo, el cual puede enfocarse para producir una cierta cantidad de energía capaz de fundir en material con el cual se está trabajando. Esta densidad de energía puede ser del mismo tipo de un haz de electrones, utilizado para la soldadura. Funcionamiento del láser (Véase Figura 1.)
Los átomos o moléculas del
material
fluorescente
son
excitados
por
bombardeo con luz o energía eléctrica (a) y se colocan en niveles de energía más altos (b). Se ven debilitados por emisión espontánea y la mayor parte de los fotones emitidos que se encuentran desplazados a lo largo del eje del tubo generan más potencia por emisión estimulada de otros átomos excitados siendo así amplificada la luz (d). En el espejo reflectante (e) los fotones se
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reflejan hacia atrás a lo largo del tubo para poder ser mayormente amplificados. (f) En la ventana de salida algunos fotones se reflejan para continuar amplificándose y el resto se transforman formando el haz saliente. Las etapas anteriores se producen casi simultáneamente. Dentro del campo de soldadura por rayo láser podemos encontrar varios tipos como:
Láser de estado sólido.
Láser de gas.
LASERS DE ESTADO SÓLIDO: Uno de los materiales más corrientes para este tipo de láser y también capaz de entregar una potencia elevada es el ion de cromo en un cristal de rubí. Otro material para este tipo de láser en estado sólido es el granate de itrio y aluminio dopado con neodimio o YAG. Otra forma de carácter práctico de láser puede consistir en una varilla de rubí de 10 mm de diámetro y 110 mm de largo con sus extremos rectificados con una gran precisión y pulidos. El cristal puede ser irradiado mediante un tubo de descarga de xenón. Los iones de cromo en el cristal emiten radiación estimulada, por esto, la que va en un sentido axial se refleja hacia un lado y otro entre los extremos de éste. La intensidad de radiación se eleva y el haz del láser es irradiado por el extremo que se encuentra menos pulido.
LASERS DE GAS: El láser más beneficioso para la soldadura y el corte es el CO 2, el medio emisor para este tipo de láser es una mezcla de anhídrido carbónico, nitrógeno y helio. Puede trabajar continuamente y ha sido desarrollado para la entrega de bajos vatios e incluso por encima de 20 KW. La radiación se encuentra en la región del
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infrarrojo lejano del espectro, obteniendo una longitud de onda de unos 10,6 μm.
Uno de los lasers más típicos de CO 2 está comprendido por un tubo de vidrio por el cual circula una mezcla de gas con electrodos en cada extremo los cuales producen una descarga de alto voltaje. En uno de los extremos del tubo se encuentra alojado un espejo reflectante de superficie dorada enfriado por agua, mientras que en el extremo opuesto hay una ventana reflectante en parte, el espacio entre ambas recibe el nombre de cámara del láser. En las ventanas se utilizan rodajas de arseniuro de germanio o galio en montajes enfriados por agua. El rendimiento del 10 al 25% se traduce en que del 75 al 90% de la energía de la descarga se disipa en el gas.
Aplicaciones: Se utiliza, principalmente, para soldar:
Piezas de transmisiones en la industria automotriz.
Piezas unitarias grandes.
Series grandes y con buenos acabados.
Piezas de electrodomésticos.
Piezas para la industria aeronáutica de aluminio, titanio o níquel.
Industria del ferrocarril.
Recipientes a presión.
Industria alimentaria, a la hora de realizar embalaje de alimentos, cuchillas de corte.
Para instrumental médico y quirúrgico.
Odontología.
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Ventajas e inconvenientes: Tiene como ventajas principales las siguientes:
Se puede transmitir por el aire, por lo que no se requiere un vacío.
Es un proceso fácilmente automatizable por el hecho de que los rayos se pueden conformar, manipular y enfocar ópticamente usando fibras ópticas.
Este tipo de soldadura no genera rayos X.
Produce muy poca distorsión y tiene una tendencia muy pequeña a la fusión incompleta, a las salpicaduras y a las porosidades.
No hay desgaste de herramienta, al no estar en contacto con la zona a soldar.
Se puede controlar fácilmente la profundidad de penetración.
El inconveniente es el precio de los equipos, que es muy elevado. Al ser equipos muy automatizados y altamente precisos requieren una tecnología muy alta.
MÉTODOS PARA LA REALIZACIÓN DE LA SOLDADURA POR RAYO LÁSER: La soldadura por rayo láser se puede realizar de dos formas distintas:
Por conducción: En este tipo de soldaduras la profundidad de la zona fundida va
aumentando
a
medida
que
aumenta
la conductividad
térmica y
la intensidad de la radiación. Es utilizada para la soldadura de chapas de espesor pequeño.
Por penetración profunda: Esta soldadura posee un gran rendimiento ya que se consigue desplazar la zona de mayor temperatura por debajo de la superficie del material, por la acción del vapor recalentado y se mantiene al material fundido en el sitio deseado gracias al efecto de la tensión superficial, gravedad y otra serie de factores.
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Este tipo de soldadura, como ya hemos citado con anterioridad, debido a su afectación térmica reducida, no necesita material de aporte y es fácilmente automatizable por esto se convierte en fundamental a la hora de realizar soldaduras en los que la calidad requerida es alta y no se desean grandes deformaciones dimensionales. Además, los materiales soldados no necesitan un tratamiento posterior para eliminar tensiones. Está facilidad de proceso (automatización) hace que la velocidad del proceso sea de hasta 6 veces superior a otros procesos de soldadura.
Materiales con los que trabaja: En la actualidad ha habido un gran avance en este tipo de soldadura, ya que se puede soldar oro, aleación ligera, materiales disimilares, y materiales plásticos, campo que está avanzando a grandes velocidades y que ya se encuentra muy desarrollado. La soldadura de plásticos (termoplástico estable) se puede llegar a realizar utilizando unos aditivos especiales, denominadas resinas. Estas resinas nos permiten soldar sin llegar a derretir el termoplástico, cosa que sería impensable sin la utilización de este aditivo. También existe la soldadura láser híbrida, que es la que combina la soldadura por rayo láser con la soldadura de arco para así poder obtener posiciones más flexibles y velocidades de soldadura más altas.
SOLDADURA HÍBRIDA MSG-LÁSER: Este tipo de soldadura se intentó por primera vez a principios de los años 80 lo que por aquel entonces los elevados costes que tenía la desestimaron por
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completo. A principios de los 90 se desarrolló esta técnica que mezcla los dos tipos de soldadura tan diferentes como son el arco MSG y el haz de luz láser.
SOLDADURA POR ELECTROESCORIA: La soldadura por electro escoria es un proceso de soldadura por fusión, con protección de escoria. Esta técnica se utiliza para una soldadura por colada continua. Utiliza un equipo parecido al de soldadura por arco. Se caracteriza por la utilización de electrodos, y de un mecanismo con zapatas. El metal líquido que se forma en este proceso es retenido por las zapatas de cobre que se refrigeran por agua. Estas zapatas están colocadas una en la parte delantera; y la otra en la parte trasera de la zona de soldadura. En este proceso de soldadura no existe arco, y el alambre se va fundiendo a medida que es sumergido en la escoria fundida. Es entonces cuando se funde el metal base y se solidifica el metal que está fundido y retenido por las zapatas. El carro, los electrodos y las zapatas se mueven verticalmente provocando de este modo la soldadura.
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Procesos y características: La soldadura por electro escoria utiliza una orientación vertical del dispositivo, el cabezal de soldadura utiliza un movimiento de avance , donde unas zapatas de cobre enfriadas con agua, hacen de contenedor de la escoria fundida, que funde ya que se genera un arco eléctrico entre la pieza que va a ser soldada y un electrodo consumible. Se utilizarán uno o más electrodos dependiendo del grosor de la chapa. La escoria hace de protector del proceso de soldadura. Las chapas están colocadas en posición vertical con una separación paralela que va de los 31.75 a 34.92 mm. Las zapatas de cobre, delanteras y traseras tienen una separación paralela de modo que forman un molde rectangular en el cual se desarrolla el proceso de soldadura. En la parte inferior de esta ranura se encuentra la zapata de arranque, que inicia el proceso mediante la formación de un arco con uno, dos o tres alambres continuos según el espesor de las chapas del material a soldar. El arco se mantiene el tiempo adecuado para que se produzca la suficiente escoria líquida (suele ser entre 30 y 50 mm de profundidad). Cuando hay la suficiente escoria líquida, se eleva la intensidad de corriente y se disminuye la tensión. El proceso cambia a soldadura total de escoria eléctrica. El calor generado en la escoria líquida para formar la soldadura, es producido al disiparse la energía en la capa de escoria. La temperatura del baño de escoria es elevada y se encuentra entre los 1750 y los 2000 °C. La solidificación de la soldadura es progresiva desde la parte inferior hasta la superior, existiendo siempre metal fundido sobre el metal a soldar. La escoria permanece en la parte superior debido que su densidad es menor que la del metal fundido. Las reacciones de la escoria se producen en el electrodo por la relación entre el área y el volumen, además de las corrientes producidas por la escoria. Se usan
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fuentes de alimentación de corriente continua para realizar la soldadura por este proceso.
Crecimiento de grano: Hay que tener especial cuidado con el tamaño de grano ya que es el factor más importante en este proceso de soldadura. Si se reduce provoca al mismo tiempo el aumento de la tensión de fluencia y también de la resistencia al impacto. Los elementos más utilizados para el afinamiento de grano son los siguientes: niobio, vanadio, aluminio y titanio. Se utilizan en pequeñas cantidades y por eso se les denomina microaleaciones.
Tipos de soldadura por electroescoria: La soldadura por electro escoria tiene dos variantes:
Soldadura con aportación de hilo continuo: El hilo de aportación es alimentado por la corriente.
Soldadura con aportación de hilo continuo y tobera consumible: Utiliza una tobera consumible.
Los consumibles que se pueden utilizar son:
Alambre. Flux.
Existen dos modos de implementar el proceso de soldadura por electro escoria. El primer sistema es mediante el empleo de un dispositivo automático acoplado en
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una columna vertical permitiendo elevar las zapatas y el cabezal de soldadura a medida que la soldadura va progresando desde la zona inferior hasta la superior. Los problemas de esta primera opción son el alto coste que supone y el gran peso del dispositivo. Además la superficie lateral debería ser tan lisa como se pudiera para que el desplazamiento de las zapatas fuera más fácil. En el segundo sistema se emplea una guía consumible para llevar el alambre hacia la zona de fusión del material. Este guía debe estar aislada eléctricamente para evitar que se produzcan arcos erráticos. Además, esta guía se va consumiendo a medida que la soldadura va progresando con lo que contribuye al volumen de metal depositado. Las ventajas de este método son que no necesita de un dispositivo de elevación para el cabezal ya que no existen partes móviles. Si la guía tiene la sección transversal suficientemente grande la velocidad de adición de aporte puede ser aumentada considerablemente. Si se desean agregar elementos de aleación, se puede variar la composición de la guía consumible. Como este método es auto-regulable se puede aumentar la velocidad de soldadura reduciendo el espacio entre las chapas a soldar.
Tipos de escoria: Los tipos de escoria empleados pueden ser de tipo ácido con base de tipo básico con alto contenido de
o de
.
La presencia de oxígeno empeora las propiedades a impacto de la soldadura. Las escorias de tipo básico presentan la ventaja de reducir el contenido de oxígeno disuelto en el metal fundido y además refinan el metal de impurezas como puede ser el azufre. Por tanto las escorias de este tipo mejoran las propiedades mecánicas de la soldadura.
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS: Ventajas:
Gran velocidad de soldadura que se puede alcanzar.
El proceso se puede auto-regular.
Soldadura de buena calidad.
Gran rendimiento en el aporte de material. Se pueden conseguir grandes tasas de aporte de material (entre 15 y 20 kg/h)
Productividad elevada.
Bajos costes de preparación de los equipos. Las máquinas utilizadas para la soldadura por electroescoria se pueden preparar con una cepilladora o una máquina de oxicorte, siendo esta preparación más económica que la de otros procesos de soldadura.
La posibilidad de realizar el proceso en una sola pasada permite un ahorro de tiempo considerable comparado con soldaduras de múltiples pasadas.
Capacidad elevada para soldar metales gruesos.
Se produce una mínima tensión transversal.
Desventajas:
Tiene un coste alto.
La gran cantidad de energía que se utiliza. Además la energía producida provoca un enfriamiento lento causando un crecimiento de grano en la zona afectada térmicamente.
Necesidad de una zona lisa para el fácil desplazamiento de las zapatas.
Hay casos de fractura frágil en la zona soldada. Se debe a que la resistencia al
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impacto no es lo suficiente elevada en la zona afectada térmicamente y no puede soportar el agrietamiento a temperatura baja.
Aplicaciones: Las aplicaciones más comunes son en el sector de la metalurgia la metalurgia , sector de la creación de puentes, naves industriales y maquinaria muy pesada. También se utiliza para soldar paredes gruesas, juntas en grandes hornos, y para soldar aceros inoxidables. Es muy común en la industria naval, para la unión de chapas gruesas de acero al carbono. También es empleado para la unión de chapas en vertical y para grandes secciones de piezas de fundición y forja de acero, aluminio y titanio. Los espesores de estas chapas están comprendidos entre 20 y 350 mm.
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SOLDADURA CON TERMITA: Consiste en mezclar polvo de aluminio de aluminio y óxido de hierro, que hierro, que al calentarlos entran en reacción, desprendiendo gran cantidad de calor, de calor, suficiente para que los productos de la reacción se fundan, que al verterlo sobre las dos piezas a unir se logra la soldadura.
Descripción de la soldadura con termita: Las caras a soldar se limpian minuciosamente de suciedad y herrumbre y se colocan a tope en el asiento de una prensa de apriete. Después, se cincela la juntura, y en ésta se ponen los moldes, llenados con una masa de moldeo. Los moldes se sujetan con mordazas de tornillo de tornillo y sobre los primeros se pone la tolva, de modo que el orificio del fondo, cerrado con el tapón, coincida con la boca de llenado. La termita que se encuentra en la tolva se incendia. Después de quemada la termita se abre el tapón, y el hierro líquido hierro líquido llena el molde. El cincelado El cincelado realizado de antemano no permite penetrar al hierro fundido a través de la unión de los carriles, y el calor el calor desarrollado caldea los topes de los carriles hasta su fusión. Luego, con ayuda de la prensa, se aprietan los carriles y en el lugar de la junta se forma una sólida unión. Cuando el metal el metal se enfría, hasta 400 °C, los moldes es se quitan y se corta la juntura.
Cuidados al soldar con termita. El proceso de soldadura con termita es altamente peligroso por lo que debe tenerse presente las siguientes precauciones:
La combustión La combustión de la temita emite radiación ultravioleta que puede dañar la vista, por lo que debe usarse protección especial como caretas o debe evitarse mirar la reacción directamente.
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La termita cuando está encendida no debe mezclarse con agua, pues puede provocar
una
explosión
freatomagmática,
dispersando
fragmentos
incandescentes en todas direcciones.
Cuando utilizamos la termita para soldar tuberías con agujeros que alojen aire, se debe manejar con extremada precaución porque la expansión térmica de los gases puede causar que estallen.
En otras áreas de soldadura no debe manipularse la termita porque puede ocurrir la reacción espontánea de la misma, provocando peligrosas explosiones.
Aplicaciones de la soldadura con termita: La soldadura con termita se aplica para unir carriles, tubos y para reparar piezas grandes, en la reparación de grietas en colados y forjas de acero grandes tales como moldes de lingotes, ejes de gran diámetro, estructuras para maquinaria y timones para barcos. La superficie de la soldadura en estas aplicaciones regularmente es lo bastante lisa para que no se requiera de un proceso de acabado posterior.
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SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO: Este tipo de soldadura se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusión proviene de la aplicación de presión solamente, o una combinación de calor y presión. Si se usa calor, la temperatura del proceso está por debajo del punto de fusión de los metales que se van a soldar. No se utiliza un metal de aporte en los procesos de estado sólido. La soldadura de estado sólido se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusión proviene de la aplicación de presión solamente o una combinación de calor y presión. Si se usa calor, la temperatura del proceso está por debajo del punto de fusión de los metales que se van a soldar. No se utiliza un metal de aporte en los procesos de estado sólido. Algunos procesos representativos de soldadura de este tipo incluyen los siguientes:
Soldadura por difusión: En la soldadura por difusión, se colocan juntas dos superficies bajo presión a una temperatura elevada y se produce la coalescencia de las partes por medio de fusión de estado sólido.
Soldadura por fricción: En este proceso, la coalescencia se obtiene mediante el calor de la fricción entre dos superficies.
Soldadura ultrasónica: La soldadura ultrasónica se realiza aplicando una presión moderada entre las dos partes y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en una dirección paralela a las superficies de contacto. La combinación de las fuerzas normales y vibratorias produce intensas tensiones que remueven las películas superficiales y obtienen la unión atómica de las superficies.
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Procesos: Soldadura Estado sólido Forja En Frio1000 a.c. Materiales dúctiles Técnica: Se calientan las piezas a soldar a Superficies excepcionalmente limpias: temperatura de trabajo y se desengrasado y pulido golpean hasta unirlas con martillo o herramienta similar. Técnica: Aplicar alta presión hasta conseguir dependencia principal de la habilidad del coalescencia de las piezas.
LA SOLDADURA DE FRAGUA O DE FORJA: Es un proceso para la unión de dos metales por medio de calor y/o presión y se define como la liga metalúrgica entre los átomos del metal a unir y el de aporte. Existen diversos procesos de soldadura los que difieren en el modo en que se aplica el calor o la energía para la unión. El proceso de soldadura más antiguo es la soldadura por forja o soldadura de fragua. Ésta consiste en el calentamiento de las piezas a unir en una fragua después por medio de presión o golpeteo se logra la unión de las piezas. Su limitación es que sólo se puede aplicar en piezas pequeñas y en forma de lámina. La unión se hace del centro de las piezas hacia afuera y debe evitarse la oxidación, para esto se utilizan aceites gruesos con un fundente, por lo regular se utiliza bórax combinado con sal de amonio.
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Soldadura a rodillo: También conocida como soldadura de costura en la que se produce una serie de soldaduras de puntos traslapadas por medio de electrodos rotatorios, haciendo girar la pieza de trabajo, o por ambos métodos. Ejecución de una soldadura longitudinal en lámina metálica o en tubo.
Tipos de soldadura a rodillo: La soldadura a rodillo puede ser en frío y en caliente. Se denomina soldadura en frío a rodillo cuando no se proporciona calor externo, sin embargo cuando se suministra calor se utiliza la terminología de soldadura en caliente a rodillo.
Máquinas de soldadura a rodillo: La soldadura a rodillo se realiza por medio de máquinas estacionarias y móviles, equipadas con dispositivos especiales para sujetar los rodillos.
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Fig. 1. Esquema de la soldadura a rodillo En la figura 1 se muestra el esquema de la soldadura a rodillo. Las piezas soldar, puestas a solape, se sujetan con los electrodos en forma rodillos (electrodos rodantes), conectados al transformador. El rodillo superior gira, generalmente, gracias a una fuerza motriz y el inferior, que va montado sobre un eje, gira libremente. Después de sujetar el material con los rodillos, se conecta la corriente y la soldadura se efectúa según la línea generatriz de los rodillos. La soldadura puede ser continua o intermitente. Para soldar (con intervalos) se emplean interruptores de corriente. La soldadura intermitente asegura una alta calidad de la unión soldada, sin embargo la unión es de peor pureza que la de la soldadura continúa. Los rodillos se preparan del mismo material que los electrodos de soldar por puntos. El diámetro de los rodillos es de 50 a 350 mm. Los rodillos de mayor diámetro tienen mayor estabilidad durante la soldadura. Los rodillos se enfrían ininterrumpidamente con agua durante su funcionamiento. La velocidad de la soldadura con electrodos rodantes es de 3,5 m/min. La intensidad de la corriente de soldadura varía de 2 000 a 20 000 A. Los esfuerzos que se aplican a los rodillos pueden alcanzar hasta los 500 kg.
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Regímenes para la soldadura a rodillo: Espesor de Ancho de la
Diámetro
Esfuerzo
parte
de
chapa
trabajo
del
(mm)
rodillo (mm)
0,25
3,5 - 4,0
150 - 180
80 – 120
2,5 - 3,5
0,5
4,5 - 5,0
150 - 180
130 – 200
1,0 - 3,0
1,0
6,0 - 7,0
180 - 220
180 – 300
1,0 - 3,5
1,5
7,0 - 8,0
220 - 250
250 – 375
0,6 - 1,5
2,0
8,0 - 9,0
240 - 260
320 – 450
0,5 - 1,0
deseable del rodillo (mm)
aplicado los
a
Velocidad de Intensidad
cada
rodillos
(Kg)
soldadura
de
la
(m/min)
corriente (A)
4 000 – 6 000
5 000 – 8 000
6 000 – 15 000
10 000 – 18 000
18 000 – 30 000
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Ventajas de la soldadura a rodillo: La ventaja principal de este método consiste en que se obtiene una gran resistencia permitiendo establecer una unión sólida para fabricar construcciones de refuerzo.
Aplicaciones de la soldadura a rodillo: La soldadura a rodillo o soldadura de costura se aplica para obtener una unión continua y compacta por lo que se emplea para soldar depósitos para aceite, gasolina o agua, tubos
y
una
serie
de
piezas
de acero y
de aleaciones no ferrosas. Las aplicaciones de la soldadura a rodillo incluyen el revestimiento con acero inoxidable para aleaciones medias o bajas para conseguir resistencia a la corrosión, la fabricación de tiras bimetálicas para medir la temperatura y la producción de monedas acuñadas.
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SOLDADURA POR DIFUSIÓN: El proceso de soldadura por difusión se desarrolló a mediados de los años 1970, gracias a su evolución ha llegado a ser una de las tecnologías más modernas en cuanto a soldadura se refiere. El principio de difusión data de hace varios siglos; era utilizado por los joyeros con la intención de ligar oro sobre cobre para la obtención de la chapa de oro. La soldadura por difusión, SD (en inglés diffusion welding, DFW), puede considerarse una extensión del proceso de soldadura por presión a temperatura elevada y larga duración. Es un proceso en estado sólido obtenido mediante la aplicación de calor y presión en medio de una atmósfera controlada con un tiempo lo suficientemente necesario para que ocurra la difusión o coalescencia. Dicha coalescencia se lleva a cabo mediante una difusión en estado sólido. El proceso de difusión es utilizado para unir metales de misma o diferente composición, para la obtención de difusión con metales de diferente composición se suele introducir con frecuencia entre los metales a unir una pequeña capa de
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relleno como por ejemplo níquel, para promover la difusión de los dos metales base.
Este proceso se lleva a cabo en tres procedimientos: 1. Hace que las dos superficies se suelden a alta temperatura y presión, aplanando las superficies de contacto, fragmentando las impurezas y produciendo un área grande de contacto de átomo con átomo. 2. Una vez obtenidas las superficies lo suficientemente comprimidas a temperaturas altas, los átomos se difunden a través de los límites del grano, este paso suele suceder con mucha rapidez aislando los huecos producidos por la difusión en los límites del grano. 3. Por último se eliminan por completo los huecos mencionados en el segundo paso, produciéndose una difusión en volumen, la cual es muy lenta respecto de la anterior. La difusión tiene lugar a través de la masa del metal por un mecanismo en el que intervienen los límites del grano, siendo muy importante a temperatura elevada. El proceso de difusión viene dado por la expresión:
Donde D es el coeficiente de difusión, el cual representa la cantidad de soluto que emigra a través de un cubo unidad de solvente por unidad de temperatura con un gradiente de concentración la unidad; R es la constante de los gases y T la temperatura en unidades absolutas. Do es una constante de las mismas dimensiones que Dy E es la energía de activación necesaria para producir el movimiento de átomos de un hueco a otro.
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En el proceso de Soldadura o unión por difusión también se admiten dos formas de enlace o unión: en forma o estado sólido y fase líquida.
Estado sólido:
Una delgada capa de óxido producida al inicio se disuelve en el metal base y se separa difundiéndose, llegando a obtener la unión. La temperatura empleada en estado sólido es de unos (0,7xTemperatura de fusión del metal base) y las presiones son de unos 5-15 N/mm². La unión concluirá transcurridos unos 2 o incluso 480 minutos dependiendo del material.
Fase líquida: Es posible que sea formada cuando se introduce una capa intermedia o se ensamblan dos metales distintos a la temperatura de soldadura; de hecho la temperatura de soldadura se ve limitada por la temperatura en la cual se forma la fase líquida. Al rebosar la fase líquida sobre las caras de contacto esta ayuda a la limpieza de dichas caras y proporciona un medio de enlace entre las superficies; esto favorece que se vea reducida la necesidad de deformación en las superficies de contacto y la soldadura pueda obtenerse a presiones muy pequeñas.
Características del proceso: Para la buena unión de las superficies, es necesario que tengan un contorno bien ajustado y plano con un acabado superficial de buena calidad recomendándose
superficies
acabadas
mediante
amolado, torneado o fresado y con un acabado superficial de unos 0,2- 0,4 μm. También son de buena calidad aquellas que tengan una superficie
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en laminado o trefilado brillante,
siendo
rigurosamente
necesario
su
desengrase en las superficies de contacto antes de ser unidas. Una alternativa dentro del proceso de difusión es utilizar una capa intermedia de un material más blando, como por ejemplo una hoja de níquel entre las superficies a unir, o bien utilizar una lamina muy fina y blanda de composición muy semejante a la de los materiales a soldar. Para ello las temperaturas empleadas son del orden de (0,7xTemperatura de fusión del metal base) para materiales similares, o inmediatamente inferior a la temperatura de fusión más baja de los dos materiales de diferente composición que se quieren soldar. La presión que se debe utilizar debe ser muy alta para que el ensamblaje inicial de las superficies se produzca rápidamente, pero no debe ser extremadamente alta como para que la pequeña fluencia que se ve producida se convierta en una deformación plástica excesiva. El proceso de soldadura por difusión incluye dos mecanismos que pueden superponerse. Inicialmente se encuentra la dispersión de la contaminación superficial y la difusión de los óxidos en la matriz de las piezas a enlazar; los materiales que pueden disolver sus propios óxidos, como por ejemplo el hierro y titanio se sueldan fácilmente; por el contrario, los que forman óxidos superficiales refractarios tenaces, como por ejemplo el aluminio, no se sueldan tan fácilmente. El segundo mecanismo es la eliminación de los pequeños poros lenticulares por difusión y por fluencia que se quedan después del hundimiento inicial de las asperezas aisladas.
Pasos producidos en la micro estructura cristalina en la unión o soldadura por difusión:
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(a): Al principio, el área de contacto es pequeña. (b): Al aplicar presión se deforma la superficie, aumentando el área de contacto. (c): La difusión en límites del grano permite contraer los huecos. (d): Por último para la eliminación final de los huecos se requiere una difusión en volumen.
Equipo para la realización: Para esta soldadura pueden utilizarse varios tipos de equipo de vacío con la característica de que puedan producir una evacuación rápida de unos 10 -3 torr y a su vez ser capaces de conseguir un control del desprendimiento de gases del metal en caliente. La difusión de algunos metales como el hierro con un contenido
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en carbono entre 0,008 a un 2,14%, pueden realizarse en una atmósfera de gas protector esto implica la necesidad de limpiar la superficie de contacto donde se va a realizar la unión produciendo una limitación elevada de esta técnica reduciéndola a formas más pequeñas y concisas. A continuación cito algunos ejemplos de aplicación y sus características:
Calentamiento directo por resistencia: Las placas que lo forman deben estar perfectamente aisladas una de otra incluyendo las mismas paredes del habitáculo, tanto el diseño como el material de las barreras térmicas deben de asegurar una conductividad eléctrica necesaria para realizar el proceso a si como garantizar la menor pérdida de calor. Para este equipo, se pueden utilizar pequeñas capas de material como por ejemplo: acero suave, carbón o hierro fundido.
Protección por vacío: Este método de aplicación se usa muy a menudo y a pequeña escala, las piezas que se ven sometidas a este proceso pueden ser prensadas entre placas mediante un horno de vacío en el cual se realiza el calentamiento por inducción. La carga puede aplicarse por medio de unos pesos, palancas o bien por métodos hidráulicos. Otra consideración a tener en cuenta es el drenaje de calor hacia las placas, para evitar esto se interponen una serie de barreras térmicas entre piezas y las superficies de las placas.
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Ventajas de la soldadura por difusión: Una de las ventajas más importantes que motivaron al desarrollo de este tipo de soldadura es la capacidad de unión de metales diferentes incluyendo aquellos que son difíciles de unir por procesos convencionales de fusión. Materiales no metálicos, como por ejemplo la cerámica o productos de metal sinterizado podían
ensamblarse
a
los
metales
de
una
forma
extraordinariamente resistente que nunca antes había sido posible de realizar. La capacidad de soslayar dificultades metalúrgicas mediante un ensamblaje de varios materiales a través de una capa intermedia de níquel muestra una ventaja importante en este proceso; pero posiblemente una de las más importantes es que la soldadura por difusión nos permite un nuevo concepto de soldadura a si como nuevos retos de unión sobre formas de unir materiales con una gran fiabilidad y resistencia. Esto es posible gracias a que en la soldadura por difusión no hay problemas de acceso y se pueden realizar uniones en piezas con rebajes profundos, huecas totalmente cerradas o incluso una dentro de otra. También cabe destacar que no hay un límite en el número de uniones que se puedan realizar de una sola operación, esto nos ayuda a abaratar los costes de tiempo. Cuando se realiza la soldadura por difusión mediante una fuente de calor localizada móvil, como puede ser la soldadura por arco, se produce un alto gradiente de temperatura produciendo con ello una deformación debido a las tensiones residuales; esta deformación puede tomar dos formas: lineal y de torsión. Mediante los métodos de fusión la mejor opción que tenemos es disponer simétricamente el metal de soldadura y limitar su cantidad a la extensión de la fusión. Desde este punto de vista el haz de electrones es el método de fusión que mejor se puede adaptar; pero la soldadura por difusión es uno de los métodos, aparte de la soldadura blanda, que está libre de todo
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tipo de deformaciones, esto es posible gracias a su calentamiento totalmente uniforme y con ello su despreciable deformación. Muchos casos que se ven día a día en la construcción, ensamblaje e ingeniería hechos por soldadura por fusión necesitan una corrección de las deformaciones y una operación de mecanizado para la obtención de las piezas de forma precisa; este tipo de mecanizados no son necesarios mediante la soldadura por difusión. La soldadura por difusión no es considerada un proceso de elevada velocidad de unión. Pero una pequeña consideración mostrará que el tiempo que se tarda en realizar la soldadura en un área pequeña será el mismo que el de unir un área grande y por tanto el tiempo total diferirá por el tiempo extra que será necesario para llevar a la pieza a su temperatura de unión. Si es empleado un calentamiento por resistencia, la mayoría de las uniones con áreas grandes pueden elevarse a la temperatura de unió tan rápidamente como si de una área grande se tratara. Por ejemplo 25000 mm 2 pueden soldarse con el mismo tiempo que se tardaría en soldar un área de 250 mm 2. El uso de moldes y deformación aplicando aire comprimido a componentes fijados por difusión es una técnica para fabricar ciertas estructuras, que resultan delgadas con grandes relación de rigidez entre peso. Esto evita el uso de sujetadores mecánicos, mejora la precisión dimensional y reduce esfuerzos residuales.
METALES SOLDABLES. Los materiales más comúnmente utilizados en este proceso de soldadura son:
Titanio
Cerámicas
Carburos
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Principales elementos de aleación de acero
inoxidable: hierro, cromo y níquel.
Cobre
Aluminio etc.
En resumen, la unión por difusión se verá realizada en combinación con componentes metal-metal o metal-cerámica.
Aplicaciones: Las aplicaciones más importantes que nos podemos encontrar en la actual industria son:
Colocación de puntas de aleaciones duras y carburos en herramientas de corte.
Fabricados de titanio, desde sencillas piezas para reemplazar piezas forjadas a grandes estructuras, muy utilizado en la industria aeroespacial.
Combinación de metales diferentes para aplicaciones eléctricas y criogénicas.
Recubrimiento superficial de superficies o planchas para evitar el desgaste, la corrosión, el calor aumentando con ello su resistencia, esta aplicación es la más utilizada.
Unión de multitud de piezas complejas huecas, múltiples en acero y otros materiales.
Resolución de problemas en los machos complicados en piezas fundidas o ángulos a contradespulla en piezas forjadas.
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SOLDADURA EXPLOSIVA. El proceso de soldadura por explosión se conoce técnicamente como EXW (Explosión Welding), basándose en la detonación de una carga explosiva colocada adecuadamente y que obliga a uno de los metales que se desean soldar a precipitarse aceleradamente sobre otro. Una de las condiciones fundamentales para que se realice esta soldadura es la existencia de un flujo o chorro limpiador que viaja inmediatamente por delante del punto de colisión en el que la velocidad de la chapa, presión, ángulo y velocidad del punto de colisión se controlan de manera que este flujo sea forzado a salir de entre las chapas a alta velocidad, expulsando óxidos y contaminantes, dejando así limpias las superficies de unión. Entre las reducidas aplicaciones de esta soldadura están la calderería, para la fabricación de recipientes a presión, y la industria eléctrica, para la fabricación de juntas de transición donde entran en juego materiales difícilmente soldables entre sí como el aluminio y el cobre.
Procedimiento: El proceso de unión de materiales diferentes mediante soldadura por explosión comienza por la limpieza de las superficies a unir. Aunque el barrido de la onda explosiva ejerce una limpieza de las superficies es recomendable. A continuación se coloca el material base, chapa nº1, sobre el cual se va a explosionar y se le colocan una especie de pequeñas pletinas de metal en forma de L distribuidas por toda la superficie. Su función es únicamente que al colocar la chapa del otro material, chapa nº2, quede una separación conocida y uniforme. Después se coloca un pequeño cerco alrededor de esta "construcción", de forma que al
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colocar el polvo explosivo sobre la chapa nº2 quede distribuido por todos los puntos incluidos los bordes y no se caiga. Por último se coloca el detonador, generalmente a media distancia de la longitud media de la chapa pero junto a un extremo (depende de las dimensiones de la chapa). Al realizar la detonación, la onda expansiva aprieta una chapa contra la otra creando una "ola" que recorre toda la chapa. Debido a esta, todas las pletinas así como suciedad son expulsadas y con el calor generado por la explosión, los materiales quedan unidos entre sí. Con este tipo de soldadura la dilución y las ZAT (zona afectada térmicamente) son mínimas. Posteriormente y en función de la finalidad del material bi-metálico obtenido se suelen hacer una serie de ensayos no destructivos como UT (Ultrasonidos). También se usa para la fabricación de algunas monedas bimetálicas.
SOLDADURA POR FRICCIÓN.
Dos piezas unidas mediante soldadura por fricción.
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La soldadura por fricción: Es
un
método
de soldadura que
aprovecha
el
calor
generado
por
la fricción mecánica entre dos piezas en movimiento. Es utilizada para unir dos piezas, aún cuando una de ellas por lo menos sea de igual
o
distinta
naturaleza,
por
ejemplo: acero duro
y
acero
suave, aluminio y aleaciones, acero y cobre, etc., lo cual le confiere innumerables ventajas frente a otro tipo de soldaduras como puede ser la soldadura GMAW con la que no se pueden soldar aceros inoxidables ni aluminio o aleaciones de aluminio. Al menos una de las dos piezas tendrá que ser un volumen de revolución, generalmente cilindros. En el caso de que las dos piezas sean volúmenes de revolución se tendrán que alinear, perfectamente, ambos ejes longitudinales. El principio de funcionamiento consiste en que la pieza de revolución gira en un movimiento de rotación fijo o variable alrededor de su eje longitudinal y se asienta sobre la otra pieza. Cuando la cantidad de calor producida por rozamiento es suficiente para llevar las piezas a la temperatura de soldadura, se detiene bruscamente el movimiento, y se ejerce un empuje el cual produce la soldadura por interpenetración granular. En ese momento se produce un exceso de material que se podrá eliminar fácilmente con una herramienta de corte, ya que todavía se encontrará en estado plástico.
Ventajas e inconvenientes: Se trata de una soldadura que posee unos altos costes iniciales, en lo que a inversión de maquinaria se refiere, pero no requiere costes adicionales porque no necesita material de relleno ni gas protector (como por ejemplo la soldadura TIG) por lo que no se producen humos tóxicos.es un proceso bastante seguro ya que
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no se producen arcos, chispas ni llamas debido a que toda la superficie transversal está implicada en el proceso, se obtendrá una alta resistencia, bajas tensiones de soldadura, las impurezas se eliminarán durante el proceso y no existirá porosidad como sí pueden aparecer en otros procesos como la soldadura por arco. No es un proceso tan versátil como puede ser la soldadura por fricciónagitación. Se pueden producir geometrías que no son posibles en la forja o la fundición, ahorrando material y operaciones, reduciendo el tiempo de ciclo y aumentando la tasa de producción.
Aplicaciones: Como se ha comentado anteriormente, la soldadura por fricción se suele emplear en
volúmenes
cilíndricos
como
pueden
ser
los ejes
de
transmisión, turbocompresores o las válvulas de coches, camiones o trenes.
SOLDADURA ULTRASÓNICA. La soldadura ultrasónica es un proceso relativamente nuevo, el cual fue descubierto por Johan Arrendell. Consiste en una máquina con punta de base plana, donde se colocan los materiales uno encima de otro y después se baja la punta de la máquina, esta emite una onda ultrasónica que mueve las moléculas de ambos materiales provocando que estas se fundan. Los parámetros deben de ser ajustados cada vez que se altera el espesor de pared de los materiales a fundir. Una ejemplo de su uso en la industria es la de soldar cables a terminales.
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Principio de la soldadura ultrasónica de metales: Durante la soldadura ultrasónica de metales, ocurre un proceso complejo que sufre de activa participación de las fuerzas estáticas, fuerzas de cizallamiento oscilante y un aumento de la temperatura moderada en el área de soldadura. La magnitud de estos factores depende del grosor de las piezas, su estructura de superficie, y sus propiedades mecánicas. Las piezas se colocan entre un elemento de la máquina fija, es decir, el yunque y el sonotrodo, que oscila horizontalmente durante el proceso de soldadura a alta frecuencia (normalmente 20 o 35 o 40 kHz) La frecuencia de oscilación más comúnmente utilizada (frecuencia de trabajo) es de 20 kHz. Esta frecuencia es superior a las audibles para el oído humano y también permite el mejor uso posible de la energía. Para los procesos de soldadura que requieren sólo una pequeña cantidad de energía, una frecuencia de trabajo de 35 o 40 kHz puede ser utilizada.
Soldadura ultrasónica: Una de las nuevas opciones, disponible ya en el mercado de aplicaciones para la industria es la soldadura ultrasónica, la cual resulta atractiva para unir piezas pequeñas, películas metálicas muy delgadas, cable plano flexible, metales tanto similares como diferentes e incluso plásticos. La soldadura ultrasónica no utiliza productos consumibles, se realiza rápidamente, consume poca energía, no produce gases ni olores nocivos al ambiente y puede ser controlada electrónicamente para asegurar un control de calidad en la línea de producción. Cuando se unen materiales por medio de soldadura ultrasónica, a las partes a ser unidas se les aplican simultáneamente una fuerza estática, la cual mantiene en
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posición las piezas y facilita la unión, y una fuerza dinámica (vibración ultrasónica), la cual genera la fricción que produce el calor necesario para “soldar” los
materiales a unir. Este procedimiento es usado en las industrias tanto para unir plásticos como para unir metales.
Soldadura ultrasónica de plásticos: La soldadura ultrasónica de plásticos ha sido usada por muchos años. Cuando se sueldan termoplásticos las vibraciones son introducidas verticalmente. El incremento térmico en el área de unión es producida por la absorción de las vibraciones mecánicas de alta frecuencia (20 a 70kHz), la reflexión de las vibraciones en el área de contacto y la fricción entre las superficies de las partes. En el área de contracción, se produce calor por la fricción de tal manera que el material se plastifica localmente, forjando una conexión entre ambas partes en un corto periodo de tiempo. El prerrequisito es que ambas piezas de trabajo tengan un punto de fusión cercano. La calidad de la unión es muy uniforme porque la transferencia de energía y el calor interno liberado permanecen constantes y se limitan al área de unión. Para obtener un óptimo resultado, las áreas a unir son preparadas para hacerlas adecuadas a la unión ultrasónica. La soldadura ultrasónica puede ser utilizada para unir firmemente o embeber partes de metal con o en plástico.
Soldadura ultrasónica de metales: Mientras que en la unión ultrasónica de plásticos las vibraciones de alta frecuencia son usadas para incrementar la temperatura y así lograr la plastificación del material; la unión ultrasónica de metales es un proceso completamente diferente:
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las vibraciones mecánicas son introducidas horizontalmente, las partes a ser soldadas no son calentadas hasta el punto de fusión, sino que son conectadas gracias a la aplicación de presión y vibraciones mecánicas de alta frecuencia. Durante la soldadura ultrasónica de metales, un proceso complejo es iniciado el cual involucra fuerzas estáticas, fuerzas cortantes de oscilación y un moderado incremento de temperatura en el área a soldar. La magnitud de estos factores depende del grosor de las piezas a unir, de su estructura superficial y de sus propiedades mecánicas. Las piezas de trabajo son localizadas entre una pieza fija, esto es, el yunque y el dispositivo generador de las vibraciones ultrasónicas denominado “Sonotrode” o “horn”, el cual oscila horizontalmente a alta frecuencia (usualmente 20, 35 o 40
kHz) durante el proceso de soldado. La frecuencia de oscilación más comúnmente usada (frecuencia de trabajo) es 20 kHz. Esta frecuencia está sobre el rango audible del oído humano y permite el mejor uso posible de la energía. Para procesos de soldadura en los que se requiere sólo una pequeña cantidad de energía, puede ser usada una frecuencia de trabajo de 35 o 40 kHz. El sonotro de y el yunque tienen superficies ásperas o generalmente superficies fresadas con estrías cruzadas para apretar las piezas que se ensamblarán y prevenir deslizamientos indeseables. Se aplica presión estática perpendicularmente a la interfaz a soldar. Luego se sobrepone la fuerza cortante oscilante de alta frecuencia (ultrasonido). Las fuerzas dentro de los objetos deben mantenerse por debajo del límite de elasticidad para
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que las piezas no se deformen. Si las fuerzas sobrepasan un valor de umbral dado, ocurrirá una deformación local en los materiales a unir. Las piezas se compactan ligeramente en la superficie debido a la fuerza de sujeción antes de conectar la energía ultrasónica, el intervalo durante el cual sucede esto se llama tiempo de exprimido. Después de apagar la energía ultrasónica y aflojar la fuerza de sujeción, se aplica una breve ráfaga de la primera para evitar que el ensamble soldado se pegue a la herramienta o al yunque. Las vibraciones de alta frecuencia inducen fuerzas cortantes que disminuyen la contaminación superficial de los materiales a unir y producen un enlace puro entre los metales en la interface. La oscilación posterior hace que el área de la soldadura crezca. Al mismo tiempo, lleva a cabo una difusión atómica en el área de contacto y el metal se recristaliza en una estructura de grano fino similar al que caracteriza a los metales trabajados en frío. La soldadura ultrasónica del metal es local y limitada a las fuerzas de corte y al desplazamiento de las capas intermedias. Sin embargo, una fusión no ocurre si la fuerza de presión, la amplitud y el tiempo de la soldadura son ajustados correctamente. Los análisis microscópicos usando microscopios ópticos y electrónicos hacen evidente la re cristalización, la difusión y otros fenómenos metalúrgicos. Sin embargo, no proporcionan ninguna evidencia de fusión (interfaz fundida). El uso de sensores térmicos altamente sensibles en las capas intermedias muestra un aumento inicial de la temperatura con una posterior disminución constante de la misma.
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Ventajas y limitaciones: A continuación se presentan las principales ventajas y limitaciones de la soldadura ultrasónica:
Ventajas:
La soldadura ultrasónica permite unir metales diferentes.
Los tiempos de ciclo son menores a un segundo.
La calidad de la soldadura es alta y uniforme.
Las ligas son normalmente más fuertes que las juntas hechas con soldadura o por resistencia.
Necesidad moderada de habilidad y entrenamiento del operador para producir uniones de alta calidad.
No requiere de soldadura o fundente.
No hay acumulación de calentamiento, de modo que no se fragilizan las zonas afectadas por el calor.
La conductividad eléctrica es normalmente superior a la obtenida por conexiones tranzadas o soldadas.
Oxidación o contaminación superficial no afectan la cantidad de la conexión.
Desventajas:
La soldadura se restringe a soldadura de solapa.
No permite hacer soldaduras de cordón.
Solo se pueden soldar piezas con espesores menores a 3 milímetros.
Solo se pueden unir superficies planas o con poca curvatura.
No es adecuada para partes estañadas.
El costo de capital es más alto que el de la soldadura normal.
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CALIDAD EN LA SOLDADURA: La exigencia de calidad en los procesos de unión por soldadura no es tan sencilla como aplicar únicamente la norma ISO 9001 y 9002, ya que al tratarse de un proceso especial, la calidad debe estar intrínsecamente ligada a todo el proceso de obtención del producto. La NORMA UNE-EN- 729 parte 2 ayuda a identificar los requisitos que deben cumplir todos los elementos que intervienen en la soldadura y que su aplicación correcta permite el cumplimiento también de los requisitos de calidad de la norma ISO 9001/2. Cuando un fabricante quiere obtener la certificación según la serie de normas internacionales ISO 9000, adoptadas como normas nacionales serie UNE-EN-ISO 9000, se encuentra con que esta serie de normas es independiente del proceso de fabricación al que se quiera aplicar. Las normas UNE-EN-ISO 9001 y 9002 en la cláusula 4.9 “Control de los procesos”, especifican lo siguiente: “El suministrador debe identificar y planificar los procesos de fabricación, de
instalación y de servicio posventa, que afecten directamente a la calidad, y debe asegurar que estos procesos se llevan a cabo en condiciones controladas .Estas condiciones controladas deben incluir lo siguiente:”
1. los procedimientos documentados que definen la forma de fabricar los productos, de llevar a cabo la instalación y el servicio posventa, cuando la ausencia de estos procedimientos pudiera tener un efecto adverso sobre la calidad; 2. el uso de equipos adecuados de producción, instalación, servicio posventa y condiciones ambientales de trabajo adecuadas;
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3. el cumplimiento de las normas o códigos de referencia, planes de la calidad o procedimientos documentados; 4. la supervisión y el control de los parámetros del proceso adecuados y de las características del producto; 5. cuando proceda, la aprobación de los procesos y equipos; 6. los criterios de ejecución de trabajo, que se deben estipular de la manera más clara y práctica posibles (por ejemplo, mediante normas escritas, muestras representativas o dibujos) 7. el mantenimiento adecuado del equipo para asegurar la capacidad continua del proceso.”
Requisitos de calidad para el soldeo: Las normas UNE-EN 729 son la columna vertebral de todo el sistema de requisitos y normas necesarias para facilitar el cumplimiento de los requisitos de calidad en un proceso de soldadura por fusión. Cabe tener en cuenta los puntos siguientes:
La UNE-EN 729 indica los requisitos de calidad de la producción de la soldadura, no del diseño.
La UNE-EN 729 hace referencia a procesos de soldeo por fusión.
La UNE-EN 729 no establece limitaciones en los materiales.
La UNE-EN 729 no requiere ninguna certificación del fabricante. La demostración que el fabricante cumple con esta normativa pude incluir la certificación, pero no es ninguna obligación.
La UNE-EN 729 establece los requisitos para el equipamiento, el personal y los procedimientos de soldeo y nos refiere a las normas específicas que tratan en más detalle cada uno de estos aspectos.
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Para asegurar eficacia en un proceso de fabricación en el que interviene alguna soldadura crítica. La dirección o los ingenieros deben evaluar las fuentes del problema y escoger el procedimiento de calidad adecuado.
¿Cuándo se debe aplicar la UNE-EN 729-2? El sistema de calidad UNE-EN-ISO 9000 establece que se debe aplicar esta normativa si el contrato con el cliente nos exige una determinada calidad en las soldaduras, es decir, cuando la calidad de la soldadura es importante para la calidad de la pieza. Entonces si un fabricante quiere aplicar la ISO 9001/2 a un proceso de soldadura, debe cumplir la norma UNE-EN 729 parte 2, que es la que exige todos los requisitos de calidad.
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Origen de las tensiones residuales en la soldadura y sus consecuencias. Las tensiones residuales habitualmente son identificadas como uno de los factores que influyen en el deterioro de las construcciones soldadas. Desde hace algún tiempo los ingenieros e investigadores se han dado a la tarea de estudiarlas para determinar sus características, así como las formas de atenuarlas o eliminarlas. Para dar una idea del mecanismo de formación de las tensiones residuales en la soldadura se requiere determinados conceptos básicos:
La Soldadura: implica la aplicación de calor altamente localizado en metales que responden
a
la ley física de expansión contracción, capaces de afectar
su estructura y en condiciones de movimiento restringido, de esta manera se puede afirmar que durante el calentamiento que la soldadura impone a una pequeña parte de las piezas, el aumento de volumen de esta resulta impedido por el calentamiento desigual del metal base y por el grado de embridamiento que tenga la misma, por lo que el crecimiento de volumen libre será función directa del gradiente de temperatura
"DT" y del coeficiente "a" de dilatación del
material calentado, coincidiendo con lo planteado por Masubuchi K, Glizmanenko, Guliaev y otros. Otro concepto a explicar es que la tensión térmica de compresión resultante corresponderá a aquella que produce una reducción de volumen equivalente a la acción de impedimento de movimiento. Cuando la máxima temperatura alcanzada, no exceda de cierto valor, dicha tensión se encontrará en el campo elástico y su valor será igual al múltiplo de la deformación especifica (DL/Lo) por él modulo de elasticidad del material. En el caso de una unión soldada, en la zona de influencia térmica (ZIT), donde se supera el valor de temperatura del campo elástico, la tensión de compresión tiende a superar la de fluencia a esa temperatura, pero en ningún
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momento lo logra. El proceso inverso ocurre durante el enfriamiento en condiciones de movimiento restringido, las zonas que se vieron durante la deformación plástica en caliente, resultan cortas para ocupar los nuevos espacios alcanzados y aparecen entonces, tensiones térmicas de tracción. Al alcanzarse
la
temperatura ambiente habrán quedado tensiones térmicas
permanentes de tracción cuyo valor es del orden del límite de fluencia del material. Para que se pueda comprender el fenómeno anterior se explica un clásico sistema de tres barras utilizado por Masubushi K, el cual de una forma elemental explica las variaciones que se producen en una barra central. Al calentar exclusivamente la barra central aparecen tensiones de compresión en la misma, pues su dilatación está restringida por dos barras laterales, tal como muestra la curva A-B, alcanzando el límite de fluencia del metal de la barra en el punto "B" (para este caso 170 oC). Las tensiones de compresión en la barra decrecen siguiendo la variación del límite de fluencia del metal con las temperaturas crecientes, lo que se muestra en el tramo de curva B-C. Alcanzada la temperatura máxima de »600 oC correspondiente al punto "C" comienza el enfriamiento de la barra, las tensiones de compresión decaerán rápidamente y la tensión cambia de signo hasta alcanzar el punto "D" correspondiente a la tensión de fluencia, posteriores decrecimientos de la temperatura hacen que las tensiones de tracción sobre la barra se mantengan permanentemente iguales al valor del límite de fluencia a cada temperatura. De esta forma habrá quedado sometida a una tensión residual de tracción igual al límite de fluencia del metal a temperatura ambiente. Para mantener la condición de equilibrio las tensiones en las barras laterales serán de compresión y su valor será la mitad que la tensión en la barra central. Las tensiones y temperaturas para la barra central en el sistema de las tres barras.
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La línea E? B? Indica, que tensiones residuales iguales al límite de fluencia se producirá calentando la barra central a cualquier temperatura que exceda 315 oC. Por lo que se concluye que cualquier proceso que aporte calor en forma localizada sobre una pieza de acero y de tal manera que a la temperatura final se produzcan deformaciones plásticas, dejará en dicha pieza tensiones residuales de valor generalmente igual o muy próximo al límite de fluencia del material a temperatura ambiente. Cuando se unen dos o más piezas mediante un cordón de soldadura ocurren fenómenos similares a los explicados mediante el clásico sistema de las tres barras, donde coincide el cordón con la barra central y el metal base con las barras laterales. El curso de los acontecimientos térmicos y movimientos de expansión contracción se puede dividir en 4 secciones lo cual Masubushi K.
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Figura 1.2. Estados transitorios y finales durante la soldadura. La variación de las tensiones residuales del espesor de piezas normales es insignificante, en chapas con espesores menores de 25 mm, pero pueden ser considerables en chapas gruesas, si la pieza es de gran tamaño la soldadura tiene un efecto primario de tensiones en una relativa pequeña región alrededor
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del cordón; y no tiene cambios bruscos de tensiones en otras partes. Este efecto de la soldadura puede ser más significativo para piezas pequeñas. Las tensiones residuales se clasifican de acuerdo al mecanismo que la producen: 1. Las producidas por diferencias estructurales. 2. Las producidas por una desigual distribución de las tensiones no-elásticas, incluyendo las tensiones plásticas y térmicas. Factores que contribuyen a las tensiones residuales:
DETECCIÓN DE LAS TENSIONES RESIDUALES. En general se han propuesto y utilizado muchas técnicas para medir las tensiones residuales en los metales. En la actualidad estas técnicas para medir las tensiones residuales, se dividen en los grupos siguientes: 1)
Relajación de tensiones (stress-relaxation).
2)
Difracción de rayos-x.
3)
Utilización de propiedades sensibles a los esfuerzos.
4)
Técnica de agrietamiento.
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Estos grupos a su vez tienen diferente campo de aplicación y utilizan diferentes elementos sensibles para la medición como muestra la tabla 1.1. En las técnicas de relajación de tensiones, los esfuerzos residuales son determinados midiendo las deformaciones elásticas liberadas. Esto ocurre cuando los esfuerzos residuales son liberados mediante el corte de la muestra en pedazos o por la extracción de un pedazo de la muestra. En la mayoría de los casos se utilizan para medir la deformación liberada defórmetros mecánicos o galgas eléctricas. Existe una variedad de técnicas que dependen del seccionamiento de las muestras para determinar los esfuerzos residuales. Algunas técnicas se aplican principalmente a cilindros, tuberías o sólidos tridimensionales. Las deformaciones elásticas en los metales que tienen estructuras cristalinas pueden ser determinadas por la medición de sus parámetros reticulares utilizando técnicas de difracción por rayos-x. Puesto que el parámetro reticular de un metal en estado no tensionado es conocido o puede ser determinado de forma separada, las deformaciones elásticas en el metal pueden ser determinadas no destructivamente sin maquinar o barrenar. En la actualidad se tienen disponibles dos técnicas: la de película de rayos-x y la del difractómetro por rayos-x. Con la técnica de difracción de rayos-x, la deformación superficial puede ser determinada en un área pequeña, a una profundidad y diámetro de 0,003 mm. Las técnicas de difracción de rayos-x son las únicas técnicas aplicables para medir tales esfuerzos residuales como los de cajas de bolas (rodamientos) y dientes de engranes y esfuerzos residuales superficiales posterior al maquinado o rectificado.
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Tabla1.1.- Clasificación de las técnicas para la medición de tensiones residuales. A-1 Relajación de
Aplicable principalmente
tension-
a chapas
1. Técnica de seccionado utilizando
nes utilizando defór-
resistencias eléctricas strain
metros mecánicos y
gauges.
galgas eléctricas.
2. Técnica de Gunnert 3. Técnica de barrenado de Mathar-Soete 4. Técnica de fresado sucesivo de Stablein Aplicable principalmente a Cilindros sólidos y tubos
5. Técnica de maquinado sucesivo de Heyn-Bauer 6. Técnica de trepanación de Mesnager-Sachs
Aplicable principalmente
7. Técnica de barrenado de
a
Gunnert
sólidos tridimensionales
8. Técnica de seccionado de Rosenthal-Norton
A-2 Relajación de
9. Técnica utilizando sistema
tensio-
divisor de retícula.
nes utilizando apara-
10. Técnica de barrenado con
tos diferentes a los
capa frágil.
anteriores.
11. Técnica de barrenado con capa fotoelástica
B
Difracción por
12. Técnica de película de
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Rayos-x
rayos-x 13. Técnica de difractómetro de rayos-x.
C
Utilización
de Técnicas ultrasónicas
propieda-
14. Técnicas de ondas ultrasónicas polarizadas
des sensibles a los esfuerzos.
15. Técnica de atenuación Ultrasónica 16. Técnica de durezas
D Técnica de agrieta
mientos.
17. Técnica de agrietamiento Hidrógeno-inducido 18. Técnica de agrietamiento Esfuerzo-corrosión.
Métodos para el alivio de las tensiones residuales en la soldadura. Generalmente los métodos para el alivio de las tensiones residuales se pueden clasificar en dos grandes grupos: A)....Por vía térmica B)....Por vía mecánica A. Alivio de tensiones por vía térmica. Este tratamiento, ampliamente utilizado en la industria, consiste en calentar los conjuntos soldados hasta una temperatura inferior a la de transformación y mantenerlos en ella un tiempo suficientemente largo como para que se uniforme
en
dimensionales
toda la pieza y puedan efectuarse los reacomodamientos necesarios para establecer el estado de equilibrio
a
los
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nuevos valores
de
la
tensión
de
fluencia
correspondiente a dicha
temperatura. Las temperaturas empleadas para el tratamiento térmico de alivio de tensiones son normalmente de alrededor de 600 oC para los aceros estructurales comunes y pueden llegar a 700/750 oC en aceros de alta aleación a base de molibdeno. En algunos materiales no resulta aconsejable la permanencia a temperaturas del orden indicado por el riesgo de afectar desfavorablemente su aptitud para hacer frente satisfactoriamente a las solicitaciones del servicio. B. Alivio de tensiones por vía mecánica: Este método es realizable cuando la pieza posee una suficiente reserva de ductilidad, es decir, exhibe capacidad de estirarse plásticamente. Dicho de otra forma durante la descarga, en metales que se comportan de una manera puramente elástica, siempre si han tenido una deformación plástica. Ocurre una redistribución de las tensiones residuales al aplicar y remover tensiones externas para una chapa soldada a tope.
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DEFECTOS M S FRECUENTES EN LA SOLDADURA. Defectos más frecuentes en la soldadura - Cordones defectuosos. La forma en que el soldador conduce el electrodo, así como el correcto ajuste de la corriente para el diámetro empleado, son decisivos para el aspecto y la calidad de la costura terminada. En los catálogos de electrodos está indicado el amperaje máximo que de ninguna manera debe excederse. Los amperajes normales son inferiores a estos valores en aproximadamente 20%.
Defectos más frecuentes en la soldadura - Entalladuras de penetración: Son ocasionadas por incorrecta conducción del electrodo o por un amperaje demasiado
elevado.
Deben evitarse de todas maneras, ya que debilitan cualquier unión soldada. Arriba
Siguiente
Defectos más frecuentes en la soldadura - Consumo diagonal de los electrodos: Se produce en caso de corriente continua, por efecto del soplo del arco. Para remediar este defecto se puede conectar un segundo cable de tierra entre la fuente de poder y la pieza de trabajo, teniendo en este caso que aplicar los dos cables en puntos lo más alejados en la pieza base.
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Defectos más frecuentes en la soldadura - Porosidad en el cordón Puede tener origen muy diferente: a)Poros en los primeros centímetros de la costura: Son frecuentemente producidos por electrodos húmedos que debido al calentamiento del electrodo durante la operación del soldeo, la humedad en el revestimiento se vaporiza, produciéndose la formación de poros. Los electrodos básicos tienen tendencia a la formación de poros iniciales, en caso de soldar con arco demasiado largo. También pueden presentarse poros al haber contacto con un electrodo de revestimiento básico en una base completamente fría. Es bastante fácil evitarlo. El soldador debe encender el electrodo aproximadamente 1 cm. detrás del cráter final del cordón anterior, esperando hasta que adquiera buena fluidez para avanzar sobre el cráter final y continuar el cordón. Otra alternativa consiste en demorar un poco sobre el punto de partida, antes de iniciar el avance del electrodo. b) Poros al final del cordón: Se presentan, cuando se suelda el electrodo con sobrecarga de corriente, calentándose por esta razón hasta la temperatura de ebullición del alambre. Puede evitarse reduciendo el amperaje. c) Poros que se presentan en forma regular sobre toda la longitud del cordón La causa reside generalmente en el material base. Por ejemplo, aceros con alto
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contenido de azufre o fósforos no pueden soldarse libres de poros cuando se usan electrodos con revestimiento ácido. En muchos casos el remedio es usar electrodos básicos. d) Nidos de poros no visibles en la superficie: Se deben, por lo general, a un manejo incorrecto del electrodo. Por una oscilación demasiado pronunciada o una separación excesiva entre los bordes de las planchas a soldar, el metal de aporte se solidifica por acceso del aire e insuficiente protección de la escoria, volviéndose poroso.
Defectos más frecuentes en la soldadura - Rajaduras en el cordón Estas rajaduras pueden ser ocasionadas casi siempre por los siguientes motivos: a) Sobrepasar el límite de resistencia de la costura: Debido a esfuerzos en la pieza de trabajo, lo que ocurre con especial frecuencia en objetos de forma complicada fuertemente estriados y con paredes de gran espesor. Cambiando la secuencia de soldadura o mediante cambios de construcción puede evitarse tales defectos. b) Inadecuada selección del electrodo: Todos los aceros con más de 0,25% de C (Resistencia algo mayor que 52Kg/mm2) pueden soldarse garantizadamente solo con electrodos básicos. Electrodos con revestimiento ácido producen en estos materiales rajaduras.
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Los aceros con más de 0,6% de carbono son soldables solo con cierta reserva, es decir habrá que usar electrodos especiales. Igualmente se requiere gran cuidado en el caso de piezas de fundición de acero. c) Empleo inadecuado de electrodos con revestimiento ácido: Por razones ya arriba mencionadas, estos tipos no deben emplearse para el cordón de raíz en soldaduras de capas múltiples y tampoco en trabajos de apuntalado. Igualmente, pueden ocasionar fisuración del cordón los aceros con contenido de azufre o fósforo (p. ejem. aceros para trabajos en tornos automáticos).
Inspección Y Pruebas No Destructivas: Existen varios procesos para inspeccionar las uniones y piezas soldadas, muchos de ellos hacen parte del grupo conocido como “ensayos no destructivos”, métodos
que, sin dañar la pieza evaluada, posibilitan la detección de discontinuidades y aportan información precisa sobre el estado y la calidad de los cordones de soldadura.
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3. Examen Visual Antes de Soldar Como técnica de control de calidad hay muchos puntos que se deben revisar y comprobar antes de soldar: Revisar que sigan con cuidado todos los dibujos, las especificaciones, los procedimientos, las calificaciones de los soldadores. Revisar las especificaciones de los materiales de las partes que comprenden la soldadura,
y
determinar
que
los
materiales
se
ajusten
a
las
especificaciones. Comprobar la preparación de las orillas de cada unión con los dibujos. Al mismo tiempo comprobar la preparación de las orillas para verificarlas condiciones de su superficie
4. Verificar las dimensiones de cada parte porque pueden afectar el ajuste de la soldadura. Cuando se haga el ajuste rectificar las dimensiones del ensamble y del conjunto, con especial cuidado en las aberturas de raíz de las uniones soldadas. Al armar las piezas revisar las varillas de respaldo, anillos, cobre, fundente, etc., para asegurarse que estén de acuerdo a los requisitos. En el trabajo de armado vigilar que las uniones por soldar estén limpias, así como que los apuntes (punteado) de soldadura se encuentren en buen estado
5. Examen Visual Durante el Trabajo de Soldadura Determinar si están de acuerdo el proceso y método de aplicación planeados para emplearse con los procedimientos que se usan en realidad. Vigilar si los electrodos o el metal de aporte especificados son adecuado para los para los metales por soldar, y que se empleen. Verificar que sean adecuadas las instalaciones de almacenamiento, la condición de los electrodos, y para trabajos críticos; anotar los números de color de los electrodos que se usan en las uniones o construcciones soldadas específicas. Revisar el equipo de soldadura para
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verificar que esté en buenas condiciones de trabajo. Este examen debe comprender las pinzas, soportes, localizadores, etc.
6. Comprobar que esté usando la corriente polaridad adecuadas para la soldadura. Verificar que se sigan los requisitos de precalentamiento antes de que se vaya a soldar. Esto implica el revisar las temperaturas del metal base y determinar que esas temperaturas sean profundas y no solamente superficiales. El tiempo de precalentamiento puede ayudar a lograr el calentamiento completo. Las temperaturas de precalentamiento se pueden comprobar dispositivos indicadores de temperatura.
7. Identificar a todos los soldadores asignados a la construcción soldada en particular, o a la unión en cuestión. Su nivel de calificación debe estar de acuerdo con los requisitos del trabajo. Deben revisarse las actas de calificación para determinar si están en orden y no han expirado. Observar a los soldadores cuando sueldan. Esto tiene un efecto muy asombroso, sobre los soldadores, especialmente cuando saben que sus soldaduras están siendo vigiladas al momento de hacerlas. Si un soldador parece no tener habilidad necesaria para el trabajo en cuestión, el inspector puede, consultando con el supervisor, pedirle que haga las pruebas de recalificación. Este requisito no siempre está en los códigos, pero es práctica común para trabajos de alta calidad .
8. Determinar si mantienen las temperaturas entre pasos durante las operaciones de soldadura. Si se detienen dichas operaciones se deben alcanzar las temperaturas entre pasos antes de reanudar las labores. También hay que decidir si se hace la limpieza mediante cincelado, esmerilado, etc., de acuerdo con los requisitos del procedimiento o la especificación así como las prácticas más adecuadas.
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9. El inspector debe documentar todo trabajo de reparación, por qué se necesitó, la extensión del trabajo y como se hizo. Esto se debe anotar en un cuaderno de inspección, o en las formas pertinentes de informe, según se pida. El inspector determinará que todo tipo de tratamiento térmico posterior se haga de acuerdo con el procedimiento u otros requisitos. Finalmente, el inspector debe comprobar cualquier actividad para corregir combados, como por ejemplo, uso de prensa, doblez térmico etc., que pudiera haberse empleado. También es necesario que se anote este tipo de actividades en el cuaderno de inspección.
10. Examen Visual de la Construcción Después de Terminar de Soldar Se espera que el inspector determine que la construcción soldada se apegue a los dibujos y especificaciones, según los cuales se diseño y construyó. Esto incluye muchos puntos con respecto a la construcción soldada; pero con respecto a las soldaduras es más importante. Todas las soldaduras deben ser del tamaño que se especificó.
11. Es importante revisar el tamaño de la soldadura de todas las uniones. Esto no es tan difícil como parece. El tamaño de los chaflanes se puede medir con facilidad mediante calibradores de soldadura.
12. Tamaño de las soldaduras de chaflán
13. Calibrador de soldaduras de la marina de E.E.U.U.
14. Calibrador inglés para soldaduras
15. Todas las soldaduras deben inspeccionarse para determinar que no tengan ninguno de los defectos que se enumeran a continuación: Fracturas superficiales Fracturas en cráter Superficie porosa Penetración incompleta
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en la raíz Socavado Llenado incompleto de la cara, bisel o chaflán (concavidad) Llenado incompleto de la raíz (rechupado) Refuerzo excesivo de la cara, surco o chaflán (convexidad) Refuerzo excesivo de la raíz (goteo) Traslape Desalineamiento Golpes de arco Demasiada salpicadura
16. Fracturas superficiales
17. Fracturas en cráter
18. Superficie porosa
19. Penetración incompleta en la raíz
20. Socavado
21. Llenado incompleto de la cara, bisel o chaflán (concavidad)
22. Llenado incompleto de la raíz (rechupado)
23. Refuerzo excesivo de la raíz (goteo)
24. Des alineamiento
25. Examen con Penetrante
26. Líquidos penetrantes
27. Secuencia de la aplicación
28. Indicación del penetrante
29. Examen con Partículas Magnéticas
30. Examen Radiográfico
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31. VENTAJAS: Pueda usarse en materiales metálicos y no metálicos, ferrosos y no ferrosos. Proporciona un registro permanente de la condición interna de un material. Es más fácil poder identificar el tipo de discontinuidad que se detecta. Revela discontinuidades estructurales y errores de ensamble.
32. LIMITACIONES: Difícil de aplicar en piezas de geometría compleja o zonas poco accesibles. La pieza o zona debe tener acceso en dos lados opuestos. No detecta discontinuidades de tipo laminar. Se requiere observar medidas de seguridad para la protección contra la radiación.
33. CARACTERÍSTICAS DE LOS RAYOS X Cumplen con la ecuación: V = l F Son ondas electromagnéticas. No tienen carga eléctrica ni masa. Viajan en línea recta. Penetran la materia y el poder de penetración depende de la energía . Ioniza la materia. El material radiado queda con una fluorescencia de tipo no permanente Son invisibles. Destruyen las células vivas.
34. Preparación para tomar la radiografía
35. Examen de una radiografía
36. Examen ultrasónico
37. El ultrasonido es una vibración mecánica con un rango mayor al audible por el oído humano que se transmite a través de un medio físico y es orientado, registrado y medido en Hertz con ayuda de un aparato creado para ese fin. Rangos de sonido: Infrasónica = 1 – 16 Hz Sónica o audible = 16 Hz a 20 KHz Ultrasónica = 20 KHz en adelante Para la prueba de ultrasonido en materiales metálicos es de 0.2 a 25 MHz.
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38. Aplicación Detección y caracterización de discontinuidades. Medición de espesores, extensión y grado de corrosión.
39. Ventajas La prueba se efectúa más rápidamente obteniendo resultados inmediatos. Se tiene mayor exactitud al determinar la posición de las discontinuidades internas; estimando sus dimensiones, orientación y naturaleza. Alta sensibilidad para detectar discontinuidades pequeñas. Alta capacidad de penetración, lo que permite localizar discontinuidades a gran profundidad del material. Buena resolución que permite diferenciar dos discontinuidades próximas entre sí. Solo requiere acceso por un lado del objeto a inspeccionar. No requiere de condiciones especiales de seguridad.
40. Limitaciones Baja velocidad de inspección cuando se emplean métodos manuales. Requiere de personal con una buena preparación técnica y gran experiencia. Dificultad para inspeccionar piezas con geometría compleja, espesores muy delgados o de configuración irregular. Dificultad para detectar o evaluar discontinuidades cercanas a la superficie sobre la que se introduce el ultrasonido. Requiere de patrones de calibración y referencia. Es afectado por la estructura del material. ( tamaño de grano, tipo de material ). Alto costo del equipo. Se requiere de agente acoplante.
41. Oscilograma
42. DISCONTINUIDAD UBICADA A DIFERENTE PROFUNDIDAD
43. DISCONTINUIDAD DE DIFERENTE TAMAÑO LOCALIZADA A UNA MISMA PROFUNDIDAD
44. Examen ultrasónico de una soldadura
45. Inspección ultrasónica utilizada a 45º
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CONCLUSIÓN El proceso de soldadura fuerte es un medio efectivo de crear uniones resistentes, dúctiles, conductoras tantas térmicas como eléctricamente, además de ofrecer gran resistencia a las fugas siempre y cuando se conozcan y se aplique adecuadamente los fundamentos del proceso. La soldadura es la forma más económica de unir componentes. Los métodos alternativos requieren las alteraciones más complejas de las formas (Ej. Taladrado de orificios y adición de sujetadores: remaches y tuercas). El ensamble mecánico es más pesado que la soldadura. La soldadura no se limita al ambiente de fábrica, se puede realizar en el campo. Además de las ventajas indicadas, tiene también desventajas: La mayoría de las operaciones de soldadura se hacen manualmente, lo cual implica alto costo de mano de obra. Hay soldaduras especiales y la realizan personas muy calificadas. La soldadura implica el uso de energía y es peligroso. Por ser una unión permanente, no permite un desensamble adecuado. En los casos cuando es necesario mantenimiento en un producto no debe utilizarse la soldadura como método de ensamble. La unión soldada puede tener defectos de calidad que son difíciles de detectar. Estos defectos reducen la resistencia de la unión.
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