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Soldadura
ÍNDICE
Reseña histórica Tecnologías de unión Clasificación de los procesos de soldeo Soldeo fuerte blando Soldeo por fusión Soldadura oxiacetilénica Soldadura por arco eléctrico Soldadura por electrodo Electrodo Atmósfera protegida Electrodo revestido Electrodo bajo el agua Bajo gas protector con electrodo consumible GMAW Bajo gas activo MAG Bajo gas inerte MIG MIG-Brazing
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TIG
Soldadura Laser Soldeo en estado sólido Forja Soldadura por resistencia eléctrica (ERW) A frecuencia estandar Por puntos Por doble punto Por empuje (simple punto) Por resaltes o protuberancia protuberanciass Por roldanas A tope Por chispa Alta frecuencia Soldadura por fricción Imperfecciones de las uniones Inspección de uniones soldadas Riesgos laborales y prevención Bibliografía
RESEÑA HISTÓRICA
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Aunque los metales han sido utilizados durante miles de años, nadie está seguro de como se obtuvo el primer metal útil. Pudo ser a partir de restos de meteoritos o, más probablemente, al calentar inadvertidamente minerales que contenían cobre, obteniéndose una masa de cobre impuro que fácilmente podía conformarse. Independientemente de su origen, la antigüedad del empleo de los metales ha sido confirmada por los descubrimientos de diferentes piezas de bronce. Hachas, puntas de lanza y ornamentos han sido extraídos de antiguos emplazamientos humanos y los arqueólogos han podido demostrar que fueron fabricados y utilizados durante el período que se conoce como Edad de Bronce. El empleo que pudieron dar al metal descubierto, estuvo limitado por el hecho de que la tecnología entonces disponible no ofrecía técnicas capaces de producir grandes piezas totalmente de bronce. Esto no fue un gran problema para el caso de hachas o dardos, utensilios a los que pudieron acoplar como mango, por diferentes métodos, un material de buena tenacidad como la madera, pero el problema de conseguir uniones aceptables metal a metal quedó sin resolver. Independientemente del desarrollo de las técnicas de soldeo, la incapacidad de unir pequeñas piezas metálicas entre sí para conseguir otras de mayor tamaño, o más complejas de forma, no fue solucionada definitivamente hasta el siglo pasado. Fue la revolución industrial la que incentivó la introducción a escala comercial de las técnicas de remachado, soldeo fuerte y blando, soldeo por fusión, etc. El soldeo por llama se desarrolló cuando fueron posibles el abastecimiento a escala industrial de oxígeno, hidrógeno y acetileno a precios accesibles, se inventaron
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los sopletes adecuados y se desarrollaron las técnicas de almacenamiento de dichos gases. En el año 1916 el soldeo oxiacetilénico era ya un proceso completamente desarrollado capaz de producir soldaduras por fusión de calidad en chapas finas de acero, aluminio y cobre desoxidado, existiendo sólo ligeras diferencias con los procesos utilizados en la actualidad. El arco eléctrico fue descubierto por Sir Humphrey Davy en 1.801, sin embargo el descubrimiento permaneció durante muchos años como una mera curiosidad científica. Los primeros electrodos utilizados fueron alambres desnudos de hierro que producían soldaduras débiles y frágiles. El arco, a menudo, sobrecalentaba el metal de aportación y se fragilizaba el cordón de soldadura por reacción con el aire. Para evitar estas dificultades se desarrollaron electrodos ligeramente recubiertos con diferentes materiales orgánicos e inorgánicos, no obstante, éstos estuvieron dirigidos más a establecer y estabilizar el arco que a conseguir la protección y purificación del cordón. No fue hasta 1.912 que Strohmenger patentó en U.S.A. un electrodo fuertemente recubierto, capaz de producir a escala industrial soldaduras con buenas propiedades mecánicas. Estos primeros electrodos revestidos fueron aceptados lentamente por su elevado coste. A partir de 1.930 las aplicaciones del soldeo por arco crecieron rápidamente. En este año se construye en Carolina del Sur un barco mercante totalmente soldado, que fue el precursor de los miles de barcos soldados construidos durante la Segunda Guerra Mundial. En la misma época los alemanes construyeron los acorazados de bolsillo
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utilizando el soldeo por arco, tres de los cuales fueron botados entre los años 1.931 y 1.934.
Sobre 1.935 se introduce el empleo de la corriente alterna, que frente a las ventajas que ofrecía presentaba el inconveniente de producir un arco inestable, problema que se solucionó desarrollando revestimientos que se ionizan con mayor facilidad. En 1.932 se empezó a utilizar como protección un fundente granulado que se depositaba progresivamente por delante del electrodo. El calor del arco fundía y descomponía el fundente produciendo la escoria y atmósfera protectora necesarias. El empleo del fundente granular y alambre continuo como electrodo, dio lugar en 1.935 al nacimiento del proceso denominado “arco sumergido”, cuyas principales aplicaciones fueron en construcción naval y en la fabricación de tubería. El primer proceso con protección gaseosa empleó u electrodo no consumible de volframio y helio como gas de protección, recibió la denominación de TIG. El proceso todavía se mejoró cuando se introdujo el empleo de la corriente alterna, a la que se superpone una corriente de alta frecuencia y voltaje para mejorar la estabilidad del arco. El TIG, que resolvió el problema del soldeo de los metales muy reactivos, no se reveló útil a la hora de soldar secciones gruesas o aleaciones altamente conductoras del calor. Para salvar este inconveniente, en 1.948 el electrodo de volframio se sustituyó por un alambre continuo consumible, dando lugar a un nuevo proceso de soldeo por arco que se denominó MIG.
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El elevado precio de los gases de protección, argón y helio, hizo que para el soldeo del acero éstos se sustituyeran por un mezcla más económica formada por el gas inerte, oxígeno y anhídrido carbónico, el cual se descompone y reacciona durante el soldeo produciendo arcos más estables y más energéticos. Este nuevo proceso recibió el nombre de MAG´y , por su bajo coste, fue rápidamente adoptado en la industria del automóvil y en todas aquellas en las que las exigencias de calidad no fueran excesivamente críticas. El soldeo con electrodo revestido no pudo, en principio, ser mecanizado debido a que el electrodo no podías enrollarse en una bobina para ser alimentado continuamente, su recubrimiento se agrietaba y desprendía. El problema se resolvío en 1.958 cuando se desarrolló el “alambre tubular”. Consiste este alambre/electrodo en una varilla metálica hueca en cuyo núcleo se aloja el fundente, que ofrece la ventaja de ser fácilmente enrollable en una bobina y empleada en equipos con alimentación automática. Este tipo de electrodo es utilizable con y sin gas de protección. En la actualidad los desarrollos tecnológicos se centran en la aplicación de la microelectrónica microelectrónica y de la informática, para un mejor control del arco y de los parámetros de soldeo. Más que la aparición de nuevos procesos, se está consiguiendo la ampliación del campo de aplicación de los ya existentes a nuevos materiales no metálicos y a aleaciones metálicas hasta ahora difícilmente soldables, sin olvidar la mecanización, automatización, robotización y control de los procesos mediante ensayos no destructivos destructivos y registro de los parámetros en tiempo real.
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TECNOLOGÍAS DE UNIÓN
El soldeo es el proceso de unión por el que se establece la continuidad entre las partes a unir con o sin calentamiento, con o sin aplicación de presión y con o sin aportación de material. Se denominará metal base al material que va a ser sometido a cualquier operación de soldeo o corte y metal de aportación al material que se aporta en cualquier operación o proceso de soldeo. La distinción entre los términos soldeo y soldadura es la siguiente: -
Soldeo: se aplica a la serie de acciones conducentes a obtener uniones soldadas o soldaduras, de otra forma se hablará de soldadura.
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Soldadura: cuando nos referimos a la unión obtenida como resultado de diferentes acciones de soldeo tales como procesos de soldeo, parámetros de soldeo, equipos, etc.
Una soldadura puede ser homogénea o heterogénea :
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Soldadura homogénea : se puede citar la obtenida al realizar el soldeo de dos piezas de acero de composición similar sin utilizar metal de aporte, o utilizando un metal de aporte de la misma naturaleza que la de las piezas a unir.
-
Soldadura heterogénea se puede citar la obtenida al realizar el soldeo de dos piezas de fundición utilizando como metal de aporte una aleación de níquel, o bien realizar el soldeo entre dos piezas de distinto material utilizando como aporte otro material diferente.
La unión por soldeo es la única que permite conseguir la continuidad en un mismo plano, facilitándose la transmisión de tensiones entre las piezas unidas. Un inconveniente de la unión soldada es que es más rígida que la atornillada y que la remachada.
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CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE SOLDEO
· Soldeo por fusión. · Soldeo en estado sólido. · Soldeo fuerte y blando .
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Procesos de soldeo por fusión Son aquellos en los que siempre se produce la fusión del metal base y la del de aportación cuando éste se emplea. Es decir, siempre existe una fase líquida formada sólo por metal base, o por metal base y de aportación.
Procesos de soldeo en estado sólido Son aquellos en los que nunca se produce la fusión del metal base, ni la del de aportación cuando éste se emplea. Es decir , nunca existe una fase líquida .
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Procesos de soldeo fuerte y blando Son aquellos en los que siempre se produce la fusión del metal de aportación, pero no la del metal base. Es decir, siempre existe una fase líquida formada sólo por
metal de aportación. La diferencia entre soleo fuerte y soldeo blando reside en que en el soldeo fuerte el metal de aportación funde por encima de 450ºC, mientras que en el soldeo blando el material de aportación funde a 450ºC o a temperaturas inferiores.
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SOLDEO FUERTE Y BLANDO
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PRINCIPIOS DE LOS PROCESOS
Descripción
El soldeo fuerte y el soldeo blando consisten en realizar uniones en las que el material de aportación tiene menor punto de fusión (y distintas características químicofísicas) que el material base, realizándose la unión soldada sin fusión del metal base y mediante la fusión del material de aportación que se distribuye entre las superficies de la unión, muy próximas entre sí, por acción capilar. El soldeo fuerte se distingue del soldeo blando por la temperatura de fusión del metal de aporte. El soldeo fuerte utiliza aportaciones con punto de fusión por encima de 450ºC y el soldeo blando por debajo de dicha temperatura.
Diferencias existentes entre el soldeo fuerte y blando y el soldeo por fusión:
Soldeo fuerte y blando
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El metal base no se funde. Se utilizan fundentes para proteger y mejorar el mojado de los metales base. El calor se suministra mediante resistencia, horno, inducción o soplete. Se produce una unión sin deformación. Las tensiones residuales, cuando se producen, son muy pequeñas. El metal de aportación debe mojar el metal base y distribuirse por capilaridad.
Soldeo por fusión
El metal base funde. Se pueden utilizar fundentes para proteger y mejorar la adhesión. El calor se suministra por láser, haz de electrones, arco eléctrico, resistencia. resistencia. Se pueden producir grandes deformaciones en los metales base. Se producen tensiones residuales. El metal base y el de aportación se funden consiguiéndose la unión tras su solidificación conjuntamente.
Aplicaciones, ventajas y limitaciones
Aplicaciones
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El soldeo fuerte y el soldeo blando tienen gran cantidad de aplicaciones, desde la fabricación de juguetes hasta motores de aviones y vehículos espaciales. En general, se utiliza para la unión de piezas de pequeño tamaño, piezas de diferentes materiales, donde sería muy difícil utilizar un proceso de soldeo por fusión, y piezas de diseño complicado que se pueden fabricar mediante soldeo fuerte ahorrando el coste elevado de una pieza moldeada. El soldeo fuerte se utiliza para soldeo de plaquitas de corte en las herramientas, en diferentes partes de intercambiadores de calor, muchos componentes de automóviles, bicicletas, depósitos de aceite, instrumentos, paneles tipo sandwich con lámina intermedia en panal de abeja, uniones de materiales cerámicos a metálicos y piezas para vehículos espaciales. El soldeo blando se utiliza en componentes electrónicos, como circuitos impresos o transistores, piezas ornamentales y piezas de intercambiadores de calor.
Ventajas
•
Se pueden conservar los recubrimientos y plaqueados de los materiales base.
•
Facilidad para obtener uniones sanas entre materiales diferentes, incluso entre materiales metálicos y no metálicos (como no se funden los metales base, no tiene importancia la diferencia existente entre sus temperaturas de fusión o sus características) o entre materiales de diferente espesor. Se pueden obtener uniones entre cobre y acero mediante soldeo fuerte con la misma facilidad con que se sueldan por fusión dos piezas de acero. Sólo se
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requiere seleccionar un metal de aportación compatible con el cobre y el acero. •
Se pueden obtener soldaduras en piezas de precisión.
•
Con algunos procesos se pueden realizar soldaduras en muchas piezas al mismo tiempo, por lo que resulta muy económico.
•
Sólo se requieren bajas temperaturas, con el ahorro energético que ello conlleva.
•
La apariencia de la soldadura es muy buena.
•
En general, la habilidad necesaria para realizar soldaduras fuertes o blandas es más fácil de adquirir que la requerida para realizar soldaduras por fusión, ya que la soldadura fuerte o blanda casi se realiza por sí sola distribuyéndose por capilaridad con gran facilidad.
•
Es un proceso fácilmente automatizable.
Limitaciones
La resistencia mecánica y la continuidad de las piezas obtenidas por soldeo fuerte no es comparable con la obtenida con soldeo por fusión. El diseño de las piezas, y en algunos casos su preparación, puede resultar más complicado y costoso. Resulta difícil o costosa su aplicación en el caso de piezas grandes.
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METAL DE APORTACIÓN
Metal de aportación es el metal que se añade cuando se realiza el soldeo fuerte o soldeo blando. Las características que debe cumplir el metal de aportación son: •
Capacidad de mojar al metal base.
•
Apropiada temperatura de fusión (inferior a la del metal base) y buena fluidez para permitir su distribución, por atracción capilar en las uniones.
•
Ser capaz de producir una unión soldada que cumpla los requisitos de resistencia mecánica mecánica y a la corrosión en estado normal de servicio.
Se utilizará cada metal de aportación para un rango de temperaturas determinado, el rango de temperaturas depende de su composición química y está limitado, inferiormente, por su temperatura de fusión. El metal de aportación debe interaccionar con el metal base con el que se va a utilizar. Sin embargo no debe formar ningún compuesto que disminuya de resistencia de la unión, por esta razón la elección de un metal de aportación para cada metal base debe ser cuidadosa. Los materiales de aportación se clasifican y se denominan por el metal o metales principales en su aleación. Sin embargo, todos los metales de aportación de cada grupo están constituidos por varios metales, por ejemplo: los metales de aporte del grupo plata suelen ser aleaciones de plata, cobre, cadmio, cinc...
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(1) Estas temeraturas son una media aproximada entre las temperaturas de soldeo de todos los materiales de aporte del grupo.
Cada material de aporte tiene su temperatura de soldeo:
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Metales de aportación para soldeo blando
Estaño-plomo: Es el metal de aportación más común. Estaño-antimonio-plomo: Se adiciona antimonio porque mejora las propiedades
mecánicas del material de aportación. Estaño-antimonio: Se utiliza donde es necesario evitar la contaminación por
plomo. Estaño-plata: Se utiliza en instrumentos de trabajo delicados. Estaño-cinc: Se utiliza para soldar aluminio. Plomo-plata: Mejora la capacidad de mojado del plomo cuando éste es
empleado en el soldeo blando de acero, fundición o cobre. Cadmio-plata: Se emplea en la unión de cobre y también, aunque menos, en la
soldadura aluminio-aluminio. aluminio-aluminio. Cadmio-cinc: Se emplea en la unión de aluminio. Cinc-cadmio: Se emplea en la unión de aluminio.
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Método de aplicación del metal de aportación
El metal de aportación puede aplicarse manualmente durante el soldeo en el lugar de la unión, o puede ser presituado antes del trabajo. Existen unas formas estándar de metales de aporte como pueden ser varillas, rollos de alambre, polvos, láminas, arandelas... Dependiendo del diseño de la unión, método de calentamiento y nivel de automatización se podrá utilizar una u otra. Cuando se habla de producción masiva, el metal de aportación debe presituarse. Esta presituación del metal de aportación asegura una cantidad uniforme de metal de aportación en cada unión. Si en una misma pieza se deben realizar varias uniones, primero se efectuará el soldeo fuerte que utilice metal de aportación con mayor temperatura de fusión, la última
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operación de soldeo fuerte será aquella que utiliza el material de aportación con menor temperatura de fusión. Esta práctica del soldeo fuerte se denomina “soldeo fuerte por pasos”. Cuando el soldeo se realiza con el fin de cerrar algún recipiente, durante el soldeo el recipiente debe estar abierto, para que los gases que se produzcan puedan salir y no creen ninguna sobrepresión.
FUNDENTES
El fundente tiene un papel primordial en el soldeo fuerte y blando.
Sus funciones principales son:
*Aislar el contacto del aire.
*Disolver y eliminar los óxidos que puedan formarse.
*Favorecer el “mojado”del metal base por el metal de aportación fundido, consiguiendo que el metal de aportación pueda fluir y se distribuya en la unión
Se deposita el fundente sobre el metal base y se calienta hasta que se funde y limpia la superficie de oxido, que queda protegida contra la oxidación por el fundente
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liquido Entonces, en un punto de la unión se funde la varilla de aportación que desplaza al fundente fundido, porque la atracción entre el metal base y el metal de aportación es varias veces superior a la del fundente y el metal base, el metal se distribuye entre los metales base por capilaridad y, de esta forma , se produce la unión del metal de aportación con el material base a solidificar el metal de aportación.
Cada fundente tiene un rango de temperaturas recomendado(temperaturas de actividad) que deberá incluir la temperatura de soldeo del metal de aportación que se utilice.
Los fundentes son mezclas de muchos compuestos químicos. Entre los que se pueden citar están los boratos, fluoruros, bórax, ácido bórico, y los agentes mojantes. mojantes.
Los fundentes se suelen suministrar en forma de polvo, pasta o liquido. El fundente en polvo puede aplicarse en seco, o disolverse en agua o alcohol con lo que se mejora su adherencia. El tipo de fundente más conocido es el fundente en pasta, el liquido es el menos utilizado.
El fundente debe aplicarse después de la limpieza de las piezas mediante brocha, espolvoreado en caso de polvo, o sumergida la pieza cuando es liquido. Si se calienta el fundente a 50-60ºC se mejora el mojado.
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El fundente indica cuando se ha alcanzado la temperatura de soldeo del metal base y hay que aplicar el metal de aportación, en muchos casos el fundente cuando se funde, se vuelve transparente, indicando que ha llegado el momento de aplicar el metal de aportación.
Una vez finalizado los procesos de soldeo fuerte o soldeo blando, los residuos deben eliminarse para evitar la corrosión de las piezas.
Como la mayoría de los fundentes utilizados se disuelven en agua, el método más fácil para retirar el fundente es mediante agua caliente(50ºC),la caliente(50º C),la limpieza se facilita si se sumerge la pieza en agua cundo todavía esta caliente y se este seguro que el metal de aportación ha solidificado completamente. También se puede cepillar o eliminar mecánicamente y mediante ultrasonidos. ultrasonidos .
Cuando se ha utilizado poca cantidad de fundente, o se han sobrecalentado las piezas, el fundente queda sobresaturado con óxidos, volviéndose generalmente de color verde negro, siendo difícil retirarlo. En este caso será necesario sumergir la pieza en un ácido que actuará como decapante.
Una vez retirado el fundente se puede aplicar un tratamiento de decapado, para eliminar los óxidos que se hayan podido formar durante el soldeo en las zonas no protegidas por el fundente.
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ATMOSFERAS CONTROLADAS
Las atmósferas controladas se emplean para prevenir la formación de óxidos durante el soldeo fuerte soldeo blando y en muchos casos, reducir la presencia de óxidos, para que el metal de aportación pueda mojar y fluir mejor sobre el metal base limpio.
El empleo mayoritario de atmósferas controladas es en hornos, aunque también se utilizan en el soldeo por inducción y por resistencia. Cuando se utiliza atmósfera controlada se suele prescindir de la limpieza postsoldeo, aunque si se emplea fundentes será necesario realizar r ealizar limpieza postsoldeo.
En uniones de alta calidad es siempre aconsejable la realización de la unión en atmósfera controlada, ya que de esta forma se asegura la eliminación de óxidos en el proceso
Se suelen emplear atmósferas de dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrogeno y nitrógeno. Hay que tomar siempre precauciones en el empleo de ciertos gases bien por ser tóxicos (CO,CO2), explosivos (H) o cualquier otro que pueda ser dañino para el operario.
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También se emplean atmósferas de gases inertes en el soldeo de metales como el titanio, acero inoxidable o circonio, incrementándose día a día la utilización del vacío para cualquier metal.
DISEÑO DE LA UNION
La unión realizada por soldeo fuerte o blando típica tiene un área de contacto entre materiales base relativamente grande, con una separación
entre ellos muy
pequeña
Los tipos básicos utilizados son:
*A solape; son las que proporcionan más resistencia en la unión, presenta la desventaja de incrementar el espesor de la unión
*A tope; no tiene, ni con mucho, la resistencia de la unión a solape y se emplea cuando las condiciones de servicio no son muy severas.
*Con chaflán inclinado o escarpado; es una mezcla de las dos anteriores, sus propiedades son intermedias. Presenta la desventaja en cuanto a preparación y alineación.
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PREPARACION DE LAS PIEZAS ANTES DE SU SOLDEO
Limpieza
La limpieza y consecución de superficies libres de óxidos es un imperativo para asegurar la unión sana y de calidad.
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La uniformidad en la atracción capilar se obtiene solo cuando la grasa, aceite y suciedad han sido eliminadas tanto del metal base como del metal de aportación. Algunos delos fundentes empleados tienen propiedades limpiadoras, pero no es esta su función sino la eliminación de óxidos. Es recomendable que el soldeo fuerte o blando se realice tan pronto como sea posible una vez que el material haya sido limpiado.
Los métodos de limpieza se suelen dividir en dos categorías químicos y mecánicos, en los químicos se utilizan disolventes, ácidos o detergentes y entre los mecánicos se emplean el esmerilado, limado, cepillado....Se utiliza también la limpieza por ultrasonidos sumergiendo la pieza en un liquido limpiador. También se puede realizar la limpieza por proyección de gases, líquidos o sólidos, el material que se proyecte debe estar limpio y no debe dejar ningún depósito sobre el material a limpiar ni dañar la superficie.
Recubrimiento de superficie
Algunas veces se realiza un recubrimiento de las superficies de las piezas con un material que tenga mejores aptitudes para el soldeo blando que el metal base. Las principales ventajas del recubrimientos son dos: el soldeo es más rápido y uniforme y se evita el empleo de fundentes ácidos fuertes. Este procedimiento es muy empleado en aquellos materiales que tienen una película de oxido que se retira con dificultad, como aluminio, bronces de aluminio o aceros muy aleados
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TIPOS DE PROCESOS DE SOLDEO FUERTE Y SOLDEO BLANDO
* Soldeo fuerte y soldeo blando con soplete.
* Soldeo fuerte y soldeo blando en horno.
* Soldeo fuerte y soldeo blando por inducción.
* Soldeo fuerte y soldeo blando por resistencia.
* Soldeo fuerte y soldeo blando por inmersión.
* Soldeo fuerte fuerte y soldeo blando blando por infrarrojos. infrarrojos.
* Soldeo fuerte y soldeo blando de cobre.
Soldeo por fusión
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Soldadura Oxiacetilénica
Se realiza llevando hasta la fusión los bordes de las piezas a soldar, por medio de la llama que se produce en la combustión del acetileno, mezclado con el oxígeno. Ambos gases se dosifican y se mezclan en un soldador, a cuya salida se inflaman para producir la llama oxiacetilénica.
Mediante este tipo de soldadura, se pueden soldar distintos tipos de materiales como el acero, cobre, latón, aluminio, magnesio, fundiciones y sus respectivas aleaciones.
Equipo necesario
El equipo portátil moderno de soldadura oxiacetilénica está formado por:
•
Botella de acetileno.
•
Botella de oxígeno
•
Manorreductores
•
Mangueras
•
Soplete soldador
•
Elementos de protección personal
El acetileno
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Es el gas combustible, las materias primas para su fabricación son el carburo de calcio y el agua.
El carburo de calcio es un cuerpo sólido con aspecto y dureza al de la piedra. Se fabrica combinando combinando carbono (coque) y cal en un horno eléctrico a 3000ºC . El acetileno se obtiene por reacción del carburo con el agua, el gas que se desprende es el acetileno y tiene un olor particular, que proviene de la presencia del hidrógeno fosforado. Es un gas incoloro, más ligero que el aire y altamente inflamable. Los aparatos donde tiene lugar la reacción del carburo de calcio con el agua son los generadores de acetileno (gasógenos). El acetileno es un gas muy inestable, hasta tal punto que en estado líquido se le considera como explosivo y no debe de ser comprimido a una presión superior de 1.5 bar. Las botellas de acetileno se cargan a una presión de 15 bar a 15 ºC . ¿Como conseguinos esto sin que el acetileno explote? Pues bién, para su embotellado el acetileno se disuelve en acetona e interiormente la botella está llena de una materia porosa compuesta por carbón vegetal, Kieselguhr y amianto.
El ecetileno es envasado en botellas de acero estirado sin abolladuras, la parte superior, llamada ojiva, se pinta en color marrón y lleva estampada la indicación: "acetileno disuelto".
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Las botellas de tamaño normal contienen 4 metros cúbicos de acetileno y pueden suministrar unos 1000 litos a la hora.
El oxígeno
Es un gas incoloro, inodoro e insípido y es el gas comburente, es decir, el gas que contiene la sustancia oxidante que, al reaccionar con el gas combustible provoca la combustión. Se extrae del aire o del agua. Actualmente se extrae de aire atmosférico que lo contiene en un 21%, mediante destilación fraccionada del aire líquido. El agua lo contiene en un 89% y se extrae por electrólisis. El oxígeno se comprime en botellas de paredes gruesas, se fabrican de acero estirado sin soldaduras y se prueban a presión de 235 Kg./cm 2, la presión de carga es de 150 Kg./cm2 a la temperatura de 20º C. Eixste muy poca diferencia de peso entre la botella vacía y llena, debido a que el oxígeno pesa 1.38 Kg. (que volumen) La ojiva se pinta de color blanco con las letras OX en negro. Además, tiene indicado el nombre del fabricante, su dirección, año y número de fabricación, contenido en litros de agua y presión de la primera prueba.
Los manorreductores manorreductores
Son unos dispositivos que se instalan en los grifos de las botellas de oxígeno y acetileno.
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Su objetivo es suministrar gas a presión constante, sin depender de la progresiva variación que existe en el interior de la botella a medida que se va vaciando. Está compuesto por dos manómetros, uno de alta presión donde se puede leer la presión que queda en la botella y, otro de baja presión, donde se observa la presiñon de utilización. La regulación de la presión se realiza mediante la apertura y cierre de una aguja obturadora, al automatismo de apertura y cierre está asegurado por una membrana flexible y dos muelles. A través de un tornillo de expansión se puede regular la presión de trabajo.
Proceso de reparaciñon de los manorreductores. manorreductores.
1.- Antes de instalar los manorreductores en las botellas, se debe de abrir un poco el grifo para expulsar la posible suciedad que exista en el orificio de salida, con esta operación se evita que los manoreductores se bloqueen, o que su funcionamiento no sea el correcto.
2.- Para su instalación deberemos utilizar siempre la llave adecuada, sin forzar las roscas.
3.- Conectar las mangueras a los manorreductores respetando siempre su color (azul o negra para el oxígeno, roja para el acetileno).
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4.- Abriremos los grifos de las botellas y giraremos un poco los tornillos de expansión del acetileno y del oxígeno dejando salir los gases, para limpiar las mangueras de cualquier suciedad que puedan tener en su interior.
5.- Cerraremos de nuevo el paso de los gases y conectaremos las mangueras e la entrada del soplete respetando su posición. El oxígeno colocado al lado derecho está marcado con las letras OX y rosca a derechas, el acetileno marcado con las letras AC, colocado al lado izquierdo, a diferencias que una rosca r osca convencional, convencional, este rosca a izquierdas. 6.- Una vez realizados todos los pasos, regularemos los manorreductores y comprobaremos que no existen fugas, utilizando agua jabonosa en todos los puntos de unión.
Los sopletes
Son los aparatos destinados a mezclar los gases oxígeno/acetileno para lograr su perfecta combustión.
El soplete consta de dos entradas, una para el oxígeno, marcada con las siglas OX, y otra para el acetileno, marcada con las siglas AC, con la peculiaridad de que esta, a diferencia de las demás, rosca a izquierdas. En la parte central se encuentra el dispositivo mezclador de los gases dentro del cual y por medio de unas llaves, se regula la cantidad de cada uno para formar la mezcla
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de salida. Esta mezcla fluye hasta la boquilla de salida a través de un tubo acodado llamado lanza. Existen dos tipos de sopletes, de baja presión y de alta presión. Los de baja presión eran los utilizados antiguamente por los equipos que tenían incorporados los generadores de acetileno. acetileno. Consta de dos tubos concéntricos, por el central que tenmina en forma de inyector se conduce el oxígeno, que grea una aspiración en el otro (el del acetileno) ya que si no el acetileno tendría dificultad para salir por si solo. Los de alta presión carecen de inyector y en su lugar tienen una zona denominada zona de mezcla, son los utilizados actualmente por los equipos de acetileno embotellado. Ambos modelos pueden utilizarse con el acetileno que viene embotellado, pero si se trabaja a baja presión sólo pueden ser utilizados los sopletes equipados con inyector. Como medida de seguridad se conectarán entre el soplete y las botellas unas valvulas de seguridad antirretorno, que en caso de retorno de la llama evitarán que esta se introduzca en las mangueras. Dichas valvulas constan de un tubo poroso, por el que se desplaza en su interior un émbolo que en posición de reposo obstruye el paso del gas debido a la fuerza conla que le empuja un muelle.
(Meter dibujo de valvulas de seguridad) Cuando entra la presión del gas, el émbolo se desplaza y el gas pasa a través del tubo.
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En caso de retorno de la llama, aumentará la presión en la parte del émbolo donde se encuentra el muelle, reforzando la presión de éste y cerrando el paso del gas. A la vez, al preducirse la inflamación del acetileno en el interior del soplete se producirá una gran cantidad de hollín que obstruirá el tubo poroso, y por tanto el paso del gas. Los sopletes están equipados con un juego de boquillas calibradas que se identifican por la numeración que tienen marcada, siendo de mayor diámetro las de mayor numeración. En la reparación de carrocerías se suele utilizar las boquillas del 0, 1 y2.
La llama oxiacetilénica.
La llama oxiacetilénica está formada por seis zonas diferentes:
1º Zona de mezcla. Situada en el extremo del soplete. Es la zona donde se origina la mezcla de acetileno y oxígeno.
2º Zona de dardo Situada inmediatamente después de la boquilla del soplete. Donde se mezclan los dos gases todavía sin arder, pero con temperaturas próximas y susceptibles de crear llama.
3º Zona de combustión primaria
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Es donde se inicia la combustión y donde se produce la reacción química. C2H2+O2
⇔
2CO+H2
Tiene un color amarillo muy intenso tirando a rojizo.
4º Zona reductora Donde se alcanza la mayor temperatura y que tiene un color azul. Temperatura máxima ≈ 3000ºC y 3200ºC
5º Zona de mezcla secundaria Donde el aire circundante de la llama se mezcla con los productos y residuos de la combustión. Tiene un color rojizo.
6º Penacho o zona de combustión secundaria Es una combustión producto de la mezcla que se ha producido antes. Tiene un color amarillo. Temperatura = 1200ºC
(Meter fotos del dardo de Mecanismos)
(Meter 5 hojas da varillas de aportación de mecanismos)
(Tres tipos de llama : Oxidante, etc. )
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Metales de aportación
Se denominan metales de aportación a los metales y eleaciones preparadas especialmente para ser incorporados fundidos por el soplete a la zona de soldadura (en el lenguaje de taller se les llama "alambres de soldar").
El metal de aportación se usa cuando:
Interesa rellenar y engrosar las juntas soldadas.
Interesa unir las dos piezas a soldar para compensar las pérdidas de un metal de base durante la fusión de los bordes de los mismos.
Interesa aportar a la superficie de una pieza desgastada suficiente material para restablecer las dimensiones primitivas e incluso mejorar sus cualidades superficiales, superficiales, como la resistencia resistencia a la corrosión, al desgaste etc.
Al seleccionar los metales de aportación se debe de tener en cuenta: a) El mejor metal de aportación no es el que tiene idéntica constitución que el metal base a soldar, ya que debido a las altas temperaturas de soldadura la composición del metal de aportación se altera y es preciso metal de aportación que compense dichas alteraciones.
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b) El exceso de un elemento determinado en la varilla aportadora, ha de compensar, no solo las pérdidas de éste al soldar, en la varilla, sino las pérdidas en al metal base.
c) El diámetro de la varilla de aportación se escoge de acuerdo con el tipo de soldadura que se efectúe. Este valor oscila en mm entre e/2 y e/2+1 siendo e el expesor de la pieza a soldar.
Características de los metales de aportación más empleados para soldar piezas de algunos de los metales y aleaciones importantes.
Alambres de soldar usados para soldar aceros al C dulces.
La importancia del alambre de soldar es tanto más grande cuanto mayor sea el espèsor de las chapas a soldar. Su composición es:
C
0.05 a 0.15 %
Mn
0.30 a 0.60 %
Si máximo
0.08 %
S máximo
0.03 %
P máximo
0.03 %
(seguir copiando de meceanismos)
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¿Como apagar y encender el equipo?
Para encender el soplete, se deberá abrir primero el oxígeno y despues el acetileno. En el proceso de apagado del mismo, se cerrará primero el acetileno y despues el oxígeno. El apagado se realizará de la siguiente forma:
1.- Cerrar los grifos de las botellas y dejar salir los gases abriendo las llaves de regulación del soplete, hasta que los manómetros desciendan a cero. 2.- Aflojar los tornillos de espansión de los manorreductores y cerrar las llaves de regulación del soplete.
SOLDADURA POR ARCO REVESTIDO (SMAW) Shielded Metal Arc Welding
Introducción
El sistema de soldadura por arco eléctrico es uno de los procesos por fusión para unir piezas metálicas. Mediante la aplicación de un calor intenso, el metal en la unión de dos piezas es fundido causando una mezcla de las dos partes fundidas entre sí, o en la mayoría de los casos, junto con un aporte metálico fundido. Luego del enfriamiento y solidificación del material fundido, se obtuvo mediante este sistema una
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unión mecánicamente resistente. Por lo general, la resistencia a la tensión y a la rotura del sector soldado es similar o mayor a la del metal base.
En este tipo de soldadura, el intenso calor necesario para fundir los metales es producido por un arco eléctrico. Este se forma entre las piezas a soldar y el electrodo, el cual es movido manualmente o mecánicamente a lo largo de la unión (puede darse el caso de un electrodo estacionario estacionario o fijo y que el movimiento se le imprima a las piezas a soldar). El electrodo puede ser de diversos tipos de materiales. Independientemente de ello, el propósito es trasladar la corriente en forma puntual a la zona de soldadura y mantener el arco eléctrico entre su punta y la pieza. El electrodo utilizado, según su tipo de naturaleza, puede ser consumible, fundiéndose y aportando metal de aporte a la unión. En otros casos, cuando el electrodo no se consume, el material de aporte deberá ser adicionado por adicionado por separado en forma de varilla.
En la gran mayoría de los casos en que se requiera hacer soldaduras en hierros, aceros al carbono y aceros inoxidables, son de uso común los electrodos metálicos recubiertos.
Equipo eléctrico básico para Soldadura por Arco
En la soldadura, la relación entre la tensión o voltaje aplicado y la corriente circulante es de suma importancia. Se tienen dos tensiones. Una es la tensión en vacío (sin soldar), la que normalmente está entre 70 a 80 Volt. La otra es la tensión bajo carga
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(soldando), la cual puede poseer valores entre 15 a 40 Volt. Los valores de tensión y de corriente variarán en función de la longitud del arco. A mayor distancia, menor corriente y mayor tensión, y a menor distancia, mayor corriente con tensión más reducida.
Circuito básico para soldar por arco eléctrico
El arco se produce cuando la corriente eléctrica entre los dos electrodos circula a través de una columna de gas ionizado llamado “ plasma”. La circulación de corriente se produce cumpliendo el mismo principio que en los semiconductores, produciéndose una corriente de electrones (cargas negativas) y una contracorriente de huecos (cargas positivas). El “ plasma” es una mezcla de átomos de gas neutros y excitados. En la
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columna central del “ plasma”, los electrones, iones y átomos se encuentran en un movimiento acelerado, chocando entre sí en forma constante. La parte central de la columna de “ plasma” es la más caliente, ya que el movimiento es muy intenso. La parte externa es mas fría, y está conformada por la recombinación de moléculas de gas que fueron disociadas en la parte central de la columna.
Los primeros equipos para soldadura por arco eran del tipo de corriente constante. Han sido utilizados durante mucho tiempo, y aún se utilizan para Soldadura con Metal y Arco Protegido (SMAW siglas del inglés Shielded Metal Arc Welding ), y en Soldadura de Arco de Tungsteno con Gas (GTAW siglas del inglés Gas-Tungsten Arc Welding), porque en estos procesos es muy importante tener una corriente estable.
Para lograr buenos resultados, es necesario disponer de un equipo de soldadura que posea regulación de corriente, que sea capaz de controlar la potencia y que resulte de un manejo sencillo y seguro. Podemos clasificar los equipos para soldadura por arco en tres tipos básicos:
1. Equipo de Corriente Alterna (CA).
2. Equipo de Corriente Continua (CC).
3. Equipo de Corriente Alterna y Corriente Continua combinadas.
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Ahora detallaremos uno por uno los equipos enunciados previamente.
1. Equipo de Corriente Alterna: Consisten en un transformador. Transforman la
tensión de red o de suministro (que es de 110 ó 220 Volt en líneas monofásicas, y de 380 Volt entre fases de alimentación trifásica) en una tensión menor con alta corriente. Esto se realiza internamente, a través de un bobinado primario y otro secundario devanados sobre un núcleo o reactor ferromagnético ferromagnético con entrehierro regulable.
2. Equipo de Corriente Continua: Se clasifican en dos tipos básicos: los generadores y los rectificadores. En los generadores, la corriente se produce por la
rotación de una armadura (inducido) dentro de un campo eléctrico. Esta corriente alterna trifásica inducida es captada por escobillas de carbón, rectificándola y convirtiéndola en corriente Continua. Los rectificadores son equipos que poseen un transformador y un puente rectificador de corriente a su salida.
3. Equipo de Corriente Alterna y Corriente Continua: Consisten en equipos
capaces de poder proporcionar tanto CA como CC. Estos equipos resultan útiles para realizar todo tipo de soldaduras, pero en especial para las del tipo TIG ó GTAW. Es importante en el momento de decidirse por un equipo de soldadura, tener en cuenta una serie de factores importantes para su elección. Uno de dichos factores es la corriente de salida máxima , la que estará ligada al diámetro máximo de electrodo a utilizar. Con electrodos de poco diámetro, se requerirá de menor amperaje (corriente) que con electrodos de mayor diámetro. Una vez elegido
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el diámetro máximo de electrodo, se debe tener en cuenta el Ciclo de Trabajo para el cual fue diseñado el equipo. Por ejemplo, un equipo que posee un ciclo de trabajo del 30 % nos está indicando que si se opera a máxima corriente, en un lapso de 10 minutos, el mismo trabajará en forma Continua durante 3 minutos y deberá descansar los 7 minutos restantes. En la industria, el ciclo de trabajo más habitual es de 60 %.
Esquema de un electrodo revestido en plena tarea
Ignorar el Ciclo de Trabajo , puede traer problemas de producción por excesivos tiempos muertos o bien terminar dañando el equipo por sobrecalentamiento excesivo. excesivo.
Se deberá tener en cuenta que al trabajar con bajas tensiones y muy altas corrientes, todos los posibles falsos contactos que existan en el circuito, se traducirán en calentamiento y pérdida de potencia. Para evitar dichos inconvenientes, se mencionan posibles defectos a evitar, a saber:
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1. Defectos en la conexión del cable del electrodo al equipo.
2. Sección del cable de electrodo demasiado pequeña, ocasionando sobrecalentamiento del mismo.
3. Fallos en el conductor (roturas, envejecimiento, etc.).
4. Defectos en la conexión del cable del equipo al portaelectrodo.
5. Portaelectrodo defectuoso (falso contacto).
6. Falso contacto entre el portaelectrodo y el electrodo.
7. Sobrecalentamiento del electrodo.
8. Longitud incorrecta del arco.
9. Falso contacto entre las partes o piezas a soldar.
10. Conexión defectuosa entre la pinza de tierra y la pieza a soldar.
11. Sección del cable de tierra demasiado pequeña.
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12. Mala conexión del cable de tierra con el equipo.
Una vez analizados hasta aquí los aspectos eléctricos, veremos ahora las características de los electrodos.
Medidas de los electrodos
La medida del electrodo a utilizar depende de los siguientes factores:
1. Espesor del material a soldar.
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2. Preparación de los bordes o filos de la unión a soldar.
3. La posición en que se encuentra la soldadura a efectuar (plana, vertical, horizontal, sobre la cabeza).
4. La pericia que posea el soldador.
El amperaje a utilizar para realizar la soldadura dependerá de:
1. Tamaño del electrodo seleccionado.
2. El tipo de recubrimiento que el electrodo posea.
3. El tipo de equipo de soldadura utilizado (CA; ( CA; CC directa e inversa).
Los electrodos están clasificados en base a las propiedades mecánicas del tipo de metal que conformará la soldadura (figura anterior; denominado como núcleo de alambre), del tipo de cobertura o revestimiento que posea, de la posición en que el mismo deba ser utilizado y del tipo de corriente que se le aplicará al mismo. Las especificaciones requieren que el diámetro del núcleo de alambre no deberá variar en más de 0,05 mm de su diámetro, y el recubrimiento deberá ser concéntrico con el
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diámetro del alambre central. Durante años, el sistema de identificación fue utilizar puntos de colores cerca de la zona de amarre al portaelectrodo (zona sin recubrimiento).
En la actualidad, algunas especificaciones requieren de un número clasificatorio o código, el que se imprime sobre el revestimiento la cobertura, cerca del final del electrodo.
Electrodos con identificación de colores y códigos impresos
A pesar de ello, el código de colores se encuentra aún en uso en electrodos de poco diámetro, en los que no permite imprimir códigos por no tener el espacio suficiente, o en electrodos extrudados con alta velocidad de producción. Todos los electrodos para hierro, acero al carbono y acero aleado son clasificados con un número de 4 ó de 5 dígitos , antepuestos por la letra E . Los dos primeros números indican la resistencia al estiramiento mínima del metal depositado en miles de psi (del inglés Pound per Square per Square Inch ; libra por pulgada cuadrada). El tercer dígito indica la posición
en la cual el electrodo es capaz de realizar soldaduras satisfactorias:
(1) Cubre todas las posiciones posibles.
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(2) Para posiciones Plana y Horizontal únicamente.
El último dígito indica el tipo de corriente que debe usarse y el tipo de cobertura. Todos estos datos los detallamos en la tablas siguientes, junto con estos ejemplos.
Por ejemplo, un electrodo identificado con E7018 nos está indicando una resistencia al estiramiento de 70.000 psi mínimo , capaz de poderse utilizar en todas las posiciones de soldadura con CC (corriente positiva) ó CA, teniendo una cobertura compuesta de polvo de hierro y bajo hidrógeno. En el caso de números identificatorios de cinco cifras, daremos el ejemplo de E11018, en el cual los tres primeros números indican la resistencia al estiramiento mínima, que en este caso es de 110.000 psi .
Se puede tener una terminación compuesta de una letra y un número (por ejemplo A1; B2; C3; etc.), la cual indica aproximadamente el contenido de la aleación del acero depositado mediante el proceso de soldadura. La forma de clasificar los electrodos es la norma AWS A5.1. Esta norma utiliza medidas inglesas . La norma CSA W48-1M 1980 utiliza como medidas el sistema internacional SI . Por lo tanto, la resistencia a la tracción en el sistema CSA se expresa en kiloPascales (kPa) o megaPascales (MPa) . En el caso del electrodo E7024, la resistencia a la tracción de 70.000 psi equivale a 480.000 kPa ó 480 MPa . Con la especificación CSA, el E7024 se
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expresa como E48024. En ambos casos, las características del electrodo deberán ser las mismas. La diferencia en la nomenclatura responde a distintos tipos de unidades entre las normas AWS y CSA.
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Se puede comprobar en la práctica que la cobertura del electrodo para soldadura por arco posee una gran influencia sobre los resultados obtenidos. El tercero y el cuarto dígito en una designación de electrodos de cuatro números (el cuarto y el quinto en una de cinco números) le informa al soldador experimentado sobre las características de uso.
Las funciones de la cobertura de un electrodo son las siguientes, a saber:
•
Proveer una máscara de gases de combustión que sirvan de protección al metal fundido para que no reaccione con el oxígeno y el nitrógeno del aire.
•
Proveer un pasaje de iones para conducir corriente eléctrica desde la punta del electrodo a la pieza, ayudando al mantenimiento del arco
.
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•
Proveer material fundente para la limpieza de la superficie metálica a soldar, eliminando a los óxidos en forma de escorias que serán removidas una vez terminada la soldadura.
•
Controlar el perfil de la soldadura, en especial en las soldaduras de filete o esquineras.
•
Controlar la rapidez con que el aporte del electrodo se funde. f unde.
•
Controlar las propiedades de penetración del arco eléctrico.
•
Proveer material de aporte, el cual se adiciona al que se aporta del núcleo del electrodo.
•
Adicionar materiales de aleación en caso que se requiera una composición química determinada.
Algunos de los componentes de la cobertura del electrodo que producen vapores o gases de protección bajo la acción del calor del arco eléctrico son materiales celulósicos, como algodón de celulosa o madera en polvo. Los gases producidos son dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno y vapor de agua.
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Los componentes de la cobertura que tienen por finalidad evitar los óxidos en la soldadura son el manganeso, el aluminio y el silicio.
Las coberturas son aprovechadas para incluir elementos en aleación con el material de aporte o de relleno. De hecho, el polvo de hierro es muy utilizado en las coberturas de los electrodos para soldadura por arco. Dando otro ejemplo, la cobertura de un electrodo puede ser el proveedor de metales tales como manganeso, cromo, níquel y molibdeno, los que una vez fundidos y mezclados con el alma de acero del electrodo forman una aleación durante el proceso de soldadura.
Debido a las composiciones químicas que los electrodos poseen en su superfice, pueden absorver humedad del ambiente. Por dicho motivo, es recomendable almacenar los mismos en lugares secos, libres de humedad. Igualmente, existen hornos eléctricos para el secado previo de los electrodos, para asegurarse de esta forma que las condiciones del aporte son las óptimas.
Comenzando a soldar
Antes de iniciar el arco eléctrico, se debe conocer que sucederá en la punta del electrodo. Se generará una temperatura en el orden de los 3.300 y 5.550 °C entre el electrodo y la pieza a soldar. El “flux” o fundente del revestimiento se calentará transformándose en sales fundidas y en vapor. Estas protegerán al metal fundido de la acción de la atmósfera. De allí el nombre de SMAW proveniente proveniente de las siglas en inglés,
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ya explicado al comienzo de este capítulo. El gas de protección generado evita la acción de los gases de la atmósfera sobre la soldadura, los que habitualmente causarían incorporación de hidrógeno y porosidad entre otros defectos. Una vez que el metal fundido se solidificó, la escoria también lo hará formando una cascarilla por encima de la soldadura. Esta se podrá retirar con la ayuda de un pequeño martillo con sus terminaciones en punta llamado piqueta.
Se deberá tener muy en cuenta lo siguiente. Donde se apunte o apoye la varilla de soldadura es donde irá el metal fundido. El calor junto con el metal fundido saldrán del electrodo dirigidos hacia la pieza en forma de “ spray”. Por ello, el electrodo se deberá dirigir donde se desea aportar metal, manteniendo manteniendo a su vez el arco.
La soldadura con arco protegido (SMAW) es un tipo de soldadura de uso muy común. Si bien no resulta difícil de ejecutar, requiere de mucha paciencia y práctica para poder adquirir la pericia necesaria. En una gran parte, los resultados obtenidos dependerán de la habilidad del soldador para controlar y llevar a cabo el proceso de soldadura. La calidad de una soldadura, además, dependerá de los conocimientos que este posea. La pericia solo se obtiene con la práctica. Hay seis factores importantes a tener en cuenta. Los dos primeros están relacionados con la posición y la protección del operario, y los cuatro restantes con el proceso de soldadura en sí. Los mismos están detallamos a continuación :
•
Posición correcta para ejecutar la soldadura.
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•
Protección facial (se debe usar máscara o casco).
•
Longitud del arco eléctrico.
•
Angulo del electrodo respecto a la pieza.
•
Velocidad de avance.
•
Corriente eléctrica aplicada (amperaje).
Cuando se menciona que el soldador esté en la posición correcta , nos referimos a que se deberá estar en una posición estable y cómoda, preferentemente de pie y con libertad de movimientos. La metodología indica que los pasos correctos a seguir a manera de práctica son los siguientes:
1. Colocar el electrodo en el portaelectrodo. 2. Tomar el mango portaelectrodo con la mano derecha en una posición cómoda. 3. Sujetarse la muñeca derecha con la mano izquierda. 4. Apoyar el codo izquierdo sobre el banco de soldadura. 5. Alinear el electrodo con el metal a soldar. 6. Usar el codo izquierdo como pivote y practicar el movimiento del electrodo a lo largo de la unión a soldar .
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Posición del soldador en el banco de trabajo
Cuando se menciona que el soldador deberá tener protección facial, nos referimos al uso de máscara o casco con lentes protectores. El mismo deberá cubrir perfectamente la cara y los ojos. Existen infinidad de modelos, sin embargo, para poder disponer de las dos manos en el proceso de soldadura, resultan ideales los cascos abisagrados, los que pueden colocarse en su posición baja con un ligero cabeceo, lo que permite no alterar la posición del electrodo (de las manos) ante la pieza, previo al inicio de la soldadura.
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Máscara para soldar
Ahora definiremos los cuatro factores impotantes que dijimos antes:
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•
Longitud del arco eléctrico: es la distancia entre la punta del electrodo y la pieza
de metal a soldar. Se deberá mantener una distancia correcta y lo mas constante posible.
•
Angulo del electrodo respecto a la pieza: El electrodo se deberá mantener en un
ángulo determinado respecto al plano de la soldadura. Este ángulo quedará definido según el tipo de costura a realizar, por las características del electrodo y por el tipo de material a soldar.
•
Velocidad de avance: Para obtener una costura pareja, se deberá procurar una
velocidad de avance constante y correcta. Si la velocidad es excesiva, la costura quedará muy débil, y si es muy lenta, se cargará demasiado material de aporte.
•
Corriente eléctrica: Este factor es un indicador directo de la temperatura que se
producirá en el arco eléctrico. A mayor corriente, mayor temperatura. Si no es aplicada la corriente apropiada, se trabajará fuera de temperatura. Si no se alcanza la temperatura ideal (por debajo), el aspecto de la costura puede ser bueno pero con falta de penetración. En cambio, si se trabaja con una corriente demasiado elevada, provocará una temperatura superior a la óptima de trabajo, produciendo una costura deficiente con porosidad, grietas y salpicaduras de metal fundido.
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Para formar el arco eléctrico entre la punta del electrodo y la pieza se utilizan dos métodos, el de raspado o rayado y el de golpeado. El de rayado consiste en raspar el electrodo contra la pieza metálica ya conectada al potencial eléctrico del equipo de soldadura (pinza de tierra conectada). El método de golpeado es, como lo indica su denominación, dar golpes suaves con la punta del electrodo sobre la pieza en sentido vertical. En ambos casos, se formará el arco cuando al bajar el electrodo contra la pieza, se produzca un destello lumínico. Una vez conseguido el arco, deberá alejarse el electrodo de la pieza unos 6 mm para así poder mantenerlo. Luego disminuir la distancia a 3 mm (distancia correcta para soldar) y realizar la soldadura. Si el electrodo no se aleja lo suficiente, se fundirá con la pieza, quedando pegado a ella. Ahora explicaremos como realizar costuras, ya que resultan básicas e imprescindibles en la mayor parte de las operaciones de soldadura. Los pasos a seguir son los siguientes:
1. Ubicar firmemente las piezas a soldar en la posición correcta. 2. Tener a mano varios electrodos para soldar. Colocar uno en
el
portaelectrodo. 3. Colocarse la ropa y el equipo de protección. 4. Regular el amperaje correcto en el equipo de soldadura y encenderlo. 5. Ubicarse en la posición de soldadura correcta e inicie el arco.
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6. Mover el electrodo en una dirección manteniendo el ángulo y la distancia a la pieza. 7. Se notará que conforme avance la soldadura, el electrodo se irá consumiendo, acortándose su longitud. Para compensarlo, se deberá ir bajando en forma paulatina la mano que sostenga el portaelectrodo, manteniendo la distancia a la pieza. 8. Tratar de mantener una velocidad de traslación uniforme. Si se avanza muy rápido, se tendrá una soldadura estrecha. Si se avanza muy lento, se depositará demasiado material.
Resulta imprescindible realizar la máxima práctica posible sobre las técnicas de costuras o cordones. Una forma de autoevaluar si se consiguió tener un dominio del sistema de soldadura es realizar costuras paralelas sobre una chapa metálica. Si se logran costuras rectas que conserven el paralelismo sin realizar trazados previos sobre la chapa, se puede decir que ya se ha conseguido un avance apreciable sobre este tema. Se debe tener un total dominio de las costuras paralelas para poder realizar trabajos de relleno (almohadillado) (almohadillado) y/o reconstrucción.
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Ilustración esquemática de cordones y costuras paralelas
Cuando se aporta metal aplicando el sistema de arco protegido, resulta común querer realizar una soldadura más ancha que un simple cordón (sólo movimiento de traslación del electrodo). Para ello, se le agrega al movimiento de avance del electrodo (movimiento de traslación) un movimiento lateral (movimiento oscilatorio). Existen varios tipos de oscilaciones laterales. Cualquiera sea el movimiento elegido o aplicado, deberá ser uniforme para conseguir con ello una costura cerrada, y así facilitar el desprendimiento de la escoria una vez finalizada la soldadura. Cuatro movimientos clásicos. De ellos, el más común es el marcado con la letra A, aunque los movimientos C y D resultan más efectivos para realizar soldaduras en metales de mayor espesor.
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Movimientos del electrodo para realizar una costura
Abajo varias pruebas de soldadura realizadas con distintas corrientes y velocidades de avance. En ella, podemos clasificar a las soldaduras de la siguiente manera, a saber:
A. Costura correcta con amperaje y velocidad adecuados. B. Costura aceptable con amperaje muy bajo. C. Costura deficiente por amperaje muy elevado. D. Costura aceptable con amperaje muy bajo, ocasionando demasiado aporte metálico. E. Costura deficiente con corriente inadecuada. F. Costura correcta con muy poca velocidad de avance. Observar que la costura está muy ancha y muy alta. G. Costura deficiente con corriente adecuada pero con velocidad de avance muy elevada.
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Pruebas de costuras (The Lincoln Electric Co.)
Ahora decribiremos las técnicas de rellenado (almohadillado) (almohadillado) o reconstrucción. Es importante tener un dominio de las técnicas explicadas hasta aquí porque el relleno y reconstrucción requiere de capas sucesivas de soldadura. Para que el trabajo quede bien realizado, se deberá procurar evitar poros en las costuras en donde pueden quedar atrapados restos de escoria de la capa anterior.
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Etapas de relleno o reconstrucción con soldadura por arco
Esta técnica se utiliza en el relleno o reconstrucción de partes gastadas (ejes, vástagos, pistones, etc.). Se van sumando capas sucesivas de soldadura hasta llegar a la altura de relleno necesaria. Las capas entre sí deberán estar rotadas 90°, y de esta forma se logra una superficie más lisa y se limita la posibilidad de que queden poros en la capa de relleno. Cuando se realiza el relleno en las cercanías de los bordes de la pieza, el aporte de soldadura tiende a “derramarse”. Para evitar este efecto, se utilizan como límites placas de cobre o grafito sujetas al borde a rellenar. La placa puesta como límite no interviene ni se funde por los efectos del calor producido en el proceso de soldadura.
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Forma de limitar el relleno de soldadura
Este método resulta de suma utilidad para lograr bordes de relleno rectos, ahorrando bastante trabajo de mecanizado posterior.
Uniones básicas con arco protegido (SMAW)
Las uniones típicas en soldadura metálica con arco protegido son cinco: A) la unión a tope B) la unión en T C) la traslapada D) la unión en escuadra E) la de canto .
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Ilustraciones sobre los cinco tipo de uniones para SMAW
Además, existen cuatro posiciones diferentes para realizarlas. Estas son la plana, la vertical, la horizontal, y sobre la cabeza .
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Ilustraciones de los cuatro posiciones básicas y sus variantes intermedias
A la soldadura que se deposita en una unión en T se la llama soldadura de filete. También frecuentemente, se le da este nombre a la unión.
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Diseños de uniones habituales en soldadura
Hay dos clases de soldadura de filete de este tipo, la horizontal y la plana. Ambas son de uso frecuente en la industria. Siempre que sea posible se colocan las piezas a soldar de tal forma que queden en posición plana. En esta posición se puede soldar con más rapidez ya que así se pueden utilizar electrodos de mayor diámetro y trabajar con corrientes más elevadas.
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Denominación de los tipos de soldadura
Los pasos a seguir para realizar una soldadura de filete horizontal son:
1. Ubicar las piezas para efectuar una unión en T o una unión traslapada. 2. Preparar el equipo para soldar (electrodos, elementos de seguridad, vestimenta, regulación de corriente, etc.). 3. Sostener el electrodo de forma tal que apunte hacia la esquina de la unión a un ángulo de 45° con respecto a la placa horizontal. 4. El electrodo se debe inclinar de 15° a 20° en la dirección del movimiento 5. Soldar a lo largo de toda la unión.
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6. Observar con atención si el cordón está muy alto o socavado. Aumentar la velocidad o cambiar el ángulo del electrodo para corregir, de existir, los posibles defectos.
Angulos de los electrodos para soldadura de filete
Fuera de las soldaduras efectuadas en las posiciones plana y horizontal, las que se deban ejecutar en otra posición (vertical y sobre la cabeza) resultarán bastante más complicadas de realizar si no se experimenta y practica. Siempre que se pueda, tratar de ubicar las piezas en posición plana. De no ser esto posible, se deberá soldar en la posición en que las piezas se encuentren. Para soldar verticalmente, se deberá experimentar con práctica intensiva para que la fuerza de gravedad no haga caer o derramar el metal fundido. Teniendo en cuenta esto y sabiendo como ya dijimos que la punta del electrodo empuja, se deberá poner éste en un ángulo ligeramente negativo respecto a la horizontal. Si la soldadura a realizar es vertical ascendente, el electrodo se moverá hacia arriba, alejándolo y acercándolo de la
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pieza cada 10 o 15 mm de recorrido. Esto se realiza para permitir que el metal fundido se solidifique. Si la soldadura a realizar es vertical descendente, resulta más fácil de controlar que la ascendente, ya que el efecto de “spray” del electrodo mantiene al material fundido en posición. En este caso, se observa menor penetración que en la soldadura vertical ascendente. Por este motivo, este tipo de soldadura no es la más recomendable para uso industrial. Cuando se suelda en la posición de cabeza, se debe aplicar la misma metodología que en la soldadura vertical ascendente. Resultará necesario realizar la soldadura en varias etapas, para evitar que se eleve demasiado la temperatura del conjunto y permitiendo que el metal de aporte se solidifique.
Soldadura de arco con corriente continua (CC)
Cuando se realizan las soldaduras con corriente alterna (CA), no se tiene polaridad definida de ninguno de los dos electrodos. En cambio, al realizarla con corriente continua (CC), existe un sentido único de circulación de corriente y los efectos de la polaridad sobre la soldadura son muy evidentes. Por lo general, la polaridad que se adopta en CC es la inversa, la cual polariza al electrodo positivamente (+) respecto a la pieza. Con esta polaridad, el electrodo toma más temperatura que la pieza, el arco comienza más prontamente, y permite utilizar menor amperaje y un arco más corto. Con la polarización inversa se tiene menor penetración que con la polarización directa. La polarización directa polariza negativamente el electrodo respecto a la pieza. Se utiliza
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sólo para algunos procesos particulares. Existen algunos electrodos que pueden ser utilizados en CC con polarización directa o inversa indistintamente (llamados CA/CC), mientras que otros son aptos solo para corriente continua directa.
Polaridades posibles posibles en la soldadura por arco en corriente continua:
Polaridades en la soldadura por arco con CC
Electrodos aptos para ser usados con CC, y para que metal son aplicables:
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Indicaciones sobre las condiciones de trabajo para efectuar soldaduras de diversos materiales mediante arco protegido:
Aceros al carbono . Por lo general resultan difíciles de soldar por arco las láminas de acero, ya que por tener poco espesor, suelen perforarse o quemarse:
•
Soldar con valores de corriente bajos. Intentar con una corriente de 60 a 75 Ampere con electrodo de Ø 3 mm ó con una corriente de 40 a 60 Ampere con Ø 2,5 mm.
•
Mantener un arco corto (poca distancia entre la punta del electrodo y la pieza). Esto permite lograr el calor necesario para fundir el material de aporte con el de base sin excesos.
•
Realizar puntos de soldadura para evitar quemar o perforar el material. Esto ayudará, además, a evitar deformaciones u ondulaciones por exceso de temperatura.
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•
Usar pinzas de anclaje, sargentos o elementos de fijación de gran superficie, permitiendo esta característica aumentar la disipación de temperatura de todo el conjunto y evitando así un “shock” térmico que pueda producir mayores deformaciones deformaciones sobre el material a soldar.
•
Si todo esto falla, utilizar tiras de cobre como respaldo de la soldadura a realizar. La soldadura no se adherirá a las tiras o placas de cobre, las que podrán ser removidas una vez que la costura se haya enfriado.
Para soldar con el sistema de arco protegido el acero aleado (refiriéndonos a los aceros aleados con cromo-molibdeno), se emplea una metodología similar a la utilizada con el acero al carbono. Por lo general, las costuras y los cordones realizados sobre acero aleado son propensos al agrietamiento cuando se enfrían. Esto se debe a la estructura granular que poseen los cristales de este acero. Indicaciones para obtener buenos resultados en la soldadura por arco protegido (SMAW) del acero aleado 4130 utilizando corriente alterna (CA) para su ejecución:
•
Cuanto más grande sea la pieza, más importante deberá ser el precalentamiento que reciba la misma previo al trabajo de soldadura. Siempre se debe tratar de soldar a una temperatura no inferior a 20 ºC, y además, se debe precalentar la zona afectada a la soldadura a una temperatura entre 90 y 150 ºC . Precalentar Precalentar la pieza con un soplete de oxiacetileno o, si el tamaño de la misma lo permite, precalentar en horno eléctrico.
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•
Utilizar siempre electrodos E7018 para efectuar la soldadura de acero aleado tipo 4130.
•
Asegúrese de que la superficie a soldar esté limpia y libre de óxido, pintura y grasa. De descuidar este aspecto, se producirá sin lugar a dudas una soldadura defectuosa.
•
De ser posible por los espesores que la pieza posea, desbastar los bordes de la unión a soldar formando una V (llamada unión en V ). ). Esto favorecerá a la penetración de la soldadura.
Aunque no resulte común su empleo, es posible efectuar soldaduras por arco en todo tipo de aluminio (laminado, trefilado o fundido) mediante el empleo de corriente continua. El aspecto de la soldadura una vez realizada es rugosa comparada con las costuras realizadas sobre acero con este mismo sistema. Como en la soldadura de acero aleado, resulta indispensable el precalentado de la pieza entre 150 y 200 ºC previo a la soldadura. Los electrodos a utilizar deberán ser especiales para realizar este tipo de tarea. La resistencia obtenida en las soldaduras hechas por arco es de apenas un 50% de la obtenida con los sistemas de arco de tungsteno protegido por gas (TIG). Para efectuar soldaduras en acero inoxidable , no existe en particular ningún problema, y la metodología a emplear es similar a la utilizada en los procesos para aceros al carbono y aceros aleados. Las costuras obtenidas se verán con un buen aspecto siempre y cuando no tengan ningún contacto con la atmósfera. Por lo general, el revés de la soldadura aparece ennegrecida y rugosa. Este aspecto puede ser evitado mediante el uso de “flux” o fundente en pasta para que la soldadura no tenga contacto con el
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oxígeno de la atmósfera. Los mejores procesos para soldar acero inoxidable son el TIG y el MIG, pero cuando no se dispone de los equipos mencionados para su realización, se pueden hacer buenos trabajos mediante la soldadura por arco protegido de corriente alterna (CA). En este caso, no es necesario realizar precalentamiento sobre la zona a soldar. Para efectuar soldaduras en hierro fundido o de colada , existen problemas para evitar las fisuras despues de la realización de la soldadura. La razón de ello es la gran rigidez que posee el material. Cuando se desea realizar una soldadura en una pieza de hierro fundido, se calienta un área pequeña, provocando su expansión. El área que no toma temperatura con el proceso de soldadura resiste dicha expansión, pero desafortunadamente, al enfriarse la zona de trabajo, pierde la batalla ya que el material es más resistente en compresión que en expansión. Por lo detallado, el área menos caliente (la que no recibe calentamiento directo por efecto de la soldadura) es la que se fisura. Por ello, resulta indispensable precalentar la pieza a soldar para de esta forma evitar fisuras en zonas cercanas a la soldadura. La temperatura deberá estar por encima de los 200 ºC (no sobrepasar los 650ºC). Los electrodos a utilizar deberán ser los especificados para fundición. Según la American Welding Society , la codificación para los electrodos a utilizar es Est y ENI-CI . A pesar de ello y sólo a modo de comentario, el método de “Brazing” resulta mejor para ser aplicado en la soldadura de hierro colado o fundido, pero no se realiza mediante los sistemas de soldadura por arco, sino que se realiza por calentamiento a gas combustionado con oxígeno (oxiacetileno) o en horno.
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Soldadura bajo el agua
Una buena soldadura bajo el agua tiene gran importancia para el mantenimiento de los buques mercantes y de guerra y la reducción de sus costes de explotación. Hasta
hace
relativamente
poco,
muchas
sociedades
de
clasificación
consideraban la soldadura bajo el agua como una solución provisional hasta que se pudiera poner el buque en dique seco y repetir el procedimiento utilizando métodos y electrodos homologados y personal per sonal especializado. Hubo una compañía británica llamada Hydroweld que inventó los electrodos FS para soldadura en húmedo, que aseguraban una soldadura bajo el agua de calidad comparable a la realizada en seco.
Esos electrodos pueden funcionar en cualquier posición, bajo agua dulce o salada y a profundidades hasta de 100 metros. Están homologados por el Ministerio de Defensa (DoD) británico para reparaciones permanentes de buques de guerra e incluídos en el sistema de códigos de la Organización del Tratado del Atlántico Norte (OTAN). Ya los utilizan todas las principales compañías de reparaciones de buques bajo el agua y se han convertido en el estándar de la industria para todas las soldaduras de acero al carbono o al carbono/manganeso, de acuerdo con las normas internacionales.
En 1996 Hydroweld comenzó a colaborar con The Welding Institute (TWI) para ofrecer cursos de soldadura en los que se concede el título oficial de soldador bajo el agua. Este título es ya indispensable para ingresar en muchas compañías de clasificación o en astilleros. El curso se imparte actualmente en el Reino Unido,
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Tailandia y Canadá y ofrece a los estudiantes o a las empresas la oportunidad de obtener el título de soldador de acuerdo con la norma D3.6 de la American Welding Society (AWS) en módulos de 10 días, con gran flexibilidad. TWI es una institución de prestigio internacional que cuenta con equipos de diversas especialidades capaces de resolver los más avanzados problemas técnicos en el campo de la soldadura. Además TWI participa desde hace más de 25 años en varios proyectos de investigación de soldadura bajo el agua para la industria marítima y offshore, lo que le convierte en uno de los primeros centros mundiales de esta tecnología.
Estas investigaciones se refieren a soldadura por arco, el hidrógeno en la soldadura bajo el agua y nuevos electrodos a base de hierro y níquel para soldadura manual por arco metálico (MMA).
La ventaja de la soldadura por fricción es que se puede automatizar todo el proceso para soldar a grandes profundidades. Pero TWI investiga otras muchas técnicas, como la soldadura en compartimentos estancos y en cámara hiperbárica.. La primera se realiza al aire, con una estructura rígida de acero que hiperbárica contiene los soldadores y se une a un lado de la estructura a soldar, aunque está conectada a la atmósfera. La hiperbárica se lleva a cabo en una cámara estanca instalada alrededor de la estructura, rellena de gas (generalmente helio con un 0,5 por 100 de oxígeno) a la presión atmosférica.
Ejemplo de un recorte de prensa sobre pruebas realizadas por "The Welding Institute" de Cambridge :
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TWI es uno de los mayores organismos de investigación y tecnología de Europa. Está situado cerca de Cambridge y cuenta con una plantilla de más de 400 personas. Actualmente tiene más de 7.000 miembros distribuídos en más de 70 países. El Instituto ofrece a la industria soporte técnico en todas las técnicas de soldadura, corte y similares, con servicios que incluyen la investigación y desarrollo por contrato, difusión de información técnica, consulta y asesoría, formación y homologación en todas las técnicas de unión de cualquier tipo de materiales. La Royal Navy había utilizado el procedimiento de soldadura bajo el agua como solución provisional, pero si ahora se admite como solución permanente, se podría evitar poner los buques en el dique seco, una operación larga y costosa. TWI ha participado también en pruebas de soldadura a tope bajo el agua, con el fin de demostrar al Ministerio de Defensa la posibilidad de reparar los buques de guerra sin ponerlos en dique. Esta prueba ha consistido en situar una gran chapa simulada sobre el costado de un buque que había sufrido daños. La chapa se colocó en uno de los tanques de soldadura situados bajo el agua. Después se simuló el proceso de corte mediante dos técnicas, la lanza térmica (un proceso más rápido pero que deja unos bordes muy pronunciados) y la soldadura por arco, más lento pero más fino.
Bajo el agua se preparó una plantilla de la zona a reparar, se cortó y se situó sobre el lugar oportuno mediante cuatro tornillos provisionales. Después se realizó la soldadura durante varias horas. Una vez realizada, se dividió en secciones que se inspeccionaron radiológica, mecánica y metalúrgicamente en los laboratorios de TWI.
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La confidencialidad de que disfrutan todos los clientes del Instituto impide la publicación de los resultados.
Soldadura bajo gas protector con electrodo consumible GMAW (Gas Metal Arc Welding)
SOLDADURA MAG
Descripción
Vamos a utilizar este proceso de soldadura MAG también para explicar las similitudes y diferencias con el equipo de soldadura MIG. Es un proceso de soldadura al arco eléctrico de corriente continua, que utiliza como electrodo un hilo aportado de forma contínua. El gas protege el baño de fusión de la acción del oxígeno del aire. El hilo de aportación que hace las veces de electrodo va siendo aportado por la máquina de soldar de forma automática a la zona del arco. Puede tener problemas para soldar al aire libre porque las ráfagas de aire pueden barrer el gas protector dejando sin proteger la zona que se está soldando. Pero para esto existe un hilo tubular que lleva por dentro la protección, pero la soldadura no queda de la misma calidad.
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Elementos que componen el equipo
Fuente de energía
Consta de un transformador transformador y un rectificador.
Regulada la máquina en una tensión determinada, ésta permanece constante independientemente de la intensidad con la que se está soldando.
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La intensidad de soldadura viene determinada por la velocidad de alimentación del hilo.
Caja de alimentación del hilo
En la caja se encuentran ubicadas:
•
La bobina de hilo.
•
El motor de arrastre y los rodillos.
•
La electrovávula de paso de gas.
•
Los elementos de control de mando y regulación de los parámetros de soldadura: a) Control de intensdad. b) Control de alimentación del hilo. c) Temporizador: tiempo de soldadura y tiempo de enfriamiento.
Botella de gas protector
El color de la ojiva de la botella indica el gas contenido. En este caso se utilizarán gases activos como puedan ser CO 2 u Oxígeno o una mezcla de estos con un gas inerte (mezcla con Argón).
Tipo de gas
Soldadura MAG
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Anhídrido carbónico Argón - Anhídrido carbónico Argón - Oxígeno Argón - Anhídrido carbónico - Oxígeno
Manorreductor y caudalímetro caudalímetro
Permiten la regulación de la presión del gas para suministrar el caudal adecuado. En condiciones normales el caudal de gas debe de ser aproximadamente 10 veces el diámetro del hilo. Por ejemplo para un hilo de 0.8 mm sería : Caudal = d hilo x 10
Caudal = 0.8 mm. x 10 = 8 litros/minuto
Pistola de soldadura
En la pistola se encuentran alojadas dos boquillas y un pulsador.
La boquilla exterior canaliza el gas de protección y la interior proporciona el contacto eléctrico necesario a la punta del hilo para realizar el arco.
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La boquilla de gas debe limpiarse periódicamente para evitar la formación de turbulencias de gas.
Con el accionamiento del pulsador se da paso a la corriente a la boquilla interior y se pone en funcionamiento el sistema de alimentación de hilo, abriéndose la electroválvula de salida de gas.
Manguera
A través de la manguera discurre el hilo, la corriente de soldadura y el gas protector.
En las operaciones de soldadura la manguera no debe enrollarse en exceso, para evitar interrupciones en la alimentación de hilo.
Pinza de masa
Es conveniente conectar la pinza de masa lo más cerca posible de la zona de soldadura.
Parámetros de la soldadura
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Tensión
La tensión del arco de soldadura se regula mediante el conmutador conmutador de la fuente de energía.
Una vez seleccionada la tensión y sin variar el conmutador, ésta puede aumentar o disminuir alejando o acercando la pistola del material base.
Intensidad
Para una posición constante del conmutador de tensión y para una altura siempre igual entre la boquilla y la chapa, la intensidad depende fundamentalmente de la alimentación de hilo.
Para una misma tensión y una alimentación de hilo constante, si alejamos la boquilla disminuye la intensidad. Al acercar la boquilla, la intensidad aumenta.
Diámetro del hilo
Los diámetros de hilo más utilizados en la chapa fina de acero son 0.6 y 0.8 mm. Aunque en la realidad se suele utilizar 0.6 mm.
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La penetración de la soldadura está en relación don el espesor de la chapa y le diámetro del hilo.
Un hilo de diámetro mayor necesita, para su fusión, una potencia más elevada. La penetración será excesiva y habrá posibilidad de hacer agujeros grandes.
Gas protector
El gas más empleado es el CO 2 (gas activo) y mezcla de éste con otros gases inertes.
Los que mejor resultado dan en la soldadura de chapa fina son las mezclas de: Argón + CO2 Argón + CO2 + O2
El porcentaje CO 2 de la mezcla oscila entre el 12 % y el 25 %, mientras que los porcentajes de O 2 oscilan entre el 1 % y el 5 %.
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La presencia de oxígeno en la mezcla disminuye la tensión superficial del baño de fusión y mejora el aspecto de la soldadura.
El CO2 puro
se emplea para la soldadura de aceros
ordinarios.
La elección del gas en la soldadura es muy importante ya que influye en: •
Forma del cordón.
•
Penetración.
•
Tendencia a salpicaduras. salpicaduras.
•
Aspecto de la soldadura.
Características de la soldadura de chapa fina de acero con los distintos gases:
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El objeto del gas es el de formar uan campana protectora del baño de fusión contra la aciión del oxígeno y nitrógeno del aire.
El caudal de gas a emplar depende de las condiciones de soldadura. Pero en condiciones normales será 10 veces el diámetro del hilo en mm.
Caudal = d hilo x 10 Un caudal de gas pobre provocará una cobertura incompleta.
Un caudal de gas excesivo provoca turbulencia con inclusión de aire en el baño de soldadura.
Autorregulación
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Es un sistema que incorporan los equipos de soldadura MAG, para compensar las variaciones en la altura de soldadaura ocasionadas por el soldador.
Gracias a esta capacidad de autorregulación, un soldador experto puede obtener muchas ventajas y extraer un máximo de rendimiento a la máquina y a su trabajo.
Para pequeñas variaciones de la altura de soldadura, velocidad del hilo y tensión, la máquina se autorregula se la siguiente manera: •
Variaciones en la altura de soldadura
Con tensión y alimentación de hilo constante un aumento en la distancia libre del hilo o altura de soldadura provoca un alargamiento del arco y una disminución de la intensidad de corriente.
Esta disminución de intensidad provoca una falta de fusión de hilo, pero, como el hilo se sigue aportando, el arco se verá acortado, volviendo de este modo a las condiciones iniciales.
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El resultado de la soldadura es independiente de pequeñas variaciones de la altura de la boquilla, pero no para variaciones importantes.
•
Variaciones de la velocidad de alimentación del hilo
Suponiendo que, sin variar ningún otro parámetro, se aumenta la velocidad de hilo, se producirá un acortamiento del arco y un aumento en la intensidad de soldadura. En ese momento, se verá compensada la mayor aportación de material a unir con un aumento de la energía de fusión.
De la misma manera, una disminución de la alimentación del hilo provoca un alargamiento del arco y una caída de la intensidad. La menor cantidad de material aportado queda compensada con una menor energía de fusión.
•
Variaciones de la tensión
Si se aumenta la tensión, sin modificación alguna de las demás condiciones de trabajo, la intensidad aumenta y la energía total aportada por la máquina es mayor.
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Como la alimentación de hilo es la misma, se producirá la fusión de una mayor cantidad de hilo y el arco se alargará disminuyendo la intensidad y volviendo al estado de equilibrio.
En esta nueva situación, el soldeo se efectúa con una mayor tensión, pero no con una mayor intensidad, con lo que se demuestra que ES LA ALIMENTACIÓN DEL HILO LA RESPONSABLE LAS VARIACIONES DE INTENSIDAD. I NTENSIDAD.
Si con esta nueva tensión incrementamos la velocidad de hilo, la intensidad aumenta, obteniéndose de esta forma una energía total del proceso mayor que al principio.
Dirección de la soldadura
La soldadura " a derechas", o soldadura de arrastre, produce cordones estrechos, abultados y gran penetración.
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La soldadura "a izquierdas", o estática, produce cordones anchos planos y con una penetración menor.
Las características de la soldadura estática son las más apropiadas para la soldadura de chapa fina de acero.
El ángulo de inclinación de la boquilla oscila entre 70º y 80º respecto a la superficie de las piezas.
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Soldadura interrumpida
Es una soldadura a intervalos, que se utiliza para reducir el calor aportado a la chapa.
Una vez ajustados los tiempos de soldadura y de enfriamiento, la máquina suelda automáticamente con los intervalos margados, sin necesidad de soltar el gatillo de la pistola.
Es un tipo de soldadura muy útil en la confección de cordones contínuos en uniones a tope de chapa fina.
Soldadura de puntos a tapón
En la soldadura por puntos de dos chapas en las que la chapa superior es taladrada y soldada en el orificio de la chapa inferior.
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Un agujero de diámetro entre 5 y 6 mm. es el apropiado en uniones de chapa de carrocerías.
Soldadura de punto calado
Es la soldadura de dos chapas sin un taladro previo.
El problema es que para la realización de este tipo de soldadura es necesaria una aportación importante importante de calor, por lo que para uniones de elementos de carrocería no es aconsejable.
Conclusiones
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Seguridad en las operaciones de soldadura MAG
Mantener el equipo en perfectas condiciones de aislamiento y mantenimiento.
El soldador debe protegerse contra salpicaduras y radiaciones con guantes, peto y polainas de cuero.
Utilizar pantalla protectora envolvente que cubra la cara, el cuello y las orejas. El factor de protección del cristal inactínico no debe ser inferior al nº 10.
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La zona de soldadura debe estar suficientemente ventilada para evitar la acumulación de los gases tóxicos producidos en la soldadura y los gases de protección.
La soldadura sobre chapas impregnadas en disolventes clorados produce gases altamente tóxicos.
En el caso que se esté soldando la carrocería de un vehículo, proteger los interiores con mantas ignífugas.
Tener a mano siempre un extintor.
SOLDADURA MIG
Descripción histórica
En la década de 1940 se otorgó una patente a un proceso que alimentaba electrodo de alambre en forma contínua para realizar soldadura con arco protegido por gas. Este resultó el principio del proceso MIG (siglas del inglés de Metal Inert Gas ), que ahora posee la nomenclatura nomenclatura AWS y CSA de soldadura con gas y arco metálico GMAW (siglas del ingles de Gas Metal Arc Welding ). Este tipo de soldadura se ha
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perfeccionado desde sus comienzos. En algunos casos se utilizan electrodos desnudos y protección por gas, y en otros casos se utilizan electrodos recubiertos con fundentes, similares a los utilizados en los procesos de arco protegido convencionales. convencionales. Existe como otra alternativa, electrodos huecos con núcleo de fundente. Para algunos procesos particulares, se pueden combinar el combinar el uso de electrodos con fundente (recubiertos o huecos) juntamente con gas protector. En este sistema se reemplaza el Argón (utilizado Dióxido de Carbono (CO2). El electrodo es alimentado en forma en el proceso TIG) por Dióxido
continua desde el centro de la pistola para soldadura. En este momento, este proceso de soldadura, a nivel industrial, es uno de los más importantes.
Equipo básico
El equipamiento básico para GMAW consta de: + Equipo Equipo para soldadura por arco con sus cables. + Suministro de gas inerte para la protección de la soldadura con sus respectivas Suministro
mangueras. + Mecanismo Mecanismo de alimentación automática de electrodo continuo. + Electrodo Electrodo continuo. + Pistola Pistola o antorcha para soldadura, con sus mangueras y cables.
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Esquema básico de un equipo para soldadura MIG
La principal ventaja de este sistema radica en la rapidez. Raramente, con el sistema MIG, sea necesario detener el proceso de soldadura como ocurre con el sistema de arco protegido y TIG. Otras de las ventajas son: la limpieza lograda en la soldadura (la mayor de todos los sistemas de soldadura por arco), la gran velocidad y, en caso de trabajar con electrodo desnudo, la ausencia total de escoria.
Funcionamiento en la zona del arco
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Cuando los investigadores estudiaron en que forma se transferiría el metal sobre la pieza a través de un arco eléctrico en un proceso MIG o GMAW, descubrieron tres formas en que la misma se realizaba. Estas son la transferencia por inmersión o cortocircuito, la globular , y en determinadas circunstancias la transferencia por aspersión.
La transferencia por inmersión o cortocircuito se produce cuando sin haberse producido arco, al tocar el electrodo con la pieza, se queda pegado produciéndose un cortocircuito. Por dicho motivo, la corriente se incrementará lo suficiente para fundir el electrodo, quedando una pequeña porción del mismo en el material a soldar. En la transferencia globular , las gotas de metal fundido se transfieren a través del arco por efecto de su propio peso. Es decir que el electrodo se funde y las pequeñas gotas caen a la zona de soldadura. Por lo detallado, es de suponer que esta forma de depósito no nos resultará muy útil cuando se desee realizar soldaduras en posiciones diferentes a la plana y horizontal. La diferencia que existe entre la deposición globular y la transferencia por aspersión radica en el tamaño de las partículas metálicas fundidas que se depositan.
Cuando se incrementa la corriente, la forma de transferencia de metal cambia de globular a aspersión. Esto se debe a que los glóbulos son mucho más pequeños y
frecuentes, y en la práctica permite guiarlos e impulsarlos con el arco eléctrico. En la transferencia por aspersión, se utiliza como gas protector un gas inerte puro o con una mínima proporción de oxígeno. Esto favorecerá a la conducción de la corriente eléctrica utilizada en el proceso.
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Debido a las altas corrientes necesarias para lograr la transferencia, en particular con los depósitos globulares y por aspersión, el metal de aporte se vuelve muy líquido, resultando difícil controlar el correcto depósito en soldaduras fuera de posición.
Ilustración de los efectos producidos en una soldadura MIG
La pistola se posicionará sobre la zona a soldar con un ángulo similar al que se emplearía con un electrodo revestido de soldadura por arco protegido. La distancia a la que deberá quedar la pistola de la superficie a soldar deberá ser la misma que la del
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diámetro de la boquilla de la pistola. El electrodo deberá sobresalir de la boquilla aproximadamente unos 6 milímetros. Este se alimentará en forma continua desde un rollo externo, o bien desde uno ubicado en la misma pistola . En las pistolas con alimentación externa, están las de empuje y las de tracción (Pistolas B y C). En las de empuje, el electrodo es empujado desde el alimentador y la pistola solo posiciona al mismo a través de sus sistemas de guiado interno, dentro de la misma. En las de tracción, varían respecto a las anteriores en que el avance del electrodo se logra por el traccionamiento de un mecanismo interno en la pistola. En las pistolas con alimentación interna, el principio de funcionamiento es similar al de las pistolas por tracción, con la salvedad de que el electrodo continuo se encuentra dentro de la misma carcasa de la pistola. Este tipo de mecanismo resulta de utilidad para soldar en lugares reducidos en los que no se puede trasladar todo el equipo (Pistola A).
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Tipos de pistolas para soldadura MIG
Además de lo hasta aquí dicho respecto a las pistolas, se deberá proveer a las mismas de gas protector, de corriente eléctrica y de agua para refrigeración (en el caso en que el sistema posea dicha posibilidad). Independientemente del sistema de transporte de electrodo (empuje o tracción), el mismo pasa por la parte interna de la pistola. Este consta de un sistema de guía aislada seguida de un contacto metálico que además de funcionar de guía, le proporcionará corriente continua al electrodo. El gas de protección, en caso que se utilice, fluirá por fuera del sistema de guía. Este, como en todos los otros casos en que se ha utilizado, cumple la función de evitar la contaminación del metal interviniente en la soldadura, ya sea el de aporte o el de base. De él dependerá en gran medida la calidad obtenida en la soldadura. Por lo general, el gas utilizado es el Dióxido de Carbono (CO2), aunque se pueden utilizar el Argón, el Helio o una mezcla de ellos para aplicaciones específicas o particulares. Se
debe poseer para la provisión de gas con flujo contínuo un sistema llamado “fluxómetro”, el cual administra el caudal de gas provisto a la pistola según un valor fijado por el operador en forma previa, y lo mantiene constante constante durante el transcurso de la operación. Este “fluxómetro” es el mismo equipo que se utiliza en los sistemas TIG ó SMAW.
(meter formulas de CESVIMAP del caudal de gas necesario)
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Detalle del sistema de guiado del electrodo (por fuera de éste pasará el gas de protección).
Ahora vamos a ver la soldadura desde el punto de vista físico- químico: Al generarse el arco, se eleva la temperatura y funde el material de aporte (electrodo consumible) conjuntamente con el metal base. Esto se transforma en una masa incandescente (metal fundido). Dicha masa está compuesta por partículas desprendidas
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del mismo electrodo, las cuales son transferidas al metal a soldar en las tres formas posibles descritas anteriormente anteriormente (inmersión o cortocircuito, cortocircuito, globular y aspersión). Dicha inclusión o transferencia se hará bajo un gas protector, el cual puede ser por la combustión del recubrimiento (en caso de utilizar electrodo recubierto), o por la insuflación de gas protector (CO2). En la medida que la masa pierde temperatura, la masa metálica se va solidificando. Si se utilizó electrodo recubierto, además del metal, se formará un residuo sólido de escoria sobre la costura realizada, el cual cumple la función de proteger la soldadura hasta que la misma se enfríe. Luego de ello, este residuo deberá ser retirado mecánica o químicamente. químicamente.
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Proceso de fusión en la soldadura MIG
El dibujo se ve un electrodo generalizado, el que puede ser macizo desnudo o recubierto, o hueco con fundente. No se ha dibujado el sistema de boquilla o tobera de salida de gas protector, el cual estaría por fuera del sistema de guía del electrodo.
Tabla de contenidos metálicos de los electrodos según la clasificación de la American Welding Society (AWS). Análisis efectuado sobre el material aportado en la soldadura.
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La letra T de los códigos AWS indica electrodo recubierto . Si en lugar de la T hubiese una letra S, nos estaría indicando que se trata de electrodo desnudo . La cantidad y tipo de escoria producida dependerá en mayor medida de la clasificación o codificación del electrodo. La generación de poca cantidad de escoria estará asociada a electrodos ideados para realizar soldaduras verticales o sobre la cabeza, como también para producir costuras o cordones a muy alta velocidad.
Comenzando a soldar
Una vez detallados los aspectos fundamentales del proceso MIG, trataremos de producir buenas soldaduras. Ante todo, se deberán poseer los elementos de seguridad necesarios, tanto para la seguridad del operario como para extinguir cualquier posible foco de incendio en el local de trabajo. Este sistema genera muchas chispas y humo, por lo que será indispensable contar con buena ventilación y mantener alejado todo tipo de material combustible de la zona de trabajo. El operario, además de usar el casco con
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lentes de protección, deberá tener el cuerpo cubierto y protegido con ropas apropiadas abotonadas hasta el cuello. Los equipos para soldadura MIG poseen regulaciones de velocidad de avance de electrodo, de temperatura (mediante ajuste de tensión y corriente) y de fluído de gas protector. Dichas variables deberán ser ensayadas y tenidas en cuenta para realizar el ajuste del equipo, previo al trabajo de soldadura. Esos ajustes variarán sustancialmente según el tipo de labor a realizar (material, espesor, aporte, posición, etc.).
Pasos a seguir para soldar con MIG:
(meter recomendaciones de CESVIMAP) 1. Encender el sistema de refrigeración (si se dispone). 2. Regular la velocidad de avance del electrodo. 3. Oprimir el gatillo de la pistola hasta que sobresalgan 6 mm de electrodo de la boquilla. En caso de sobrepasar dicha medida, cortar el excedente con un alicate. 4. Abrir el cilindro de gas protector. 5. Oprimir el gatillo de la l a pistola para purgar el aire de las mangueras y ajustar el fluxómetro al valor deseado. 6. Graduar el voltaje del equipo, corriente, etc. según el tipo y espesor de metal a unir. 7. Utilizar el método de rayado o raspado r aspado para iniciar el arco. 8. Para extinguir el arco, separar la pistola del metal o bien soltar y volver a pulsar el gatillo.
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9. Si el electrodo se pega al metal, soltar el gatillo y cortar el electrodo con alicate. 10. Si se desea realizar un cordón o una costura, se deberá calentar el metal formando una zona incandescente, y luego mover la pistola a lo largo de la unión a una velocidad uniforme para producir una producir una soldadura lisa y pareja. 11. Mantener el electrodo en el borde delantero de la zona de metal fundido, conforme al avance de la soldadura. 12. El ángulo que forme la pistola con la vertical es muy importante. Este deberá ser de no más de 5° a 10°. De no ser así, el gas no protegerá la zona de metal fundido.
SOLDADURA MIG-BRAZING
La galvanización
La galvanización consiste en el recubrimiento de la chapa de acero con cinc, el cual se oxidará en beneficio del acero.
Esisten dos procesos distintos de galvanización:
Galvanización Galvanización por inmersión
Galvanización electrolítica
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Galvanización Galvanización por inmersión
Consiste en introducir las chapas de acero en un baño de cinc caliente.
Se logran espesones de cinc elevados
La galvanización se realiza posterior a la soldadura
Galvanización electrolítica
Es el método empleado en el recubrimiento de chapas para el automóvil.
El método consiste en la aplicación de la capa de cinc mediante un proceso de electrólisis. electrólisis.
La soldadura es perfectamente factible al alcanzarse espesores de unas 10 μ.
Propiedades del cinc.
Formación de capas cubrientes.
Efecto protector catódico.
Bajo punto de fusión y vaporización. vaporización. o
Tª de fusión 419ºC
o
Tª de evaporación 908ºC
La soldadura MIG-BRAZING.
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La aplicación de procesos de soldadura MIG tradicional supondría:
Se producen humos tóxicos
Se facilita la aparición de poros.
Exceso de proyecciones. proyecciones.
Eliminación del efecto protector del cinc.
La soldadura MIG-BRAZING se trata de un proceso de soldadura al arco con electrodo revestido.
(meter foto)
La necesidad de mantener el recubrimiento de cinc obliga al uso de un método de soldadura específico.
Concumibles en la soldadura MIG-BRAZING.
•
Material de aportación. El descenso en la temperatura de trabajo obliga a la utilización de
materiales de aportación con un bajo punto de fusión.
(meter foto)
Las ventajas de este tipo de hilo son:
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No existe corrosión del cordón.
LAs proyecciónes son mínimas.
La capa de protección eliminada es mínima.
Mínimos efectos del calor.
Facilidad de mecanizado del cordón.
Protección catódica del metal base.
El resultado final es una soldadura heterogénea sin fusión del metal base.
(meter foto)
•
Gas de protección. Como gas de protección se usará un gas inactivo, generalmente el
ARGÓN.
(meter foto)
Características del gas de protección:
Alta densidad.
Reducida energía de ionización.
Reducida conductividad térmica.
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Régimen de soldadura
Para lograr los resultados de soldadura óptimos se utiliza soldadura mediante
arco pulsado
(meter foto) (meter foto)
(meter foto) (meter foto)
(meter foto)
Parámetros de la soldadura
•
Polaridad inversa.
(meter foto) Se obtiene un excelente poder de limpieza, así como buena enetración con escaso calentamiento de la pieza.
•
Tensión e intensidad.
Se deben de regular de tal manera que la potencia de soldadura no sea excesiva.
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El empleo de arco pulsado permite optimizar la intensidad y la tensión de soldadura.
•
Velocidad de alimentación del hilo.
Resulta fundamental la regulación de la velocidad de aportación del hilo para lograr un arco estable.
•
Diámetro del hilo
Se seleccionará en función del espesor a soldar. En la reparación de carrocerías se trabajará con expesores de 1mm.
Preparación de la costura soldada: Es necesario realizar una correcta preparación de las piezas para evitar la aparición de porosidades debido a la evaporación del cinc. Se debe dejar una cierta separación entre las piezas a unir. La limpieza de las piezas no debe suponer la eliminación de la capa de cinc.
(meter foto) (meter foto) (meter foto)
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SOLDADURA TIG o GTAW
Introducción histórica
La soldadura de arco de tungsteno protegida por gas (siglas del inglés de Tungsten Inert Gas ), también denominada soldadura por heliarco (por usarse el gas Helio como protector) o bien la denominación más moderna GTAW (siglas del inglés de Gas Tungsten Arc Welding ), data de mucho tiempo atrás. En el año 1900 se otorgó una
patente relacionada con un sistema de electrodo rodeado por un gas inerte. Las experiencias con este tipo de soldadura continuaron durante las décadas de 1920 y 1930. Sin embargo, hasta 1940 no se produjo una gran evolución del proceso TIG o GTAW . Hasta antes que la 2a. Guerra Mundial comenzara, no se había realizado mucha experimentación porque los gases inertes eran demasiado costosos. Ya una vez iniciada la Guerra, la industria aeronáutica necesitaba un método más sencillo y rápido para realizar la soldadura del aluminio y del magnesio, metales estos empleados en la fabricación de aviones. Por los incrementos en producción logrados con este sistema de soldadura, se justificó el incremento en costo por el empleo de este gas. Aunque la producción de este gas es ahora más económica y rápida, aún hoy representa un gasto adicional a considerar, pero ampliamente justificado por los resultados obtenidos.
Descripción preliminar
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El proceso GTAW , TIG ó Heliarco es por fusión, en el cual se genera calor al establecerse un arco eléctrico entre un electrodo de tungsteno no consumible y el metal de base o pieza a soldar. Como en este proceso el electrodo no aporta metal ni se consume, de ser necesario realizar aportes metálicos se harán desde una varilla o alambre a la zona de soldadura utilizando la misma técnica que en la soldadura oxiacetilénica. La zona de soldadura estará protegida por un gas inerte, evitando la formación de escoria o el uso de fundentes o “flux” protectores. protectores.
El Helio fue el primer gas inerte utilizado en estos procesos. Su función era crear una protección sobre el metal fundido y así evitar el efecto contaminante de la atmósfera (Oxígeno y Nitrógeno). La característica de un gas inerte desde el punto de vista químico es que no reacciona en el proceso de soldadura. De los cinco gases inertes existentes ( Helio, Argón, Neón, Kriptón y Xenón), solo resultan r esultan aptos para ser utilizados en esta aplicación el Argón y el Helio. Para una misma longitud de arco y corriente, el Helio necesita un voltaje superior que el Argón para producir el producir el arco. El Helio produce
mayor temperatura que el Argón, por lo que resulta mas efectivo en la soldadura de materiales de gran espesor, en particular metales como el cobre, el aluminio y sus aleaciones. aleaciones. El Argón se adapta mejor a la soldadura de metales de menor conductividad térmica y de poco espesor, en particular para posiciones de soldadura distintas a la plana.
Gases apropiados para cada tipo de material a soldar:
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Cuanto más denso sea el gas, mejor será su resultado en las aplicaciones de soldadura con arco protegido por gas. El Argón es aproximadamente 10 veces más denso que el Helio, y un 30% mas denso que el aire. Cuando el Argón se descarga sobre la soldadura, este forma una densa nube protectora, mientras que la acción del Helio es mucho más liviana y vaporosa, dispersándose rápidamente. Por este motivo, en caso de Helio, serán necesarias mayores cantidades de gas (puro o mezclas que contengan usar Helio
mayoritariamente Helio) que si se utilizara Argón.
En la actualidad y desde hace bastante tiempo, el Helio ha sido reemplazado por el Argón, o por mezclas de Argón Hidrógeno o Argón-Helio. Ellos ayudan a mejorar la generación del arco eléctrico y las características de transferencia de metal durante la soldadura; favorecen la penetración, incrementan la temperatura producida, el ancho de la fusión, la velocidad de formación de soldadura reduciendo la tendencia al socavado. Además, estos gases proveen condiciones satisfactorias para la soldadura de la gran mayoría de los metales reactivos tales como aluminio, magnesio, berilio, columbio, tantalio, titanio y zirconio. Las mezclas de Argón-Hidrógeno o Helio-Hidrógeno sólo
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pueden ser usadas para la soldadura de unos pocos metales como por ejemplo algunos aceros inoxidables y aleaciones de níquel.
En las uniones realizadas aplicando el sistema TIG, el metal se puede depositar de dos formas:
1. por transferencia en forma de “spray”
2. por transferencia globular
La transferencia de metal en forma de spray es la más indicada y deseada. Esta produce una deposición con gran penetración en el centro de la unión y decreciendo hacia los bordes. La transferencia globular produce una deposición más ancha y de menor penetración a lo largo de toda la soldadura.
Por lo general, el Argón promueve a una mayor transferencia en spray que el Helio con valores de corriente menores. A su vez, posee la ventaja de generar
fácilmente el arco, una mejor acción de limpieza en la soldadura sobre aluminio y magnesio (trabajando con CA) con una resistencia mayor a la tracción.
Equipo básico para TIG ó GTAW
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El equipamiento básico necesario para ejecutar este tipo de soldadura está formado por:
1. Un equipo para soldadura por arco con sus cables respectivos.
2. Provisión de un gas inerte, mediante un sistema de mangueras y reguladores de presión.
3. Provisión de agua (solo para algunos tipos de sopletes).
4. Soplete para soldadura TIG. Puede poseer un interruptor de control desde el cual se comanda el suministro de gas inerte, el de agua y el de energía eléctrica.
Esquema de un equipo básico de GTAW, en el cual se puede ver la alimentación y salida de suministro de agua que es utilizado como método de refrigeración. En algunos casos, puede darse sin el suministro de agua correspondiente:
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Esquema de un sistema para soldadura de arco TIG
Para soldar con SMAW, el tipo de corriente o polaridad que se utilicen dependerá del recubrimiento que posea el electrodo, en cambio en GTAW (TIG), la corriente o su polaridad se determina en función del metal a soldar. Es posible utilizar CA y CC (inversa o directa). Los equipos para soldar con GTAW poseen características
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particulares, pero admiten ser utilizadas también con SMAW. Los equipos para soldadura GTAW poseen:
•
Una unidad generadora de alta frecuencia (oscilador de AF) que hace que se forme el arco entre el electrodo al metal a soldar. Con este sistema, no es necesario tocar la pieza con el electrodo.
•
El equipo posee un sistema de electroválvulas de control, las cuales le permite controlar el accionamiento en forma conjunta del agua y el gas.
•
Sólo algunos equipos poseen un control mediante pedal o gatillo en el soplete.
Al efectuar la soldadura con CC, se observa que en el terminal positivo (+) se desarrolla el 70% del calor y en el negativo (−) el 30% restante. Esto significa que según la polaridad asignada, directa o inversa, los resultados obtenidos serán muy diferentes.
Con polarización inversa, el 70% del calor se concentra en el electrodo de tungsteno. De lo dicho se deduce que con el mismo valor de corriente (amperaje), pero cambiando la polarización a directa, se puede utilizar un electrodo de tungsteno de menor tamaño, favoreciendo ello a lograr un arco más estable y una mayor penetración en la soldadura efectuada.
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Sin embargo, la corriente contínua directa no posee la capacidad de penetrar la capa de óxido que se forma habitualmente sobre algunos metales (ej. aluminio). La corriente alterna (CA) tiene capacidad para penetrar la película de óxido superficialmente superficialmente sobre algunos metales, pero el arco se extingue cada vez que la forma sinusoidal pasa por el valor cero de tensión o corriente, por lo que lo consideramos inadecuado. Se encontró una solución a dicho problema superponiendo una corriente alterna de alta frecuencia (AF), la cual mantiene el arco encendido aún con tensión cero.
Características de corriente necesarias para la soldadura TIG de diversos metales:
Como el proceso de GTAW es por arco eléctrico, los primeros sopletes que se utilizaron resultaban de una adaptación de las pinzas portaelectrodo de la soldadura de arco convencional (SMAW) con un electrodo de tungsteno y un tubo de cobre suministrando el gas inerte sobre la zona de soldadura. El soplete actual consta de un mango, un sistema de collar para para la sujeción del electrodo de tungsteno y una sistema
de tobera a través del cual se eyecta el gas inerte. Pueden poseer sistema de
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enfriamiento por aire o por agua . Cuando se utilizan corrientes por debajo de 150 Amperios, se emplea la refrigeración por aire. En cambio, cuando se utilizan corrientes superiores a 150 Ampere, se emplea refrigeración por agua. El agua puede ser recirculada mediante un sistema cerrado con un tanque de reserva, una bomba y un enfriador.
Esquema de un soplete para soldadura TIG
El collar cumple la finalidad de sujetar el electrodo de tungsteno y transmitirle la corriente eléctrica. Los hay de diferentes tamaños, y se usará el más apropiado al
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tamaño de electrodo seleccionado. Estos se encuentran clasificados según el sistema AWS, en el que poseen un código según la aleación con que se encuentran confeccionados:
Los electrodos originalmente no poseen forma. Antes de ser usados se les debe dar forma mediante mecanizado, desbaste o fundido.
Los formatos pueden ser tres: en punta, media caña y bola:
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Formas posibles para electrodos de tungsteno
Los diámetros de los electrodos de tungsteno se seleccionan en función de la corriente empleada para la realización de la soldadura.
Rangos de corriente admisibles para cada diámetro de electrodo:
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Las boquillas o toberas cumplen con dos funciones: la de dirigir el gas inerte sobre la zona de la soldadura, y la de proteger al electrodo. Las boquillas o toberas pueden ser de dos materiales diferentes: de cerámica y de metal. Las boquillas de cerámica son utilizadas en los sopletes con enfriamiento por aire, mientras que las metálicas son las utilizadas en los sopletes con enfriamiento por agua .
Comenzando a usar un Sistema TIG ó GTAW
Este sistema de soldadura (arco de tungsteno protegido por gas) no posee diferencias significativas respecto a lo que ocurre en el punto de soldadura con los sistemas por arco, aunque posee mucho de los sistemas de soldadura por gas.
Puntos principales a tener en cuenta:
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•
Antes de realizar cualquier operación de soldadura con TIG, la superficie deberá estar perfectamente limpia. Esto es muy importante ya que en este sistema no se utilizan fundentes o “fluxes” que realicen dicho trabajo y separen las impurezas como escoria.
•
Cortar la varilla de aporte en tramos de no más de 450 mm. Resultan más cómodas para maniobrar. Antes de su utilización, se deberán limpiar trapeando con alcohol o algún disolvente volátil. Aún el polvillo contamina la soldadura.
•
Si se es diestro, deberá sostener el soplete o antorcha con la mano derecha y la varilla de aporte con la mano izquierda. Si se es zurdo, se deberán intercambiar los elementos de mano.
•
Tratar de adoptar una posición cómoda para soldar, sentado, con los brazos afirmados sobre el banco o mesa de trabajo. Se debe aprovechar que este sistema no produce chispas que vuelen a su alrededor. Utilizar los elementos de protección necesarios (casco, lentes, guantes, etc.). A pesar de que la luz producida por la soldadura TIG no parezca peligrosa, en realidad lo es. Ella posee una gran cantidad de radiación ultravioleta peligrosa.
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•
Se deberá estimar el diámetro del electrodo de tungsteno a utlizar en aproximadamente la mitad del espesor del metal a soldar.
(mirar a ver si tengo fórmulas) •
El diámetro de la tobera deberá ser lo mayor posible para evitar que restrinja el paso de gas inerte a la zona de soldadura.
•
Deben evitarse corrientes de aire en el lugar de soldadura. La más mínima brisa hará que las soldadura realizada con TIG se quiebre o fisure. Además, puede ser que por efecto del viento, se sople o desvanezca el gas inerte de protección.
•
Para comenzar la soldadura, el soplete deberá estar a un ángulo de 45° respecto al plano de soldadura. Se acercará el electrodo de tungsteno a la pieza mediante un giro de muñeca. Se deberá mantener una distancia entre el electrodo y la pieza a soldar de 3 a 6 mm (1/8” a 1/4”). Nunca se debe tocar el electrodo de tungsteno con la pieza a soldar . El arco se
generará sin necesidad de ello.
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Forma correcta de comenzar el arco con un sistema TIG
•
Calentar con el soplete hasta generar un punto incandescente. Mantener alejada la varilla de aporte hasta tanto no se haya alcanzado la temperatura de trabajo correcta. Una vez logrado el punto incandescente sobre el material a soldar, adicionar aporte con la varilla metálica, realizando movimientos hacia adentro y hacia fuera de la zona de soldadura (llamado picado). No se debe tratar de fundir el metal de aporte con el arco. Se debe dejar que el metal fundido de la pieza lo absorba. Al sumergir el metal de aporte en la zona de metal fundido, ésta
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tenderá a perder temperatura, por lo que se debe mantener una cadencia en la intermitencia empleada en la varilla de aporte. Si a pesar de aumentar la frecuencia de “ picado” la zona fundida pierde demasiada temperatura, se deberá incrementar incrementar el calentamiento. calentamiento.
Esquema ilustrando la ubicación de la varilla de aporte
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•
El material de aporte deberá ser alimentado en forma anticipada al arco, respetando un ángulo de 10° a 25° respecto al plano de soldadura, mientras el soplete deberá tener un ángulo de 90° respecto al eje perpendicular al sentido de la soldadura y ligeramente caído en el eje vertical (aproximadamente 10°). Es muy importante que el ángulo de alimentación del aporte sea lo menor posible. Esto asegura una buena protección del gas inerte sobre el metal fundido y reduce el riesgo de tocar la varilla con el electrodo de tungsteno.
Angulos de la varilla de aporte y del soplete
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•
Antes de la realización de la costura definitiva, es aconsejable hacer puntos de soldadura en varios sectores de las piezas a soldar. De esta forma se evitarán desplazamientos en la unión por dilatación.
Esquema de las distintas corrientes que se pueden emplear con este tipo de soldadura:
Esquemas ilustrando las dos polaridades posibles de CC se pueden observar las
dos polaridades posibles en corriente continua: la directa y la inversa. Se pueden ver también la dirección de los iones desde y hacia la pieza.
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Esquema ilustrando un sistema TIG con CA. En estas condiciones, se cumplirá
en el semiciclo positivo y en el negativo lo explicado para corriente continua, repitiéndose en forma alternativa.
Información específica necesaria para efectuar soldaduras del tipo TIG en diversos metales:
- Hierro Hierro y Acero al Carbono:
Como ambos pueden ser soldados con TIG utilizando el mismo procedimiento:
1) Utilizar una varilla de aporte apropiada.
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2) Utilizar CC directa.
3) Utilizar, si se dispone, el equipo de alta frecuencia.
4) Utilizar, si se dispone, el sistema de refrigeración por agua.
5) Ajustar el control de corriente a 75 Ampere para espesores de acero de 1,6 mm.
6) Comenzar a soldar.
-Acero Inoxidable:
El procedimiento TIG utilizado para la soldadura de aceros inoxidables es similar al relizado para hierro y acero al carbono. La única diferencia radica en la necesidad de realizar una purga de oxígeno del lado trasero del material a soldar. Ello es indispensable para evitar que el metal fundido se cristalice en contacto con la atmósfera. Este efecto debilita considerablemente la soldadura y el metal de base cercano a la unión. Para lograr desplazar al oxígeno de la parte trasera de la soldadura, se pueden utilizar dos sistemas. Uno consiste en utilizar un flux especial para este tipo de situaciones. El otro sistema consiste en desplazar el oxígeno mediante el uso de gas inerte. Para ello, se debe de acondicionar la pieza a soldar.
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La cámara trasera para purga de oxígeno puede ser realizada con cartón y cinta de enmascarar. Se deberá alejar esta construcción auxiliar de las zonas de alta temperatura.
Construcción auxiliar para purga de gases atmosféricos
-Titanio:
Para lograr hacer soldaduras con TIG sobre titanio, se deberá utilizar el mismo procedimiento usado para hierros y aceros. A pesar de ello, no todas las aleaciones conteniendo titanio pueden ser soldadas con este sistema. Ello se debe a la gran suceptibilidad que el titanio posee ante posibles contaminantes. A su vez, el titanio caliente reacciona con la atmósfera causándo fragilidad en su estructura cristalina. cristalina. Si las cantidades de carbón, oxígeno y nitrógeno presentes en el metal son altas, el grado de contaminación será el causante de que no se pueda realizar la unión deseada sobre el titanio. El punto fundamental a tener en cuenta es que el titanio desde una temperatura ambiente normal (25 °C) hasta los 650 °C, reacciona absorbiendo nitrógeno y oxígeno
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del aire. Para lograr fundir el titanio a unir, se deberá alcanzar una temperatura cercana a los 1.800 °C. Con esto, es evidente que el metal adquirirá suficientes agentes contaminantes como para que la soldadura falle. El sistema a aplicar para desplazar los gases de la atmósfera deberá ser similar al del acero inoxidable, pero será importante el ciclo de enfriamiento. Se deberá esperar, antes de suprimir el flujo de gas inerte, a que la temperatura del metal haya descendido naturalmente por debajo de los 400 °C.
-Aluminio:
La metodología para la soldadura con TIG del aluminio resulta ligeramente distinta a la del acero. Los ajustes del equipo son diferentes, y la característica más dificil de controlar es que el aluminio no cambia de coloración cuando llega a su temperatura de fusión.
Los pasos a seguir para lograr soldar sobre aluminio son:
1) El área a soldar deberá estar lo más limpia posible, y deberá estar libre de óxido de aluminio. Esta limpieza se deberá efectuar un momento antes de efectuar la soldadura. El óxido de aluminio se forma sobre la superficie del aluminio muy rápidamente, y no se percibe su exixtencia a simple vista. La limpieza se puede realizar mecánicamente (cepillo de cerdas de acero inoxidable, tela esmeril o fibra abrasiva) o químicamente (inmersión en soda cáustica al 5% durante 5 minutos).
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Luego lavar con agua jabonosa y enjuagar con abundante agua. Secar el área a soldar con alcohol, acetona o algún solvente volátil.
2) Para la unión de piezas de aluminio forjado o fundido, realizar una unión con borde achaflanado con forma de V, para lograr una mejor penetración. Si se suelda chapa laminada de más de 1,5 mm, también se recomienda realizar el mismo tipo de unión.
3) Antes de tratar de soldar cualquier tipo de aleación de aluminio, asegurarse que la aleación en cuestión permite dicha operación.
4) Se deberá trabajar con CA, con alta frecuencia.
5) De disponerse, se deberá habilitar la refrigeración por agua.
6) Ajustar la corriente a 60 Amperios.
7) Se deberá utilizar electrodo de Tungsteno Puro, o con un 2% como máximo de Thorio. El Thorio contamina la costura en las soldaduras de aluminio.
8) Se deberá utilizar varilla de aporte 4043 (material de aporte desnudo, sin flux, para soldadura TIG de aluminio).
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9) En casos de piezas de gran tamaño, se recomienda el precalentamiento ya que facilita la realización de la soldadura. Esto no resulta indispensable ya que el calor que se produce en la zona de la soldadura es suficiente para mantener la pieza caliente.
-Magnesio:
El magnesio arde y puede soportar su propia combustión. El agua o los matafuegos de polvo no extinguen el incendio provocado por magnesio. En términos prácticos, la única forma en que se puede extinguir el fuego es dejar que se consuma todo el metal. Por lo tanto, cuando se requiera soldar magnesio, se debe realizar en un lugar abierto, lejos de todo material inflamable. Si por cualquier circunstancia este se incendia, el soldador debe de alejarse y dejarlo consumir, ya que es probable que no se pueda parar su combustión. Como con otros metales, el magnesio se deberá limpiar para eliminar todo resto de suciedad y corrosión en la zona a soldar con TIG. Utilizar para remover el óxido blanquecino característico un cepillo de acero inoxidable o bien una viruta de aluminio o de acero. Si esto resultara insuficiente, se usarán productos químicos para su decapado.
Habitualmente los productos químicos para su decapado se utilizan en la siguiente proporción:
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Se deberá sumergir en la solución de decapado y luego lavar por inmersión en agua caliente. Dejar que la pieza se seque al aire antes del trabajo de soldadura. No soplar con aire comprimido, puesto que puede llegar a contaminarse con suciedad, agua o aceite. En los casos en que el magnesio se encuentre aleado con aluminio, se produce un fenómeno de fisurado y de corrosión en forma espontánea. Para evitar este inconveniente, las aleaciones despues de ser soldadas deberán ser tratadas termicamente para eliminar las tensiones generadas por efecto de la soldadura. Si no se realiza este paso, se sucederán irremediablemente los efectos de la corrosión y del fisurado.
Valores aproximados para la soldadura TIG del magnesio:
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Valores aproximados de los tratamientos térmicos a realizar sobre piezas de laminación y fundidas confeccionadas con magnesio aleado:
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Estas condiciones de tratamiento térmico se pueden realizar mediante cualquier sistema de calentamiento, preferentemente en un horno o mufla.
SOLDADURA LASER
INTRODUCCIÓN Al PROCESO DE SOLDADURA LÁSER
La palabra láser es un acrónimo de "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". El láser es un haz electromagnético coherente, monocromático y de alta direccionalidad, capaz de concentrar una gran cantidad de energía en un pequeño punto. Esto hace que sea útil para gran cantidad de aplicaciones (perforado, marcado, corte, soldadura…).
Hasta la llegada del láser, la alta velocidad de producción y calidad de soldadura exigidos en los componentes de transmisión únicamente eran alcanzados mediante la técnica de rayo de electrones, por su elevada precisión y alta densidad de energía. Sin embargo, ésta presentaba una serie de desventajas, como la necesidad de cámaras de vacío, sensibilidad al magnetismo y generación de rayos X. El uso del láser permite evitar todos estos inconvenientes sin disminuir la calidad de la soldadura y con un menor coste de operación. Por otra parte, el láser resulta mucho más flexible para tecnologíass 3D (procesado de chapas para carrocería). tecnología Cuando un rayo láser de CO2 incide sobre una superficie metálica durante una soldadura la mayoría de la energía es reflejada por ésta, ya que los metales suelen
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reflejar la energía de 10.600 nm. Sin embargo, cuando la intensidad de energía supera los 105W/cm2 la pequeña cantidad de energía absorbida es suficiente para calentar la superficie del metal y producir un vapor parcialmente ionizado, comúnmente llamado plasma, entre la fuente del láser y la pieza. La formación de este plasma favorece la transferencia de energía del láser sobre las piezas a soldar. El objetivo de la soldadura láser consiste en crear un baño fundido de metal por absorción de la energía incidente y en propagar este baño a lo largo de la junta. Las dimensiones del baño fundido así como la presencia de vapores metálicos influyen de forma significativa sobre la calidad de la soldadura. Existen fundamentalmente dos modos de realizar la soldadura láser: Soldadura por conducción
La energía del láser se concentra sobre la junta fundiendo el material que se encuentra a ambos lados, el cual se vuelve a enfriar rápidamente quedando soldada la junta. La superficie del baño fundido no se "rompe" con el rayo láser, a diferencia de la soldadura con penetración en la cual la superficie se abre para dejar paso al rayo láser.
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Soldadura por conducción
Soldadura por penetración o por "keyhole"
Soldadura láser por Keyhole
Algunas de las ventajas de la soldadura láser frente a otros procesos de soldadura son:
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•
Con la soldadura láser por "keyhole" pueden alcanzarse profundidades de penetración mayores que con otras técnicas.
•
Requiere menos preparación de juntas y en la mayoría de los casos no se requiere metal de aportación.
•
Permite la soldadura de varias capas de material con una sola pasada debido al alcance de la profundidad de penetración.
•
Permite la localización exacta de la soldadura sobre la junta, presentando éstas grandes resistencias a tracción y a fatiga.
•
Distorsión reducida de las piezas soldadas y zona alterada por el calor pequeña, en comparación con otras técnicas de soldadura.
•
Accesibilidad a áreas no permitidas por otras técnicas y fácil automatización del proceso.
•
Permite alcanzar mayores velocidades, mayor penetración y calidad de la soldadura, y permite soldar juntas que, debido a sus características, resultan difíciles de soldar mediante otras técnicas.
Por otra parte, el proceso de soldadura láser es muy complejo y existen muchos aspectos que influyen en la calidad final de la soldadura. Los más importantes son:
•
Densidad de potencia (fluctuaciones en la calidad del rayo y la distancia focal).
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•
Composición y caudal del gas de protección o shielding gas. Este gas se usa para eliminar el plasma metálico, proteger el baño fundido frente a la oxidación y proteger asimismo la óptica de focalización. Los gases empleados fundamentalmente en la soldadura láser son el He, A y en algunos casos el O2. El caudal de gas a emplear para prevenir la formación del plasma depende de la potencia del láser y de la geometría de la junta. Para chapas planas de acero se aconsejan los siguientes valores para el caudal de gas:
•
Potencia
Caudal
(kw)
(l/min)
Hasta 3
10 - 20
3-5
15 - 30
5 - 10
25 - 40
Velocidad de avance de la soldadura. Para un determinado nivel de potencia, existe una velocidad de avance mínima por debajo de la cual el "keyhole" no es estable. Por otra parte, a mayores velocidades de avance corresponden menores profundidades de penetración.
•
Preparación de la junta a soldar: superficies de la junta, calidad del ajuste y precisión de alineamiento del láser sobre la junta.
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•
Tipo y velocidad con que se introduce el material de aportación.
•
Propiedades físicas del material a soldar (reflectividad, difusividad térmica y temperatura de fusión).
El proceso de soldadura presenta importantes diferencias dependiendo del material y configuración de las superficies que se deseen soldar. Por ello, numerosos estudios sobre soldadura láser se centran en las características y propiedades particulares de un determinado tipo de aleación o configuración: aleaciones más ligeras, metales con propiedades específicas para la industria del automóvil y aeronáutica, cerámicas, materiales no metálicos para otros tipos de aplicaciones, etc. Esto deberá ser considerado a la hora de diseñar el sistema de soldadura láser para una aplicación concreta.
Por ejemplo, la soldadura de chapa recubierta de cinc presenta problemas que deben abordarse mediante técnicas específicas: utilización de un gas de asistencia adecuado para evitar reacciones químicas adversas, control del gap para permitir la salida del vapor que se forma, etc.
La unión de aleaciones de cobre y de aluminio por Nd:YAG y CO2 -muy frecuente en la industria automovilística, aplicaciones eléctricas, electrónicas y
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domésticas- presenta la dificultad de su alta reflectividad, alta conductividad térmica y sensibilidad sensibilid ad al crack.
El acero inoxidable austenítico, por la facilidad con que se suelda, requiere poca energía y permite altas velocidades de avance, evitando con ello que se alteren sus propiedades anticorrosivas. Esto lo hace particularmente útil para tuberías, aplicaciones marinas, etc. Otros materiales introducidos recientemente en los sectores automovilístico y aeronáutico son las superaleaciones, aleaciones de titanio, de alta resistencia estructural… Otros tipos de aplicaciones incluyen la soldadura de metales preciosos, partes compuestas por microcomponentes de cerámica, metal y cristal y muchos otros materiales.
APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA SOLDADURA LÁSER EN EL SECTOR DEL AUTOMÓVIL Introducción Existen distintos tipos de láser dependiendo del medio activo generador del láser. El láser de He-Ne es de baja potencia y en general, no es apto para aplicaciones industriales. En cambio, los de CO2 (medio activo gaseoso) y Nd-YAG (de estado sólido) ofrecen la potencia necesaria para usos industriales (hasta 2 kW en láseres NdYAG, y hasta 15 kW en los de CO2). Ambos son muy utilizados, pero el de CO2 está
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más extendido por su mayor potencia y menor coste por unidad de potencia. El láser de Nd-YAG, en cambio, presenta la ventaja de poder ser transmitido por fibra óptica, lo cual aumenta la flexibilidad del sistema, permitiendo su uso en lugares de difícil accesibilidad, accesibil idad, especialmente para soldadura 3D .
El uso del láser en la industria de la automoción se ha ido incrementando desde la introducción de los primeros láseres con tan solo 50 W de potencia a finales de los años 60, hasta los modernos láseres multikilowatios multikilowatios de CO2 o los Nd-YAG transmitidos por fibra óptica que se utilizan actualmente en muchas cadenas de producción. Entre las muchas aplicaciones del láser a la industria del automóvil se encuentran la soldadura, corte, perforado, marcado y tratamiento térmico de superficies. Los materiales básicos de la industria automovilística son aceros inoxidables y al carbono, y aleaciones de aluminio.
Las principales ventajas que presenta el procesado de materiales por láser frente a los métodos convencionales son las siguientes:
•
Mayor flexibilidad, es decir, adaptabilidad a aplicaciones con mayor diversidad en cuanto a dimensiones geométricas y tipo de material.
•
El efecto térmico sobre la pieza es mucho menor.
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•
La calidad del procesado es alta.
•
Velocidad de producción alta.
•
Fácil integración en sistemas robóticos o herramientas integradas en un CNC.
Distribución por sectores en el procesamiento de materiales por láser
Si bien la aplicación más usada en promedio es la de corte (por ser la más usada en Japón), tanto en Europa como en Estados Unidos es más popular el uso del láser para soldadura. En el País Vasco, las aplicaciones de corte están bastante extendidas, aunque la oferta de servicios es mucho más restringida en 3D que en 2D. En cambio, en el campo de la soldadura no existen aún aplicaciones ni oferta de servicios en el País Vasco, y los centros tecnológicos no están dotados de la infraestructura necesaria.
Aplicaciones
Soldadura de componentes
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En general, se trata de componentes de pequeño tamaño y unidos con bastante precisión. Pueden ser desde circuitos electrónicos y alternadores hasta inyectores de gasolina, componentes de aire acondicionado o elementos del sistema de transmisión como la palanca de cambios. Se utilizan láseres de Nd-YAG y de CO2 y, en algunos casos, también de Nd-cristal. Como caso especial, se puede mencionar la soldadura solder o braze- de los contactos eléctricos mediante diodos láser de alta potencia.
La principal ventaja que presenta el uso del láser recae en su mayor facilidad para acceder a regiones más estrechas, con lo cual se permite la producción de nuevos diseños de componentes más ligeros y estrechos que con otros sistemas de soldadura . Aunque algunos de los sistemas láser utilizados son de hasta 14 kW, lo más habitual es encontrarse en el rango de 5 a 10 kW. Suelen utilizarse sistemas con óptica fija y movimiento de pieza. Generalmente, estos sistemas tienen como máximo 3 ejes, siendo frecuente el uso de ejes rotatorios para componentes de simetría cilíndrica.
Soldadura de chapas de carrocería
La introducción del láser en este campo, iniciada desde mediados de los 70, no ha sido sencilla y aun queda mucho por hacer en este área. Este tipo de soldaduras
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requieren láseres de alta potencia y estaciones de soldadura con sistemas de posicionamiento robotizados considerablemente complejos y de gran tamaño (robots pórtico de cinco ejes, robots de seis ejes que manipulan brazos articulados extensibles para la transmisión del haz láser, o robots articulados con transmisión interna del haz). Requieren, por tanto, una infraestructura para el manejo de las piezas que añade coste y complejidad al sistema.
Sin embargo, la gran cantidad de ventajas que presenta el láser frente a las clásicas instalaciones de soldadura por puntos mediante resistencia eléctrica, hacen que el esfuerzo valga la pena. Entre esas ventajas se encuentran las siguientes: Consistencia e integridad de la soldadura, acceso por un único lado, reducción de la masa y anchura de pestañas, menor extensión de zona afectada por el calor, menor distorsión térmica, aumento de la fuerza estructural y alta velocidad y flexibilidad de diseño. La geometría de unión más utilizada es la de solape.
En General Motors, por ejemplo, existen ya muchas estaciones de soldadura láser para soldar techos, marcos de ventanillas, etc. Una de sus últimas instalaciones en la planta de Mansfield consiste en una estación con dos láseres robotizados de CO2 de 5 kW, capaces de soldar los cuartos de panel interior izquierdo y derecho para varios modelos distintos de coche, disminuyendo a la cuarta parte el espacio ocupado por la anterior instalación de soldadura por resistencia eléctrica, y minimizando el tiempo de
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cambio. Sin embargo, la proporción de estaciones de soldadura láser sigue siendo pequeña frente a las de resistencia eléctrica en este tipo de aplicaciones. Actualmente, la mayor parte de las instalaciones de soldadura láser para este tipo de aplicaciones son de Nd:YAG.
Otro caso especial de este tipo de aplicación es la unión de distintos materiales usados en carrocería (acero chapado en cinc, aluminio y otros compuestos) mediante la preactivación por calentamiento láser de los adhesivos. Este proceso puede sustituir al pre-fixturing por soldadura por puntos con resistencia, evitando sus inconvenientes.
Tailored blank welding
Esta última aplicación consiste en la soldadura de chapas planas de diferente composición y/o espesor previamente al proceso de embutición y corte (Tailored blank welding). Su utilidad reside en la posibilidad de reutilizar los restos que sobran del corte o estampación de otras chapas, así como en unir en una sola pieza secciones de chapa de distintos materiales, usando el más caro solo donde realmente es necesario. Por ejemplo, se pueden unir restos sobrantes del corte de otras piezas para formar una barra de refuerzo lateral en puertas de automóvil: esto requiere una pieza de una cierta longitud y resistencia, pero sin requerimientos estéticos puesto que va en el interior de la puerta y
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no se va a ver, de manera que se puede aplicar este tipo de chapa soldada con un considerablee ahorro de costes. considerabl
El uso de chapas constituidas por diferentes partes de distintas características también supone un ahorro importante en peso y coste de material. Las distintas partes a unir pueden tener desde una distinta composición hasta un diferente grosor o recubrimiento de distintos materiales. Por ejemplo, en ciertos modelos de Cadillac, el cinturón de seguridad va anclado en su parte superior a un pilar central, que debe tener suficiente resistencia. En vez de utilizar un refuerzo soldado en la parte superior de un pilar formado por una única chapa de iguales características en toda su longitud, se puede diseñar un nuevo pilar formado por dos trozos de chapa soldada, siendo el de la parte superior de un mayor grosor para tener más resistencia. Esto redunda en la eliminación del refuerzo, disminución del metal utilizado, un menor utillaje de ensamblaje, etc.
Aunque estas aplicaciones (típicamente, soldaduras de unos 0.8 mm. de espesor) se pueden efectuar con láseres de 1 kW, se usan también láseres de CO2 de alta potencia, de 6 e incluso hasta 14 kW, con el fin de aumentar la velocidad y asegurar una penetración suficiente. Por otra parte, la posibilidad de transmisión del haz por fibra óptica en láseres de Nd-YAG simplifica el diseño de la máquina y permite el uso de robots convencionales para realizar la aplicación. Generalmente, las soluciones que
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emplean este tipo de tecnología son de un coste inferior a las basadas en el láser de CO2 transmitido por espejos. Este tipo de aplicaciones se realiza con sistemas de dos-tres ejes y óptica móvil. La geometría de unión es a tope, lo que requiere una buena preparación y ajuste de los bordes de soldadura. La calidad y eficacia de los utillajes de sujeción es determinante debido a la geometría de unión utilizada.
CONTROL DEL PROCESO DE SOLDADURA LÁSER
Láser CW
Intensidad Valor absoluto Distribución espacial Foco Modo Posición Distribución temporal Modulación Cambio de amplitud
Láser pulsado
Intensidad Energía
del
pulso
Duración
del
pulso
Frecuencia Forma del pulso
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Variables mecánicas Velocidad
de
scan
Aceleración Otras
Caudal
de
gas
Composición Composición del gas
Principales variables en el control de soldadura láser
En los láseres CW una técnica común es modificar la potencia del láser en respuesta a los cambios de las condiciones de soldadura para llevar al sistema a un estado óptimo. Esto constituye la base del "Plasma shielding control" (PSC) desarrollado por Seidel en 1993 y funciona correctamente en los láseres de CO2. Con esta técnica se monitoriza el plasma sobre la pieza y cuando la señal sobrepasa un determinado umbral la acción del láser cesa durante uno o más pulsos hasta que la señal de plasma se disipa. La capacidad de responder a cambios de señal en tiempos inferiores a 1 mseg hacen de él un sistema de control adaptativo real.
La estabilización de la salida del láser juega también un papel muy importante en el control de soldadura láser, aunque las fluctuaciones están siempre presentes debido a la naturaleza aleatoria de las interacciones entre el rayo láser y la pieza. Estas fluctuaciones son especialmente importantes cuando se sueldan materiales con un alto
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índice de reflexión. En 1995 Deinzer describe un sistema de control en lazo cerrado PI(D) que toma la señal de un sensor piroeléctrico. Se consiguieron mejoras en la soldadura de aleaciones de Al con un láser de CO2.
Un sistema más sofisticado combinaba la estabilización del láser mediante un sistema óptico adaptativo con el ajuste del movimiento de la pieza. Con este sistema se corregían los problemas que aparecen en la soldadura 3D con las transiciones de velocidad en las curvas pronunciadas, así como en el arranque de la soldadura.
Esquema de un sistema de diagnóstico y control
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Optimización del proceso al comienzo de un cordón de soldadura
La estabilización del láser puede realizarse también mediante la modulación de la potencia láser. Con este sistema se consigue una mejora de uniformidad en la profundidad de penetración pero sólo cuando se trabaja entorno a frecuencias de 3.5 kHz.
El mantenimiento de la posición focal es también un parámetro fundamental en el control de soldadura láser. Estas variaciones del foco pueden obtenerse mediante ópticas adaptativas o moviendo el elemento de focalización como un todo. En 1994 Bagger, Gong y Olsen desarrollaron un sistema de control en lazo cerrado de la longitud focal basado en redes neuronales utilizando la señal de un fotodiodo. Este sistema era capaz de identificar el punto focal óptimo con un error medio de 0.18mm y una desviación estándar de 0.36 mm.
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Principio de un sistema de control en lazo cerrado basado en la monitorización de un fotodiodo y en redes neuronales
En 1996 Haran desarrolló un sistema de control de foco para Nd:YAG mediante el análisis de la aberración cromática de la luz del plasma que retornaba a través de la fibra óptica.
En 1993 Kinsman y Duley diseñaron un sistema de control adaptativo basado en la aplicación de lógica difusa sobre las imágenes captadas por un CCD. Este sistema era capaz de regular la velocidad de soldadura en función del número de pixeles brillantes existentes en determinadas regiones de la imagen. La potencia del láser y la distancia focal se mantenían constantes en este sistema. El esquema de este control ya se mostraba en el apartado de "Supervisión del baño fundido mediante cámaras".
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En 1994 Derouet, Caillibottle y Kechemair describían otro sistema de control en tiempo real usando imágenes CCD con otros sensores. Colocando un filtro a la cámara CCD podían seleccionarse las longitudes de onda de infrarrojos permitiendo la detección del punto más caliente sobre la pieza, la temperatura de este punto así como la longitud del baño fundido. Aunque no se realizó regulación en lazo cerrado en estos primeros experimentos, los resultados obtenidos permitían aventurar que es posible la regulación de la profundidad del baño fundido a partir de la información extraída de imágenes CCD.
Esquema de un sistema de control realimentado usando campos térmicos
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Por último, un sistema más sofisticado de realizar el control consiste en lo que se denomina "control inteligente" en el cual las señales de entrada se comparan con una base de datos para optimizar la respuesta de salida. En estos sistemas suele dotarse al lazo de control de la inteligencia proveniente de redes neuronales.
Diagrama con la estructura lógica para un sistema de control "inteligente"
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Diagrama de bloques para un sistema de control de la penetración de soldadura láser basado en la emisión acústica
DATALAS: Sistema de Supervisión de Procesos de Soldadura con Láser de CO2
Recientemente se han realizado numerosos estudios encaminados a la medición, supervisión y optimización de los parámetros del proceso y la calidad de la soldadura láser. Como resultado, se han desarrollado sistemas de monitorización del estado, supervisión del proceso y control on-line de la calidad de la soldadura, incluyendo
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técnicas adaptativas y de optimización, introducción de sensores de medición y estudios exhaustivos de la influencia de las variables medibles o controlables del proceso.
El objetivo de cualquier sistema de supervisión y control de soldadura es mejorar la calidad y detectar los defectos producidos en el proceso de soldadura, evitándoloss en la medida de lo posible. Estos defectos pueden tener dos orígenes: evitándolo
- Defectos causados por la preparación preparación del material, lugar de trabajo trabajo o configuración de la junta de soldadura.
- Defectos causados por condiciones cambiantes del proceso debidas a variaciones de los
parámetross reales del láser o de las condiciones del proceso. parámetro
La supervisión del proceso de soldadura puede realizarse a partir del análisis de las siguientes señales:
•
Señales relacionadas con la información del haz láser, pieza o condiciones previas al procesamiento.
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•
Señales originadas por el propio proceso de soldadura.
- Arquitectura de DATALAS - (proyecto “Metodologías para aseguramiento de la calidad en soldadura láser” subvencionado por el Ministerio de Educación y Cultura).
La figura de arriba indica la arquitectura del proyecto realizado entre ROBOTIKER en el campo del control de calidad de procesos de soldadura, en su afán por mejorar la calidad de los procesos de soldadura y los productos patentados DATAMIG (soldadura al arco MIG/MAG) y DATASPOT (soldadura por resistencia a puntos). Para la supervisión de procesos de soldadura con láser de CO2.
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DATALAS, sistema de control de calidad no destructivo para procesos de soldadura con láser de CO2, consta básicamente de los siguientes elementos:
•
Plataforma de adquisición de señales basada en PC y electrónica de acondicionamiento de dichas señales.
•
Cabezal sensorizado para operaciones de soldadura con láser de CO2.
•
Software de supervisión que permite analizar las señales procedentes
del
cabezal de soldadura y diagnosticar la calidad de los cordones de forma on-line con un alto grado de fiabilidad.
El cabezal sensorizado, desarrollado por ROBOTIKER, incorpora los siguientes sensores: •
Fotodiodo. Analiza la radiación visible visible reflejada reflejada por por la pieza durante el proceso
de soldadura. Mediante el
análisis de la señal proporci proporcionada onada por este sensor
es posible detectar defectos típicos del proceso de soldadura.
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•
Sensor OCTAVO. Analiza los siguientes parámetros del haz láser:
Potencia. Diámetro. Posición x-y del rayo Este sensor sensor permite permite detectar detectar anomalías anomalías en la calidad del rayo rayo y realizar, por lo tanto, las operacione operacioness de mantenimiento y puesta a punto en el momento adecuado. De esta forma se pueden eliminar los defectos originados por un mal ajuste o deterioro de los espejos/lentes del camino óptico. Mientras que el fotodiodo proporciona una información excelente para poder realizar la supervisión del proceso de soldadura de forma on-line, el sensor OCTAVO tiene utilidad para poder establecer las operaciones de mantenimiento mediante el chequeo periódico de sus señales. Ambos sensores se complementan de tal forma que permiten realizar un aseguramiento de la calidad en los procesos de soldadura con láser de CO2.
El software de supervisión de DATALAS permite adquirir y procesar las señales provenientes del cabezal sensorizado sensorizado para poder determinar si una soldadura es correcta o no. Las tareas que realiza este software de supervisión son las siguientes:
•
Analiza la señal del fotodiodo una vez finalizado el cordón.
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•
Aplica técnicas de procesamiento y filtrado digital a dicha señal.
•
Compara esta señal con la obtenida obte nida durante una soldadura correcta (señal patrón) y analiza la diferencia entre ambas mediante algoritmos de supervisión.
•
En función de una tolerancia configurable, el sistema es capaz de determinar la probabilidad de que el cordón supervisado sea defectuoso.
Se han realizado pruebas de soldadura láser sobre diferentes materiales para poder validar el sistema y entre los defectos de soldadura que el sistema es capaz de detectar pueden citarse los siguientes:
•
Falta de fusión de material.
•
Gaps en la junta de soldadura.
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•
Cordones fuera de junta.
•
Defectos de junta, mala preparación de bordes.
•
Mala focalización del rayo sobre la junta.
•
Ausencia de gas de protección.
Como ejemplo práctico de supervisión, en la siguiente imagen mostramos la respuesta del sistema frente a la presencia de gaps en la junta de soldadura. Se muestra la señal del fotodiodo junto con una fotografía del cordón de soldadura.
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Monitorización Monitorización de corte y soldadura por láser. Proyecto LASCON. LASCON .
La tecnología láser se ha convertido en una realidad en aplicaciones de corte y soldadura, consolidándose como una alternativa competitiva en gran número de aplicaciones industriales. Sin embargo, la carencia de adecuadas herramientas para el control de calidad y la propia complejidad del sistema láser, que conduce a una disminución de su disponibilidad, están actuando de freno a una implantación más masiva de esta tecnología. Dentro del proyecto se ha desarrollado un sistema que permite la monitoriza monitorización ción en línea del proceso láser y del estado de la máquina que lleva a cabo las operaciones. El sistema permite inspeccionar al 100% la calidad del proceso realizado, permitiendo,
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por tanto, la disminución de los controles de calidad a operación terminada y aumentando el tiempo de disponibilidad de la máquina. El sistema desarrollado dentro del proyecto se ha empleado ya en numerosas aplicaciones de corte y soldadura con láser de chapa de acero.
PROYECTO ROLAN
Se trató de un proyecto que empezó el 1 de Agosto de 1990 y finalizó el 30 de Enero de 1994 participand participandoo en el diversas empresas:
•
KUKA
Empresa alemana fabricante de robots,
sobretodo para cadenas de producción. •
LUMONICS Ltd.
Empresa de Reino Unido.
•
LASER ZENTRUM HANNOVER Alemania.
•
TZN
Alemania.
•
CANDEMAT
España.
•
PSA
Grupo francés de automóviles automóviles que engloba
las marcas Peugeot y Citröen.
SOLDEO EN ESTADO SÓLIDO
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FORJA Es el proceso más antiguo de soldadura. Consiste en calentar los metales a unir en una fragua hasta alcanzar el estado pastoso (1300 º C aprox.) y después pues unirlos a golpe de martillo sobre un Yunque o bigornia.
SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA (ERW) Electrical Resistance Welding
Bajo la denominación de soldadura por resistencia eléctrica, se agrupan una serie de procesos en los que, para conseguir la unión de los metales, se combinan el calor derivado del efecto Joule y una fuerza mecánica. El calor se genera por medio de una corriente eléctrica de elevada intensidad que se hace circular, con la ayuda de sendos electrodos, durante un corto espacio de tiempo a través de la unión que se desea soldar. De acuerdo con la ley de Joule, el calor Q, en julios, será:
Q=I2Rt
en donde: I es la intensidad de la corriente de soldadura, en amperios. amperios.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
R es la resistencia eléctrica de la unión, en ohmios. t es el tiempo durante el cual circula la corriente de soldadura, en segundos.
La fuerza mecánica se aplica a través de la presión ejercida sobre los electrodos antes, durante y después del instante en que circula la corriente de soldadura.
Procesos de soldadura por resistencia eléctrica
Existen diversos procesos de soldadura por resistencia eléctrica. Los más importantes son los siguientes: •
por puntos
•
por resalte o protuberancias protuberancias
•
por roldanas
•
a tope
•
por chispa
•
por alta frecuencia
De ellos los cinco primeros son a frecuencia estándar y el último, como su nombre indica, a alta frecuencia. Por regla general los tres primeros posicionan los metales de base a solape y los tres últimos, a tope.
Soldadura a frecuencia estándar
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Soldadura por puntos
La soldadura por puntos de resistencia es la más utilizada en el ensamblaje de la carrocería. En reparación se trata de devolver las condiciones originales, por eso hablaremos más a fondo de este tipo de soldadura por resistencia eléctrica.
La soldadura por puntos de resistencia es una soldadura autógena (sin aportación de material). Se efectúa mediante presión en caliente (forja), aprovechando el calor producido por la resistencia al paso de corriente que ofrecen las chapas a soldar entre dos electrodos.
Ventajas de la soldadura por puntos de resistencia.
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Rapidez de ejecución.
Sencillez de manejo.
Ausencia de deformaciones.
No necesita repaso. Fácil desmontaje posterior.
Principales componentes de una máquina de soldadura por resistencia.
1. Un transformador capaz de obtener en el circuito secundario tensiones muy bajas con intensidades de corriente de miles de amperios.
-En fabricación del orden de 25000 Amperios -En reparación del orden de 5000 Amperios
2. Pinzas de soldadura.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Pinza de soldadura manual.
(foto cesvi o foto de mecanismos de pinza de soldadura s oldadura automática)
3. Un temporizador capaz de suministrar la energía deseada en un tiempo determinado.
(foto)
Parámetros de soldadura.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Parámetros primarios:
(meter lo de mecanismos)
I. Intensidad de corriente de soldadura. II. Tiempo de paso de corriente. III. Presión ejercida por los electrodos.
Si uno de estos parámetros faltase, la soldadura no se realizaría.
Parámetros secundarios: IV. Dimensiones de las puntas de los electrodos. V. Tiempo de bajada. VI. Tiempo de mantenimiento.
Ahora explicamos todos los parámetros:
I. Intensidad de corriente de soldadura.
El calor necesario para llevar al estado pastoso las superficies a unir depende de la intensidad de la corriente, de la resistencia ofrecida por las chapas y del tiempo de paso de la corriente.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El límite superior de la corriente de soldadura se alcanza cuando el material comienza a salpicar durante el proceso. El límite inferior viene dado por una soldadura deficiente.
Los valores óptimos se encuentran muy próximos al límite de salpicadura.
Además, el rendimiento total obtenido es óptimo, pues toda la energía se invierte en la soldadura y no en calentar las chapas y los electrodos.
Para esto volvemos a la ley de Joule anterior: Q=I2Rt
II. Tiempo de paso de corriente.
El tiempo de soldadura debe de ser lo más corto posible. La calidad de la unión disminuye en proporción inversa al tiempo empleado.
En chapa fina de acero dulce, intensidades de soldadura altas y tiempos cortos proporcionan puntos de calidad.
III. Presión ejercida por los electrodos.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Como se trata de una soldadura no por fusión sino por forja, además de calor, necesitaremos presión para conseguir la unión molecular de las dos chapas en la zona de contacto. La presión debe encontrarse dentro de ciertos valores, para evitar los defectos que puedan originarse por exceso o por defecto. Presiones bajas producirán: •
Forja deficiente.
•
Altas resistencias de contacto.
•
Facilidad para producir agujeros y salpicaduras. salpicaduras.
•
Cráteres y pegaduras en los electrodos.
•
Proyecciones de metal fundido.
Presiones altas producirán:
•
Buena forja (pero un exceso de presión puede expulsar el núcleo de fusión disminuyendo la resistencia del punto).
•
Huellas profundas en las chapas.
•
Partículas de cobre adheridas a la chapa en la zona que rodea al punto.
•
Deformaciones en los electrodos.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Las presiones recomendadas para chapa de acero oscilan alrededor de 10 Kg./mm2
IV. Dimensiones de las puntas de los electrodos.
V. Tiempo de bajada.
Es el tiempo que transcurre desde que se inicia la operación de acercamiento de los electrodos hasta que comienza el paso de la corriente.
En ese tiempo se consigue aproximar las chapas a unir para obtener una buena continuidad.
VI. Tiempo de mantenimiento.
Es el tiempo transcurrido entre el corte de la corriente de soldadura y el levantamiento de los electrodos.
Esta fase posterior de enfriamiento con mantenimiento de la presión garantiza el grado de resistencia. resistencia.
El tiempo de mantenimiento ha de ser como mínimo igual al tiempo de soldadura.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Fases de la soldadura.
1. Colocación de las chapas.
2. Acercamiento de los electrodos (tiempo de bajada).
3. Paso de la corriente (soldadura).
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-176
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
4. Mantenimiento de la presión (tiempo de mantenimiento). mantenimiento). 5. Separación de los electrodos.
6. Colocación de las chapas para el nuevo punto.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------
- 2-1
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Características de los electrodos y portaelectrodos.
Los electrodos deben de reunir tres requisitos fundamentales:
Buena conductividad eléctrica.
Alta resistencia mecánica y tenacidad incluso a temperaturas altas.
Buena conductividad térmica para que la refrigeración sea rápida y efectiva (Se utiliza el cobre).
Existen diferentes formas de electrodos y portaelectrodos:
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------
- 2-0
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Siempre que sea posible, es preciso elegir los portaelectrodos más cortos para evitar:
-Disminución de la presión. -Disminución de la intensidad efectiva.
Portaelectrodos de las dimensiones adecuadas(CORRECTO)
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------
- 2-1
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Portaelectrodos Portaelectrodos demasiado largos (INCORRECTO)
Los electrodos deben de estar perfectamente alineados y deben de ser de las dimensiones correctas:
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------
- 2-2
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Electrodos bien alineados (CORRECTO)
Portaelectrodos Portaelectrodos y electrodos mal alineados (INCORRECTO)
Las dimensiones de la punta de los electrodos influyen en la densidad de la corriente necesaria para poder realizar la soldadura.
El diámetro de la zona de contacto o punta de los electrodos debe ser:
D = 2e + 3 mm siendo e el espesor de la chapa más fina en mm.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Ejemplo: Diámetro de los electrodos para chapas de 0.7mm .
de donde: e = 0.7 mm .
Como :
D = 2 e + 3 mm . = 2 x 0.7 mm . + 3 mm . = 1.4 mm . + 3 mm . = 4.4 mm .
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Para obtener puntos sin marcas en la cara vista de las chapas a unir, se puede interponer una placa de cobre rojo entre la chapa y el electrodo.
En el caso de que se utilizase la misma placa de la masa del equipo hay que asegurarse que esta esté desconectada del mismo.
Refrigeración de los electrodos.
El calor producido en la soldadura aumenta progresivamente la temperatura de los electrodos.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El aumento de la temperatura de los electrodos provoca un calentamiento excesivo de la zona de contacto, una disminución de la calidad del punto y un calentamiento extra del resto de la máquina.
Para evitar que esto suceda, algunos equipos van dotados de un sistema de refrigeración.
En aquellos equipos que no dispongan de este sistema se deberá enfriar los electrodos en un recipiente con agua cada tres o cuatro puntos si soldamos chapas de grandes espesores a alta intensidad, o cada siete si soldamos chapas normales. Se trata con ello de que los electrodos no aumenten su temperatura por encima de los 500 ºC para evitar su reblandecimiento por recocido del cobre.
No enfriar los electrodos en agua cuando estén muy calientes. Dejar enfriar al aire hasta que disminuya su temperatura.
Los electrodos pueden estar refrigerados por agua o por aire.
(dibujo hecho por mi)
Separación entre los electrodos.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La separación de los puntos de soldadura es la distancia entre los centros de los puntos adyacentes.
En el proceso de soldadura de un punto muy próximo a otros puede producirse una derivación de corriente por las soldaduras cercanas, viéndose de esta forma disminuida la intensidad de corriente necesaria para la formación del nuevo punto.
Se recomienda que d esté comprendida entre 30 y 40 mm .
Distancia incorrecta.
Si no tenemos en cuenta este factor, se tiene como consecuencia un consumo excesivo de energía eléctrica ya que, además de la corriente útil de soldadura, se está proporcionando a las piezas una corriente adicional que se pierde a través de los puntos próximos.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Efecto de Shunt
Se corre además el riesgo de obtener soldaduras de muy diferentes calidades según este efecto de derivación sea mayor o menor.
Distancia al borde o recubrimiento.
La distancia al borde o "recubrimiento" es la longitud medida desde el centro de la soldadura al borde de la pieza.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El recubrimiento debe de ser aproximadamente aproximadamente de: De donde:
R = 2,5 x d
R es el recubrimiento. recubrimiento. d es el diámetro de las puntas de los electrodos.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Recubrimiento Recubrimiento incorrecto.
Un recubrimiento insuficiente insuficiente da lugar a:
a. – Expulsión del material fundido por la junta, debilitando la soldadura.
b. – Deformaciones en los bordes de las piezas debido a la presión ejercida por los electrodos.
c. – Deterioro de los electrodos que se ensucian con gran facilidad.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Una variante de la soldadura por puntos es la soldadura por puntos en serie o punto, que consiste en posicionar dos electrodos por el también llamada de doble punto, mismo lado con respecto a los metales base, colocando en el lado contrario un soporte también llamado contraelectrodo (no en todos los casos), contra el cual se pueda ejercer la presión.
Se utiliza también cuando no se tiene acceso por las dos caras.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El circuito de circulación de la corriente de soldadura está constituido: por un electrodo, el volumen de metal base bajo este electrodo, el soporte, el volumen de metal base bajo el otro electrodo y el otro electrodo.
Soldadura de doble punto sin contraelectrodo contraelectrodo
Pistolas de soldadura para doble punto
Para que la soldadura pueda efectuarse, el espesor de la chapa inferior ha de ser igual o mayor al de la chapa superior para evitar el cortocircuito a través de esta última.
Soldadura por empuje
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La soldadura por empuje es la que se realiza con un solo electrodo aplicado en una chapa, y una masa de superficie amplia aplicada en la otra.
Los puntos por empuje son los menos resistentes, dado que la chapa se abomba hacia afuera al calentarse y el material superior se une al inferior en un área muy reducida. Estos puntos carecen muchas veces de la resistencia suficiente, al no poder alcanzarse la presión de apriete requerida.
Control de calidad Una forma de reconocer la calidad del punto es fijándonos en su color:
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Los ensayos de rotura a tracción de una probeta soldada proporcionan información más exacta sobre la calidad del punto.
El punto de soldadura está bien realizado cuando es arrancado con deformación del material base.
Un punto que se desprende reventando no será válido.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La prueba se realiza tanto a tracción como a cizalladura.
Defectos de la soldadura por puntos: Causas
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Soldadura por resaltes o protuberancias protuberancias
La soldadura por resaltes es una variante de la soldadura por puntos. Consiste en practicar previamente resaltes en uno de los metales base, y a veces en ambos, en los lugares donde se desea que exista un punto de soldadura. El objeto de los resaltes es una mejor distribución de la corriente y concentrar el área de aplicación de la fuerza ejercida por medio de los electrodos.
En este proceso los electrodos son de mayor diámetro que en la soldadura por puntos, pues habitualmente cubren a la vez varios resaltes. Se aplica a una variedad de componentes, normalmente de formas complicadas, cuyos espesores oscilan entre 0,5 y 6 mm. Los resaltes suelen hacerse por embutición hasta 2,5 mm. y por mecanizado, para espesores mayores de 2,5 mm.
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Soldadura por roldanas
La soldadura por roldanas, es una variante de la soldadura por puntos en la que éstos se sueldan solapados, dando lugar a una costura estanca. En este proceso los electrodos son roldanas qué, además de aplicar la fuerza y la corriente, arrastran en su giro a los metales base. Para lograr que los puntos de solapen existen máquinas que disponen de un sistema de corriente pulsada o modulada, para que cuando un punto va a salir del área de cobertura de las roldanas se establezca una nueva aportación de corriente para soldar el siguiente siguiente punto. Su principal aplicación es la fabricación de recipientes de espesor de pared comprendido entre 0,05 y 3 mm .
Ejemplo de roldanas para la fabricación de bidones entre 50 y 220 litros. Con un espesor de chapa entre 0.6 y 1.2 mm.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El solape de la junta suele ser de 3 mm. La presión de trabajo aplicada en las roldanas está comprendida entre 250 y 500 Kg. La tensión entre 7 y 12v.
Ejemplo de roldana para la soldadura de hojalata, para la fabricación de envases de uso doméstico. El solape de la junta suele ser de 3 mm. y solo en algunos casos llega a 0.5 mm. Las presiones de trabajo raramente alcanzan los 100Kg. La tensión aplicada está entre 1.5 y 6 v. La intensidadad entre 1500 y 4500 A.
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La velocidad de soldadura varía según la frecuencia: 12 metros/min. para una frecuencia de 50 Hz. 25 metros/min. para una frecuencia de 150 Hz. 30 metros/min. para una frecuencia de 250 Hz.
En este caso las roldanas de cobre tienen una garganta –como una polea- por la que se le hace pasar un hilo de cobre que suele tener aproximadamente 1mm 2 de sección, el cual es reciclable y antes de entrar en la roldana se perfila de forma especial, trapezoidal o cilíndrica mediante unos rodillos que hacen la función de laminado. La desventaja de este proceso es el continuo deterioro de las roldana de cobre, por el estaño fundido procedente del recubrimiento.
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Soldadura a tope
Los metales base se sitúan, mediante mordazas, con los extremos a soldar enfrentados a tope. Las mordazas, de material conductor, constituyen los electrodos de este proceso. Las superficies de contacto deben ser paralelas y estar muy limpias. Tras hacer pasar las corriente y al ejercer la presión se produce un ensanchamiento de la zona soldada, ofreciendo un aspecto de barril. Este ensanchamiento se debe a que los metales base de la zona de soldadura, en estado pastoso fluyen hacia el exterior. Su principal aplicación es la soldadura de secciones rectas de alambres, barras, tubos y perfiles. Sus límites están comprendidos entre secciones de 100 mm 2 y 300 mm2, dependiendo de la potencia de la máquina.
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Soldadura por chispa
La soldadura por chispa, opera de la misma manera que la soldadura a tope, con la única variante de que la fuerza aplicada durante la fase de posicionamiento es muy pequeña y, por tanto, el contacto de las superficies a soldar sólo se produce en determinados puntos. La corriente de soldadura se concentra en estos puntos, provocando su rápida fusión y estableciendo multitud de arcos eléctricos o chispas, que calientan más rápidamente los materiales con un consumo de energía mucho menor.
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Las superficies a soldar, a diferencia de la soldadura a tope, no es necesario que sean paralelas y se encuentren limpias. Al ejercer la presión y fluir el metal líquido hacia el exterior se expulsan los óxidos, inclusiones gaseosas y escorias. En este proceso, el abultamiento de la zona soldada es menor. Sus aplicaciones son las mismas que las de la soldadura a tope, pero con una sección máxima mucho más elevada. En este sentido, una aplicación típica es la soldadura en taller de vías de ferrocarril.
Soldadura por alta frecuencia
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Este proceso a diferencia de los otros, utiliza una corriente eléctrica de frecuencia comprendida entre 10.000 y 500.000Hz. La principal ventaja de la soldadura por alta frecuencia sobre la estándar se debe a que sólo se calientan, por efecto Kelvin, las superficies de la unión a soldar, debido al cual se genera en el interior de los metales base a una fuerza electromotriz que se opone a la circulación de la corriente de soldadura, impidiendo que ésta penetre en el material y obligándola por tanto, a circular superficialmente. Esta fuerza electromotriz produce el efecto de auentar la resistencia eléctrica de los metales base, aumento que se acentúa a medida que se incrementa la frecuencia. Sus principales aplicaciones son la soldadura longitudinal y helicoidal de tubería y la soldadura de aletas y tetones a tubos. Sus límites, en cuanto a espesores, se ecuentran comprendidos comprendidos entre 0,125 mm. y 25 mm.
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IMPERFECCIONES DE LAS UNIONES
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Las imperfecciones son anomalías o irregularidades que se presentan en la unión soldada .
Se consideran como defecto cuando por su magnitud o localización puedan provocar el fallo de la unión.
Las causas que pueden originar estas imperfecciones son, entre otras, una inadecuada:
•
Preparación, disposición o limpieza de las piezas a unir.
•
Ejecución de la soldadura .
•
Soldabilidad del metal base.
•
Elección de los consumibles ( gases, metal de aporte...).
Los principales defectos que se producen en el soldeo están clasificados en los siguientes grupos
1. Grietas.
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2. Cavidades.
3. Inclusiones sólidas, ( escoria ,óxidos...)
4. Falta de fusión y de penetración.
5. Imperfecciones Imperfecciones de forma y dimensión. dimensión.
6. Otras imperfecciones. imperfecciones.
Una soldadura podrá o no cumplir una norma , es decir podrá ser aceptada o rechazada. Se aceptara si las dimensiones de sus defectos están por debajo de lo establecido en la norma aplicable en función del nivel de calidad considerado.
Las dimensiones de las imperfecciones en estas normas se establecen en función del espesor de las piezas, de la garganta de las soldaduras en ángulo o de alguna dimensión de la soldadura como su anchura o la profundidad, de forma que las imperfecciones pueden ser mayores cuanto mayores sean estas dimensiones, pero existiendo en cualquier caso un máximo para cada imperfección de forma que aunque el espesor de las piezas sea muy elevado no se pueda superar este valor.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La elección del nivel de calidad para cualquier aplicación debe tener en cuenta las consideraciones de diseño, estados tensionales, condiciones de servicio y consecuencias del fallo. También influyen los factores económicos
Grietas.
Son el efecto de una rotura local incompleta.
Ningún código de diseño admite este tipo de defecto, ya que cuando la construcción soldada se someta a la carga para la que ha sido diseñada la grieta crecerá y provocara su rotura catastrófica. catastrófica.
Las grietas puede esta localizada en: •
El metal base.
•
La zona afectada térmicamente.
•
La zona afectada térmicamente y el cordón de soldadura, es decir en el acuerdo de la soldadura
•
El cordón de soldadura
•
El cráter de soldadura
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Pueden ser paralelas al cordón de soldadura, denominándose longitudinales, o pueden ser perpendiculares a éste, denominándose transversales. También pueden aparecer en grupo en forma de estrella.
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Las causas más probables de la existencia de grietas son.
•
Soldar con excesiva intensidad.
•
Enfriamiento Enfriamiento rápido de la soldadura
•
Soldar con un embridamiento embridamiento excesivo.
•
Existir tensiones residuales en el metal base.
•
Inadecuado e insuficiente material de aportación.
•
Mala secuencia de soldeo que provoque excesivas tensiones y deformaciones.
•
Metal base de mala soldabilidad
•
Finalizar el cordón de soldadura retirando el electrodo de forma rápida y brusca. (grietas de cráter ).
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Cavidades
Las sopladuras son cavidades formadas por inclusiones gaseosas.
Se pueden distinguir: distinguir:
•
Sopladuras de forma esférica denominados poros.
•
Sopladuras vermiculares , es decir en forma de gusano que se forman al escapar el gas cuando existe una alimentación continua de éste y la velocidad de solidificación es muy rápida.
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Las sopladuras y poros pueden disponerse de forma aislada, alineados o agrupados, siendo siempre menos perjudiciales los primeros que los agrupados o alineados. También pueden ser superficiales , por tanto visibles.
Si el cordón de soldadura presenta una ligera porosidad puede no presentar en la realidad un defecto grave , sobre todo si tienen forma esférica. Se permiten por tanto poros y sopladuras en los códigos de construcción o en las normas de calidad, limitándose sus dimensiones en función del nivel de calidad requerido.
Las causa mas probables de la existencia de poros y sopladuras son:
•
Falta de limpieza en los bordes
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•
Intensidad excesiva
•
Revestimiento del electrodo húmedo
•
Empleo de electrodos con el extremo si recubrimiento.
•
Condiciones atmosféricas desfavorables: excesivo viento
•
Mala técnica operatoria
•
Equipo de soldeo en mal estado.
•
Gas de protección inadecuado o insuficiente.
Inclusiones sólidas
Inclusiones de escoria : es decir residuos del revestimiento del electrodo o del fundente. La importancia de este defecto depende del tamaño de la inclusión de escoria y de la distancia que exista entre las inclusiones. cuando el nivel de calidad exigido es elevado sólo se admiten inclusiones menores a 1\3 del espesor de la soldadura.
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•
Óxidos metálicos : aprisionados durante la solidificación, solidificación, por rjemplo: óxido de aluminio.
•
Partículas de metal extrañas : aprisionadas en el metal fundido; puede ser de volframio, cobre u otro metal.
En ningún caso se admite la inclusión de volframio ni de cobre, normalmente la de óxidos tampoco se admite.
Causas más probables:
•
Soldeo con intensidad muy baja en el caso de escoria y con intensidad demasiado alta para el caso de inclusiones de volframio en el soldeo TIG.
•
Contaminación del baño de fusión.
•
Mala preparación de la unión: poca separación entre las chapas o bisel con ángulo pequeño.
•
Falta de limpieza de la escoria, sobre todo al realizar soldaduras de varias pasadas.
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•
Inclinación incorrecta del electrodo o inadecuado balance de éste.
•
Arco demasiado largo.
•
Protección deficiente del baño de soldadura que favorece la aparición de óxidos.
Falta de fusión y de penetración
Falta de fusión : la falta de fusión es la falta de unión entre el metal base y el metal depositado, o entre dos cordones consecutivos de metal depositado. Es decir se produce una pegadura y no una verdadera unión.
Este defecto es muy peligroso y por tanto normalmente no es aceptado.
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Las causas más probables son:
•
Arco demasiado largo
•
Intensidad baja
•
Velocidad de desplazamiento excesiva
Falta de penetración : es una falta de fusión en la zona que se conoce como raíz de la solda soldadur dura. a. Este Este tip tipoo de de imp imperf erfecc ecció iónn ttamb ambién ién es peligr peligroso oso y solo solo se admite admite en los niveles de calidad moderado e intermedio.
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Las causas más probables son:
•
Baja intensidad de soldeo
•
Excesiva velocidad de soldeo
•
Separación en la raíz muy pequeña
•
Electrodo de diámetro demasiado grande
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•
Desalineamiento entre las piezas
Imperfecciones de forma y dimensión
Mordedura: es una falta de metal en forma de surco de longitud variable en cualquiera de los bordes del cordón.
Solapamiento: exceso de metal depositado que rebosa sobre la superficie del metal base sin fundirse con él.
Sobreespesor excesivo: es un exceso de metal depositado en las pasadas finales.
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Exceso de penetración: es un exceso de metal depositado en la raíz de la soldadura.
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Falta de alineación : es una falta de alineación de las dos piezas soldadas.
Falta de metal de soldadura: canal longitudinal continuo o discontinuo en la superficie de la soldadura.
Perforación: hundimiento del baño de fusión. No son permitidos.
Rechupe: son cavidades debidas a la contracción del metal durante su solidificación.
Empalme defectuoso: irregularidad local de la superficie de la soldadura en la zona de empalme de dos cordones.
Anchura irregular: soldadura con anchura diferente en distintas partes de la soldadura.
Otras imperfecciones:
•
Cebado del arco
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•
Salpicaduras o proyecciones
•
Desgarre local
•
Marca de amolado o de burilado
•
Amolado excesivo
Consecuencias de las imperfecciones de las soldaduras:
Mala calidad de la estructura soldada y por tanto posible rotura de la misma.
Mayor tiempo invertido (al tener que reparar).
Mayor coste ( por la reparación o rechazo y demora en el plazo de entrega).
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INSPECCIÓN DE UNIONES SOLDADAS
1. Inspección por líquidos penetrantes 2. Inspección radiográfica
>Líquidos penetrantes : las primeras utilizaciones de líquidos penetrantes para el ensaño de materiales data de los años 30. En estos casos se utilizaba aceite disuelto en queroseno como penetrante y tras eliminar su exceso se espolvoreaba la pieza con cal, se la hacía vibrar u el penetrante retenido en las grietas salía al exterior produciendo una indicación sobre el fondo blanco creado por cal. Sin embargo, este método no daba buenos resultados cuando las discontinuidades eran pequeñas. La inspección con líquidos penetrantes sirve para detectar defectos que se encuentren en la superficie de la pieza tales como grietas en la superficie o cavidades. Sirven para materiales férreos como no férreos que no sean porosos. La forma de realizar el ensayo consiste en aplicar un líquido de impregnación que se introducirá por capilaridad en los defectos existentes, después se elimina el exceso de penetrante y a continuación se aplicará un líquido revelador que extraerá el
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líquido de impregnación que haya quedado introducido en los defectos, así podremos observar donde están las imperfecciones las imperfecciones de la pieza. La característica más importante de los líquidos penetrantes, como su nombre indica, es penetrar fácilmente en discontinuidades finas. Aunque también hay otras características características como: • • •
Tener un color que permita la fácil visión. No ser muy volátil. Ser fácil de eliminar, pero a su vez no se elimine el penetrante que se encuentra dentro de las discontinuidades.
•
Emerger con rapidez al aplicar un revelador.
•
No ser inflamable ni tóxico ni de olores fuertes.
•
No variar su composición al contacto con los materiales a trabajar.
•
Ser económico.
Los líquido penetrantes tienen que tener una sensibilidad que no sea alterada cuando el defecto no se encuentre limpio de impurezas, es decir, si la grieta que buscamos tiene; óxido, aceite, etc, le será más difícil penetrar en ella. Por ello tiene que tener capacidad para disolver esos cuerpos extraños que se encuentre y que cuando apliquemos el revelador se produzca ese contraste que nos indique el defecto que buscamos, si le hubiese. Los líquidos penetrantes pueden ser fluorescentes o coloreados. Los primeros se muestran fluorescentes al aplicarles luz negra o rayos UVA, este tipo de radiación no es
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visible por el ojo humano pero los líquidos la absorben y la devuelven en una longitud de onda visible para el ojo humano. Los coloreados son disoluciones de pigmentos que al aplicarlos el revelador hacen un contraste lo más visible posible por muy pequeñas que sean las cantidades de revelador y del líquido.
>Los reveladores: es un elemento que se encarga de dar visibilidad a una indicación producida por el penetrante introducido en el defecto, suelen ser polvos muy finos que se aplican sobre la superficie donde hayamos aplicado el penetrante. Cuando aplicamos el revelador actúa como un papel secante extrayendo el líquido penetrante que haya quedado en los defectos. También forma una base favoreciendo que el penetrante se extienda y dé visibilidad aumentando el contraste. Los reveladores húmedos aumentan la cantidad de penetrante extraído de los defectos y acortan el tiempo necesario para que la indicación se haga visible. Los reveladores tienen que tener una serie de propiedades que son: •
Tener gran poder de absorción que garantice su función secante.
•
Estar constituido por polvos muy finos para que se produzca una buena definición de los defectos.
•
Cubrir lo mejor posible para favorecer los contrastes.
•
Ser de fácil aplicación y eliminación al terminar la inspección.
Los reveladores pueden ser secos o húmedos.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Los secos tienen que tener buena consistencia y adherirse relativamente relativamente a la pieza en una capa fina para no dificultar la detección de discontinuidades menores. Los húmedos son mejores que los secos porque no forman grumos y llegan a zonas donde éstos no pueden. Aunque son de menor sensibilidad por no conseguir una suspensión adecuada. Para conseguir unos buenos resultados al realizar operaciones con líquidos penetrantes hay que limpiar bien las superficies, luego aplicaremos el líquido penetrante, eliminaremos eliminaremos el exceso de penetrante, lo secaremos, aplicaremos el revelador y esperaremos a ver los resultados de la inspección. inspección.
>Inspección radiográfica: prácticamente desde su descubrimiento por Rontgen en 1896 los rayos X se utilizaron para obtener información de objetos de naturaleza industrial, sin embargo el desarrollo de la radiografía se dirigió al principio en el campo médico. Su uso como fines industriales no se generaliza hasta los años 20. También por entonces es cuando comienza a ensayarse el empleo, con fines radiográficos, las primeras fuentes de rayos gamma. Si en la radiología se trata de obtener imágenes de un elemento a través de su materia con una calidad suficiente, no es menos importante poder utilizar esa radiografía en los procesos de inspección, reparación u otros en los que se emplea. Así que es tan importante la obtención de una buena imagen como la capacidad de evaluación y archivo de ésta.
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En líneas generales podemos considerar el campo de la radiografía industrial dividido en dos grandes ramas, radiografía mediante rayos X y radiografía mediante rayos gamma. Esta última se ha hecho familiar el nombre de “gammagrafía”. La diferencia fundamental entre rayos X y rayos gamma hay que buscarla en su generación respectiva. En el primer caso la radiación se produce por medios electrónicos y en el segundo por procesos nucleares de naturaleza incontrolable. En cualquier caso se trata de radiaciones semejantes a la luz, de la que se diferencian en su color o longitud de onda. A los rayos X se les suele llamar con mucha propiedad “radiaciones penetrantes” porque penetran o atraviesan los cuerpos opacos, de modo semejante a como la luz con los cuerpos trasparentes. De esta propiedad se saca partido en la obtención de imágenes que informan acerca de la estructura interior, por ejemplo, de la presencia de cavidades.
Una radiografía es una “sombra” del objeto que se proyecta mediante un haz de rayos X o gamma sobre una lámina de material sensible a dicha radiación. La sombra proyectada es la imagen virtual del objeto. objeto. Si ésta permanece durante durante un cierto tiempo, llamado tiempo de exposición sobre el material sensible se origina en éste una imagen latente, todavía invisible. La imagen latente se visualiza mediante un proceso químico de revelado y posterior fijado. El resultado es la radiografía del objeto. Esta descripción corresponde a materiales de tipo fotográfico que son los más empleados.
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A veces la radiación sobre el material sensible, origina en éste, directamente, una imagen no permanente, como en el caso de las pantallas fluoroscópicas respecto a las que no tiene sentido el tiempo de exposición ni el revelado, como es natural.
>Los rayos X: se producen mediante aparatos eléctricos que trabajan bajo tensiones muy altas de centenares de miles de voltios, son esencialmente semejantes a la
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luz, si bien, son portadores de una mayor energía lo que les hace ser mucho más ultravioletas que los propios rayos ultravioletas. Son indivisibles, se propagan en línea recta y a la velocidad de la luz. No es posible desviarlos por medio de una lente pero si por medio de una red cristalina (difracción). Son capaces de destruir o deteriorar las células vivas y atraviesan la materia en mayor o menor medida en función de la naturaleza del material y energía de los mismos. Los rayos X son ionizantes (liberan electrodos de la materia).
>Los rayos gamma: son oscilaciones electromagnéticas de igual naturaleza que los rayos X. Cuando en un reajuste de las partículas de un núcleo existe energía no ligado a aquellas, tal exceso se manifiesta en forma de radiación electromagnética semejante a los rayos X, pero en este caso, por su origen, se llaman rayos gamma. Definiremos, pues, como fuente de rayos gamma o isotópica a un trocito de materia que contiene una cierta proporción de átomos cuyo núcleo es inestable. Estos núcleos tienden a transmutarse y a convertirse en otros más estables emitiendo partículas alfa o beta y rayos gamma. La energía de radiación gamma no es regulable; depende de la naturaleza de las fuentes radiactivas. Tampoco es regulable la intensidad de la radiación ya que no es posible influir sobre el grado de desintegración de un material radioactivo.
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La radiación gamma puede ser interceptada por una pantalla absorbente. También ofrece espectros no continuos constituidos constituidos por varias longitudes de ondas aisladas (espectro a rayas).
Calidad de los rayos X y rayos gamma.
La calidad de dichos rayos se define por el poder penetrante en una determinada materia, este poder penetrante aumenta con la energía de radiación. Los rayos cuya longitud de onda es corta relativamente, se llaman “rayos duros” y con la longitud de onda relativamente larga se llaman “rayos blandos”. La calidad de la radiación esta en función de la tensión al tubo necesario para producir esta radiación o en función de la capa de semiabsorción semiabsorción de un material determinado.
Instrumentos de medida
Los elementos que intervienen en el proceso de radiografía son:
a) El foco térmico: es la superficie del anticátodo alcanzada por el flujo electrónico.
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b) El foco óptico: es la proyección del foco térmico sobre un plano perpendicular al eje de haz de rayos X. Las dimensiones de este foco deben ser lo más pequeñas posibles para que obtengamos una máxima nitidez de las imágenes radiográficas. c) El indicador de calidad de imagen. d) Película radiográfica.
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SEGURIDAD E HIGIENE
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En el ámbito de la actividad industrial, la soldadura constituye uno de los procesos en los que intervienen mayor cantidad de variables a tener en cuenta a la hora de planificar la seguridad de las operaciones. Ello es así porque en el más simple proceso de soldeo actúan riesgos combinados de electricidad, toxicidad de agentes
químicos, radiaciones, calor, etc, y que no sólo afectan al soldador, sino también a su entorno y a terceros.
Cuidado: Protéjase a sí mismo y a los demás. Lea atentamente esta información. LOS HUMOS DE SOLDEO pueden ser peligrosos para su salud. •
Mantenga su cabeza fuera de los humos.
•
Utilice suficiente ventilación y una buena extracción de humos y polvo durante las operaciones de soldeo, corte y esmerilado.
LAS RADIACIONES LUMINOSAS DEL ARCO pueden dañar los ojos y producir quemaduras en la piel. •
Utilice las protecciones oculares y ropa de trabajo adecuadas.
LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS pueden causar la MUERTE. •
Antes de comenzar un trabajo, o utilizar una máquina, lea atentamente las instrucciones del fabricante y las recomendaciones de seguridad de máquinas, electrodos, fundentes y materiales base, así como las recomendaciones del Jefe de Seguridad o las recogidas en el Manual de Seguridad.
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•
No toque zonas cargadas eléctricamente que no posean un aislante adecuado ni cierre un circuito eléctrico con su cuerpo.
ANÁLISIS DE RIESGOS
El Análisis de los Riesgos es una tarea obligada en cualquier estudio de seguridad, ya que solamente sabiendo los riesgos que se deben evitar se podrán definir y especificar las Medidas Preventivas oportunas.
Riesgos por el tipo de trabajo y su s u lugar de realización
Los procesos de soldeo se utilizan tanto en puestos fijos en una producción en serie, como en operaciones de montaje de piezas sin puesto fijo en fábricas y en montajes de obras, siendo éstas últimas las de riesgos más frecuentes. Entre los riesgos más comunes podemos citar: •
Caídas desde altura.
•
Caídas al mismo nivel.
•
Atrapamientos entre objetos.
•
Pisadas sobre objetos punzantes.
Riesgos por la manipulación de gases comprimidos.
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Algunos de los riesgos que pueden darse en la manipulación y almacenamiento de las botellas de gases son: •
Fugas de gas combustible, con el consiguiente peligro de incendio.
•
Explosiones o incendios por retroceso de llama en el soplete.
•
Asfixia por desplazamiento desplazamiento del aire por gases inertes.
•
Atrapamientos por manipulación de botellas.
Riesgos por la utilización de la maquinaria y equipos
Los principales riesgos a citar son: •
Fuego o explosión por retroceso r etroceso de llama en sopletes.
•
Contactos eléctricos directos con los elementos eléctricos, tales como cables, portaelectrodos, portaelectrodos, fuentes de alimentación, etc.
•
Contactos eléctricos indirectos por fallo en el aislamiento e los componentes eléctricos.
Riesgos asociados a los l os agentes contaminantes producidos durante el soldeo.
•
Humos y gases desprendidos durante el soldeo: o
Producidos a partir del material base.
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o
Producidos a partir del recubrimiento del material base (galvanizado, niquelado, cromado, cadmiado, pintado, recubrimientos plásticos, engrasado).
o
Producidos por los productos desengrasantes o de limpieza del material base y del de aportación.
o
Producidos a partir del material de aportación, del revestimiento o de los fundentes.
o
Producidos por reacción con el aire circundante.
o
Producidos a partir de los líquidos o gases que estuvieron contenidos en los depósitos a soldar.
•
Radiaciones. Los procesos de soldeo por arco producen radiaciones visibles, infrarrojas y ultravioletas, que producen lesiones en los ojos y en la piel, siendo las radiaciones ultravioletas las más peligrosas.
•
Ruido y poyección de partículas. o
El ruido se produce por la acción de operaciones complementarias complementarias al soldeo, tales como el esmerilado, el picado, martillado, etc. Ciertos procesos de soldeo y corte, como el proceso por plasma y algunos de resistencia resistencia eléctrica, generan ruidos superiores a los 90 dB.
o
Las proyecciones de partículas incandescentes pueden alcanzar hasta 10 metros de distancia en horizontal. Estas partículas, con la acción combinada del calor producido y la presencia de gases y materiales combustibles, combustibles, pueden originar incendios, por lo que se hace
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imprescindible el que todos los materiales del suelo, paredes, pantallas, etc, sean ignífugos.
MEDIDAS DE PREVENCIÓN
Una vez conocidos y clasificados los tipos e riesgo a los que se enfrenta la utilización de los procesos de soldeo, estamos en disposición de definir la Medidas de Prevención y Protección que se deben aplicar, las cuales deben recogerse en cualquie planificación de la producción.
Protecciones personales
>Prendas protectoras: las pendas de protección recomendables son las que se indican a continuación, debiendo elegirse aquéllas que estén homologadas por el Ministerio de Trabajo. •
Cascos de seguridad, para protección contra la caída de objetos pesados o punzantes.
•
Botas de seguridad.
•
Pantallas o yelmos, provistas de filtros de radiaciones, cubrefiltros y antecristales.
•
Guantes, manguitos, polainas y mandiles de cuero.
•
Guantes aislantes de la electricidad para manejo de los grupos de soldeo.
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•
Cinturones de seguridad para trabajos en altura.
•
Protectores auditivos, auditivos, que pueden ser tapones, orejeras o cascos antirruido.
>Protección de los ojos: los soldadores, y sus ayudantes, deben utilizar gafas de seguridad provistas de filtros (oculares filtrantes) que detengan, en la medida de lo posible, las radiaciones perniciosas para el ojo humano.
Protecciones colectivas
Dado que también el entorno del soldador, y por tanto los operarios que están en las proximidades, están sometidos a riesgos producidos por el soldeo, es necesario adoptar medidas de prevención colectivas que citamos a continuación: • •
En el soldeo de obra en altura se proveerán redes de seguridad. No deberán permitirse los trabajos en altura con vientos o cuando esté lloviendo.
•
Las áreas de soldeo deberán delimitarse por medio de pantallas que impidan el paso de radiaciones y e chispas.
•
Todas las áreas deben proveerse de la correspondiente señalización.
>Protección contra-incendios Este tema es especialmente importante en soldadura, por lo que toda la reglamentación general sobre contra incendios debe aplicarse en su integridad.
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Todo el área de trabajo debe estar limpia de materiales de desecho,
•
especialmente los combustibles. En algunos casos es aconsejable mojar el suelo, aunque el suelo húmedo
•
aumenta el peligro de descargas eléctricas. Debe valorarse cada caso. •
Deben protegerse especialmente las botellas de gas.
•
Debe señalizarse toda área, indicando las rutas de escape y la localización de extintores. Debe disponerse de extintores portátiles y, si es posible, de una manguera.
•
Prevenciones en la manipulación de gases comprimidos
Cuando se desea almacenar grandes cantidades de cualquier gas en recipientes de poco volumen, que permita su transporte y almacenamiento fácil, se comprime a alta presión.
>Almacenamiento y transporte: Los gases comprimidos se almacenan en cilindros o botellas y en tanques o depósitos. Se deberá tener en cuenta lo siguiente: • •
No situar las botellas en pasillos ni lugares de paso. El almacén de botellas de gases debe estar delimitado y protegido por puertas si es posible.
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•
Las botellas deben sujetarse con cadenas de seguridad.
•
Emplear grúa con cesta o plataforma para subir o bajar las botellas, nunca utilizar un electroimán. Para su transporte se emplearán carros con cadenas de seguridad y sólo desplazarlas a mano por rodadura para desplazamientos cortos.
•
Las botellas de acetileno y e gases licuados deben utilizarse y almacenarse siempre en posición vertical, se preferirá también esta posición para botellas de cualquier otro gas.
•
Las botellas deben ser identificadas perfectamente antes de su empleo, esta tarea sólo debe realizarse leyendo su etiqueta. Si una botella no tiene etiqueta no se deberá utilizar. No se debe identificar el contenido de la botella únicamente por su color, ya que puede ser diferente según la zona o país.
•
Muchas botellas tienen una caperuza para proteger la válvula. Nunca se debe elevar la botella mediante esta caperuza a no ser que esté especialmente diseñada para ello.
•
Las botellas v
•
Las botellas vacías se identificarán como tales y se dispondrán en posición vertical y sujetas con cadenas de seguridad.
>Utilización de los gases: •
Los reguladores o manorreductores deben utilizarse para todas las botellas de gas comprimido. Todo regulador debe estar equipado con un manómetro de alta presión y uno e baja presión.
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•
Las válvulas de las botellas que contengan gases a gran presión, en particular oxígeno, deben abrirse despacio. Es preferible no abrir las válvulas de las botellas que contienen gases combustibles más de una vuelta, de esta forma se puede cerrar rápidamente en caso de emergencia.
•
Antes de conectar el manorreductor se deberá purgar la botella, e esta forma se eliminarán todas las partículas que, en forma de polvo, están alojadas en su grifo, si no se eliminaran estas partículas partículas pasarían al manorreductor y originarían la avería del mismo.
•
Se cerrará la botella de gas después de cada utilización, y también cuando esté vacía.
•
Se recomienda retirar las botellas vacías y devolverlas al suministrador evitando de esta manera la contaminación atmosférica.
•
Nunca calentar las botellas o depósitos que contienen gases comprimidos, ni situarlos cerca de focos de calor ya que podrían explotar.
>Tanques criogénicos: son tanques que almacenan gases a presión sometidos a bajas temperaturas para que se encuentren en estado líquido y ocupen menos espacio. La utilización de depósitos criogénicos requiere mayores cuidados, que deben dejarse bajo la responsabilidad de empresas especializadas.
>Gases combustibles: •
Si existe alguna fuga puede producirse fuego por lo que se deberá controlar y prevenir las fugas.
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•
Se han llegado a producir accidentes graves al acoplar reguladores e oxígeno a botellas de gas combustible. Por ello es norma habitual el que las roscas empleadas para oxígeno sean a derechas y las de combustible a izquierdas. También se distinguen por el color.
>Oxígeno: •
Los cilindros de oxígeno no deberán almacenarse al lado de los de gas combustible ni rodeados de ellos, y nunca se debe utilizar como sustituto el aire.
•
Nunca se debe poner las materias grasas en contacto con el oxígeno, ya qu arderían espontáneamente.
•
Nunca utilizar oxígeno con los compresores de aire ni tampoco para limpiar superficies o ropas, ni para ventilar espacios reducidos.
>Gases de protección: •
El mayor peligro de los gases de protección es que desplazan el aire impidiendo la respiración y pudiendo provocar la asfixia del soldador, por tanto cuando se vaya a soldar en espacios educidos deberán estar bien ventilados, ventilados, si no es imposible controlar el oxígeno del aire se deberá realizar el soldeo con pantallas de soldeo con impulsión o extracción de humos incorporado.
>Mangueras:
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•
Solamente se utilizarán mangueras especialmente diseñadas para los gases comprimidos que van a transportar.
•
Las mangueras de gases combustibles suelen ser rojas y las de oxígeno azules. Nunca intercambiar las mangueras.
•
Controlar el estado de las mangueras y detectar fugas. Cuando se detecte cualquier corte o quemadura reemplazar la manguera, nunca repararla.
•
Nunca se debe doblar la manguera para detener el flujo de gas.
>Localización de la fuga: •
La fuga de gas en la botella está localizada en el mecanismo de apertura y cierre de la válvula.
•
Si una botella pierde gas, estando bien cerrada la válvula, hay que pensar que el mecanismo de la misma se ha aflojado o deteriorado.
•
Cuando la fuga es importante lo detectamos bien por el ruido del escape o por el olor.
•
Si la fuga es pequeña no estaremos seguros de detectarla por los sentidos. Ante la duda, se debe hacer la comprobación “aplicando agua jabonosa” sobre el grifo de la botella.
•
Las fugas de las mangueras se pueden detectar con agua jabonosa o sumergiéndola en agua.
Prevenciones en la utilización de materiales y equipos.
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>Material eléctrico: La utilización de equipos eléctricos, como los grupos de soldeo, esmeriladoras y equipos de corte pueden producir accidentes indirectos por combustión de vapores inflamables, y también accidentes al personal operario por contactos eléctricos directos o indirectos.
Protección contra humos y gases Se ha indicado que uno de los principales riesgos que afectan a los soldadores, y a los demás de su entorno, son los que actúan sobre el sistema respiratorio en forma de humos y gases. Se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: •
Posición del soldador.
•
Utilización de la ventilación general.
•
Utilización e la extracción localizada.
•
Utilización de la impulsión localizada.
RIESGOS Y PREVENCIONES PREVENCIONES ASOCIADAS A LAS LAS OPERACIONES OPERACIONES ACCESORIAS AL SOLDEO
Esmerilado
Riesgos: •
Descargas eléctricas.
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•
Accidentes en los ojos.
•
Escape o rotura de la muela
•
Quemaduras y heridas en las manos.
•
Aspiración de polvo y partículas.
Prevenciones: •
Observar las medidas de seguridad para evitar accidentes eléctricos: conexión a tierra y comprobar el buen estado de cables.
•
Trabajar SIEMPRE con gafas o pantalla de protección con cristales transparentes.
•
Incorporar y revisar el sistema de carenado con pantalla transparente transparente de protección.
•
Aislar la zona con pantallas protectoras.
•
Utilizar la muela adecuada. No apretar en exceso las tuercas.
•
Rectificar las muelas una vez montadas para evitar vibraciones.
•
Trabajar con guantes
•
Sujetar las piezas pequeñas con útiles auxiliares.
•
Utilizar un sistema de aspiración de humo adecuado.
Picado de escoria
Riesgos:
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•
Quemaduras.
•
Heridas en los ojos.
Prevenciones: •
Utilizar guantes y ropa adecuada.
•
Dejar enfriar la escoria.
•
Utilizar SIEMPRE gafas o pantalla con cristal transparente.
Utilización de herramientas
•
Tener las herramientas ordenadas, NUNCA revueltas.
•
Emplear cada herramienta para o que está destinada.
•
No templar los cortafríos si no se es un experto, pueden romper con proyecciones violentas.
Mantener las herramientas en buen estado.
BIBLIOGRAFÍA Monografía CESVIMAP Libro de CESOL Apuntes de CESOL http://www.under-water.co.uk/
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Apuntes CFGS Automoción IES Adaja Arévalo
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Soldadura de los aceros. Aplicaciones Manuel Reina Lopez. Ed. WELD-WORK, S.L. 4ª Ed. Madrid. Marzo 2003
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Apuntes Proceso tecnológico de reparación de vehículos UCAV – CESVIMAP
•
Apuntes Mecanismos UCAV
•
Curso de chapista CESVIMAP
•
Manual de carrocería de automóviles Reparación. Francisco Javier Alfonso Peña. Ed. MAPFRE, S.A. Paseo de Recoletos,25 – 28004 MADRID 1998
•
Manual de Prevención de riesgos en talleres de automóviles Centro de experimentación y seguridad vial MAPFRE CESVIMAP, S.A. Ed. MAPFRE, S.A. Paseo de Recoletos,25 – 28004 MADRID 2002
•
Manual del Soldador
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CESOL Centro español de formación de soldadores 9ª Edición Calle Gabino Jimeno, 5 B. Madrid, Junio de 2002
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Apuntes de varios cursos de CESOL cedidos por Cesar Molero Jimenez (Alumno de CESOL)
•
Apuntes de la E.U.P. de Valladolid. "Ingeniería de los procesos de fabricación".
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